Алквистпен сұхбат. Қиял. Кибернетика: оптикалық тану мәселесі. Ғылыми-танымдық әңгіме
Теледидар бағдарламасын жүргізушісі:
-Роботтар қалай көреді? Осы сала бойынша сарапшы RUR пьесасының кейіпкері Алквист (архитектор) ғалымнан сұхбат алайық.
Студия қонағы тележүргізушіге қарама-қарсы отыр. Жасы 60-тан асқан дөңгелек жүзді, төбесі тақыр, самайында шаштары ағарып сиреген қарт. Көздері қалың қас астында, бетіне салмақ беріп тұрған мұртының екі шетінің ұштары тік кесіліп, ұртын жабады. Үстінде зертханалық ақ халат, омырауындағы оң жақ қалтадан блокнот ұшы көрінеді, қасында қыстырылған қаламсабы бар. Халаттың жалпақ қайырылған жаға астында галстук тағылған көйлегі көрінеді.
Бүкіл сырт бейнесіне қарағанда зертхана аумағынан кетпегендей әсер қалдырады.
Тележүргізуші:
-Уақыт бөліп, студиямызға қонаққа келгеніңіз үшін алғыс. Көрермендерге таныстырып кетейін. Атыңыз қиын екен. Алквист. Атыңызды кім қойды?
-Карл Чапек, 1920 жылы өз пьесасының кейіпкері ретінде ойлап тапты.
-1920 жыл болса, 93-тесіз ғой, жас көрінесіз?
Алквист:
-Фантастика жанрының классикалық шығармасының кейіпкері болғандықтан кәрілікке, уақытқа тәуелділік жоқ, -деді де, өзіне осы жайт ұнады ма, әлде әдеті ме, белгісіз, саусағымен мұрт үстін сипап қойды.
-Әкеңіз Карл Чапек сіздей кейіпкерден басқа сол пьесада алғашқы рет қолданылған жаңа сөз -«робот» дегенді дүниеге әкелді емес пе? Содан бері адам алмастырып, оның атқарған жұмысты орындап жүрген машиналарды робот дейміз ғой.
-Дәл солай.
-Бүгінгі тақырыбымызға келсек, Алквист мырза, машинаны қалайша көруге, үйретуге болады? Киноларда көрген кибермашиналардың мүмкіншіліктері қазіргі дүниеде бар ма екен? Бар болса, қалай іске асырылған?
-Қазіргі кино іші- электро-био-механикалық роботтарға толы. Олардың «жасанды түйсіктерінің» саралау мүмкіншілігі –математикалық модельдеу.
Жүргізуші қонағының сәл кідіргенін пайдаланып, ойын үзіп:
-Тақырыбымызға жақындайық. Менің қолымда сурет тұр. Осы суреттердегі бейнені робот қалай таниды?
Жүргізуші қолындағы парақты үлкейтіп, онда салынған абстракты суретті теледидар бетінен көсетті.
Телеоператор телеобъективі Алквистке ауысты:
-Тура бірден жауап беру қиын -ақ. Мысалы, осы суреттегі бейнені сіз ителлектуальді машина-адам бола тұра, қалайша бейнені анықтап отырсыз?
Жүргізуші «жауабын білсеңіз, өзіңіз жауап беріңіз» дегендей, екі қолын екі жаққа жайып, ишара білдірді.
-Жауап бере алмадыңыз. Өйткені, сізге үйреншікті іс-әрекет — көру, салыстыру, ой қорыту. Бейнені тану дегеніміз –түйсігіңізде сол бейнені қайта құрастыру дегенді білдіреді. Мысалы, төртбұрыш пен үшбұрыштың айырмашылығы неде?
Жүргізушінің бет жүзі жадырап кетті:
-Сіздің не айтқыңыз келгенін түсіндім. Мәселен, ұшбұрыштың түр-түрі де көп қой. Бірақ үшбұрыштың негізгі қасиеттері маған белгілі. Сондықтан үшбұрыш бейнесі қандай да болсын, оны басқа геомериялық бейнелерден бөліп аламын.
-Сіз дұрыс ұқтыңыз. Роботқа көз алдындағы бейнені танытып үйрету үшін математикалық әдістерді қолданамыз. «Неліктен математика?» –десеңіз, оның жауабы роботтың басқару бөлігінде. Роботтың басқару бөлігін, қызметін электронды есептеуіш машина (ЭЕМ) атқарады.
Роботқа көру мүмкіншілігін беретін цифрлы камера, одан цифрлы сурет ЭЕМ жадысына түседі.
-Сіз қазір цифрлы сурет туралы біраз мәлімет бере кетсеңіз.
-Цифрлы сурет нүкте -пиксельдерден құралатыны ешкімге құпия емес. Пиксельдер үлкендігі 0,1-0,3 мм. Әр нүктенің түсі, осы нүктелердің жиынтығынан тұратын көріністі айқындайды. Нүктелер жиынтығы реттелген. Нүктелер бірінен соң бірі тұрып, қатар түзейді. Қатарлар бірінің астына бірі түсіп, суреттің биіктігін құрайды.
Жүргізушінің түсініктемесі:
-Құрметті көрермендер, бұл жерде суреттің енін не құрайтынын түсінген шығарсыздар? Суреттің енін қатардағы нүктелер саны анықтайды.
Алквист өз түсініктемесін жалғастырды:
-Кез-келген түстің реңін негізгі үш түстен құрауға болады. Қызыл, жасыл, көк ағылшынша «red, green, blue», -деп жазылғандықтан нүкте түсі «RGB»-мен анықталады. RGB түстерінің реңі нақты көрсетілген палитра құрайды. Яғни, түстің реңі нақты санмен анықталады. Түсті үш негізгі түстен құрауға болатындығын атап кеткенмін. Кері әрекет жасауға болады, түстің реңін анықтайтын санды үш түстің қанықтылығын көрсететін сандарға арнаулы ережемен жіктеуге болады. 255 саны көк түсті, 65280 жасыл түсті, 16711680 қызыл түсті білдіреді. Ақ түс 16777215 санымен анықталады, яғни, біз қарасырып отырған RGB палитрасында түстердің реңі 0… 16777215 санның арасында. Адам көзі 2000000 түстің реңін ажыратады деуге болады. 16777215 саны 2000000 санынан әлдеқайда көп. Егер камераның оптикалық мүмкіншілігін және бейнені пиксельдерге бөліп көрсететінін елемесе, робот көзі адам көзінің көру қабілетімен салыстырсақ, роботтың көру қабілеті артық.
Жүргізуші Алквист ойын қорыта:
-Робот бүкіл бейнені тек сандар тізбегі ретінде көреді. Сандармен жұмыс істеу жолын бәрімізге белгілі математика ғылымы айналысады.
Сонымен, математиканың қандай септігі бар?
-Роботтың басқару бөлігінің жадысында сурет сандар тізбегі ретінде сақталады. Осы жайтты сіз сөз ете кеттіңіз. Суреттің ауданына байланысты нүктелердің саны миллионнан ондаған миллион болуы мүмкін, яғни сонша санды ЭЕМ өңдеу қажет. Қаншама ЭЕМ есептеу мүмкіншілігі күшті болса да, суретті өңдеуге уақыт қажет. Сол себепті суретті құрайтын нүктелердің санын азайту амалын қарастырамыз. Бейне элементтерінің контурын бөліп қарастырамыз.
-ЭЕМ жадысына бейненің тек контурларының цифрлық суреті жазылды. Контурдағы бейнені робот түйсігіне қалай жеткізуге болады?
-Математикалық саралау әдістерін қолданамыз.
-Сіз жалпылап жауап беріп отырсыз. Бейнені құрайтын контурда сызықтар бар делік, сызықтарды басқа контурды құрайтын түзу емес қисық жерлерінен қалай ажыратуға болады?
-Жауап бермес бұрын математиканың бөлігі -сандық әдістерге анықтама берейін. Сандық әдіс дегеніміз -элементарлық іс-әрекеттерді сандарға қадам-қадам сайын қолданып, белгілі бір қадамда жуықтап нәтиже алу жолы.
1962 жылы Поль Хаф сызықтарды суреттен бөліп алу үшін сандық әдіс ұсынған.
Математикалық сандық әдіс «Хаф түрлендіруі» атауымен белгілі. Түзу сызықты анықтайтын екі сипатты: бұрыштық коэффициентті, дербес мүшесін бөліп алу үшін элементарлық, яғни қарапайым іс-әрекеттерді бірнеше мың рет қайта-қайта орындаймыз. Әдіс қарапайым болғанмен нәтиже береді.
Жүргізуші қолсағатына көз салып жіберіп:
-Алквист мырза, сіз бүгін жалғыз келген жоқсыз. Тәжірибелі роботыңызды шақыруға уақыт келді.
Алквист, қалтасынан шағын басқару пультін алып шығып, ондағы батырманы басып қалды да:
-Қарсы алыңыздар «Нөмір бесінші».
Роботтың темір кеудесі биіктігі жарты метр, дөңгелегі бар жәшікке бекітілген. Төменгі жағынан жоғары қарай жуандап, иық болып бітеді. Шар тәріздес буындарына екі қолы бекіген. Жасанды қолдың үш бөлігі бір-бірімен дискілі топсамен жалғасқан. Ең соңғы буында, буынның осі бойынша 360 градусқа айналатын үш тісті, тістеуік тәріздес саусақ. Екі көздің ісін атқаратын аспап: екі иықтың дәл ортасында «т» әріпіне ұқсас тіреудегі телекамера объективтері. Роботтың құлағы –микрофон, оң жақ иығында бекітілген, дыбысты жақсы қабылдау үшін иық үстінен 3-4 см жоғары орнатылған.
Алквист:
-Роботқа тапсырма берейік. Бейнені қалайша жақсы танып-көретінін сынап көрейік. Қағаздың парағына геометриялық фигуралар салыңыз. Робот болса, парақ бетіндегі геометриялық фигураларды атап береді.
Жүргізушіге көмекшілері қара түспен жазатын маркер және жазуға арналған парақ беттерін әкеліп берді.
Жүргізуші орнынан тұрып роботқа парақ бетті ұсынды. Робот пфрақты екі жағынан ұстап алып, телекамералар объективіне жақындатты да, зың-зың еткен дауыспен:
-Парақ бетінде сызық сызылған. Қағаздың төменгі жағынан сызық он алты градус көлбей жүргізілген. Ұзындығы 10 см 2 мм.
Жүргізуші:
-Тамаша! Сынап көру үшін геометриялық фигура емес, «сызық» салғанмын. Сызықты жай ғана ажыратып қоймай, оны сипаттап берді, -деп робот жанына тұрды. Кадрда тележүргізуші, робот, Алквист тұр.
Телеоператолар артында тұрған режиссер көмекшісі телебағдарламаның уақыты аяқталғанына белгі берді. Жүргізуші белгіге бағынып:
-Алквист мырза, телебағдарламаға уақыт тауып келгеніңіз үшін сізге өз атымнан және көрермендер атынан көп алғыс білдіремін. Бүгінгі бағдарламаның соңы келді. Аман-сау болыңыздар. Эфирде жүздескенше.
-Роботтар қалай көреді? Осы сала бойынша сарапшы RUR пьесасының кейіпкері Алквист (архитектор) ғалымнан сұхбат алайық.
Студия қонағы тележүргізушіге қарама-қарсы отыр. Жасы 60-тан асқан дөңгелек жүзді, төбесі тақыр, самайында шаштары ағарып сиреген қарт. Көздері қалың қас астында, бетіне салмақ беріп тұрған мұртының екі шетінің ұштары тік кесіліп, ұртын жабады. Үстінде зертханалық ақ халат, омырауындағы оң жақ қалтадан блокнот ұшы көрінеді, қасында қыстырылған қаламсабы бар. Халаттың жалпақ қайырылған жаға астында галстук тағылған көйлегі көрінеді.
Бүкіл сырт бейнесіне қарағанда зертхана аумағынан кетпегендей әсер қалдырады.
Тележүргізуші:
-Уақыт бөліп, студиямызға қонаққа келгеніңіз үшін алғыс. Көрермендерге таныстырып кетейін. Атыңыз қиын екен. Алквист. Атыңызды кім қойды?
-Карл Чапек, 1920 жылы өз пьесасының кейіпкері ретінде ойлап тапты.
-1920 жыл болса, 93-тесіз ғой, жас көрінесіз?
Алквист:
-Фантастика жанрының классикалық шығармасының кейіпкері болғандықтан кәрілікке, уақытқа тәуелділік жоқ, -деді де, өзіне осы жайт ұнады ма, әлде әдеті ме, белгісіз, саусағымен мұрт үстін сипап қойды.
-Әкеңіз Карл Чапек сіздей кейіпкерден басқа сол пьесада алғашқы рет қолданылған жаңа сөз -«робот» дегенді дүниеге әкелді емес пе? Содан бері адам алмастырып, оның атқарған жұмысты орындап жүрген машиналарды робот дейміз ғой.
-Дәл солай.
-Бүгінгі тақырыбымызға келсек, Алквист мырза, машинаны қалайша көруге, үйретуге болады? Киноларда көрген кибермашиналардың мүмкіншіліктері қазіргі дүниеде бар ма екен? Бар болса, қалай іске асырылған?
-Қазіргі кино іші- электро-био-механикалық роботтарға толы. Олардың «жасанды түйсіктерінің» саралау мүмкіншілігі –математикалық модельдеу.
Жүргізуші қонағының сәл кідіргенін пайдаланып, ойын үзіп:
-Тақырыбымызға жақындайық. Менің қолымда сурет тұр. Осы суреттердегі бейнені робот қалай таниды?
Жүргізуші қолындағы парақты үлкейтіп, онда салынған абстракты суретті теледидар бетінен көсетті.
Телеоператор телеобъективі Алквистке ауысты:
-Тура бірден жауап беру қиын -ақ. Мысалы, осы суреттегі бейнені сіз ителлектуальді машина-адам бола тұра, қалайша бейнені анықтап отырсыз?
Жүргізуші «жауабын білсеңіз, өзіңіз жауап беріңіз» дегендей, екі қолын екі жаққа жайып, ишара білдірді.
-Жауап бере алмадыңыз. Өйткені, сізге үйреншікті іс-әрекет — көру, салыстыру, ой қорыту. Бейнені тану дегеніміз –түйсігіңізде сол бейнені қайта құрастыру дегенді білдіреді. Мысалы, төртбұрыш пен үшбұрыштың айырмашылығы неде?
Жүргізушінің бет жүзі жадырап кетті:
-Сіздің не айтқыңыз келгенін түсіндім. Мәселен, ұшбұрыштың түр-түрі де көп қой. Бірақ үшбұрыштың негізгі қасиеттері маған белгілі. Сондықтан үшбұрыш бейнесі қандай да болсын, оны басқа геомериялық бейнелерден бөліп аламын.
-Сіз дұрыс ұқтыңыз. Роботқа көз алдындағы бейнені танытып үйрету үшін математикалық әдістерді қолданамыз. «Неліктен математика?» –десеңіз, оның жауабы роботтың басқару бөлігінде. Роботтың басқару бөлігін, қызметін электронды есептеуіш машина (ЭЕМ) атқарады.
Роботқа көру мүмкіншілігін беретін цифрлы камера, одан цифрлы сурет ЭЕМ жадысына түседі.
-Сіз қазір цифрлы сурет туралы біраз мәлімет бере кетсеңіз.
-Цифрлы сурет нүкте -пиксельдерден құралатыны ешкімге құпия емес. Пиксельдер үлкендігі 0,1-0,3 мм. Әр нүктенің түсі, осы нүктелердің жиынтығынан тұратын көріністі айқындайды. Нүктелер жиынтығы реттелген. Нүктелер бірінен соң бірі тұрып, қатар түзейді. Қатарлар бірінің астына бірі түсіп, суреттің биіктігін құрайды.
Жүргізушінің түсініктемесі:
-Құрметті көрермендер, бұл жерде суреттің енін не құрайтынын түсінген шығарсыздар? Суреттің енін қатардағы нүктелер саны анықтайды.
Алквист өз түсініктемесін жалғастырды:
-Кез-келген түстің реңін негізгі үш түстен құрауға болады. Қызыл, жасыл, көк ағылшынша «red, green, blue», -деп жазылғандықтан нүкте түсі «RGB»-мен анықталады. RGB түстерінің реңі нақты көрсетілген палитра құрайды. Яғни, түстің реңі нақты санмен анықталады. Түсті үш негізгі түстен құрауға болатындығын атап кеткенмін. Кері әрекет жасауға болады, түстің реңін анықтайтын санды үш түстің қанықтылығын көрсететін сандарға арнаулы ережемен жіктеуге болады. 255 саны көк түсті, 65280 жасыл түсті, 16711680 қызыл түсті білдіреді. Ақ түс 16777215 санымен анықталады, яғни, біз қарасырып отырған RGB палитрасында түстердің реңі 0… 16777215 санның арасында. Адам көзі 2000000 түстің реңін ажыратады деуге болады. 16777215 саны 2000000 санынан әлдеқайда көп. Егер камераның оптикалық мүмкіншілігін және бейнені пиксельдерге бөліп көрсететінін елемесе, робот көзі адам көзінің көру қабілетімен салыстырсақ, роботтың көру қабілеті артық.
Жүргізуші Алквист ойын қорыта:
-Робот бүкіл бейнені тек сандар тізбегі ретінде көреді. Сандармен жұмыс істеу жолын бәрімізге белгілі математика ғылымы айналысады.
Сонымен, математиканың қандай септігі бар?
-Роботтың басқару бөлігінің жадысында сурет сандар тізбегі ретінде сақталады. Осы жайтты сіз сөз ете кеттіңіз. Суреттің ауданына байланысты нүктелердің саны миллионнан ондаған миллион болуы мүмкін, яғни сонша санды ЭЕМ өңдеу қажет. Қаншама ЭЕМ есептеу мүмкіншілігі күшті болса да, суретті өңдеуге уақыт қажет. Сол себепті суретті құрайтын нүктелердің санын азайту амалын қарастырамыз. Бейне элементтерінің контурын бөліп қарастырамыз.
-ЭЕМ жадысына бейненің тек контурларының цифрлық суреті жазылды. Контурдағы бейнені робот түйсігіне қалай жеткізуге болады?
-Математикалық саралау әдістерін қолданамыз.
-Сіз жалпылап жауап беріп отырсыз. Бейнені құрайтын контурда сызықтар бар делік, сызықтарды басқа контурды құрайтын түзу емес қисық жерлерінен қалай ажыратуға болады?
-Жауап бермес бұрын математиканың бөлігі -сандық әдістерге анықтама берейін. Сандық әдіс дегеніміз -элементарлық іс-әрекеттерді сандарға қадам-қадам сайын қолданып, белгілі бір қадамда жуықтап нәтиже алу жолы.
1962 жылы Поль Хаф сызықтарды суреттен бөліп алу үшін сандық әдіс ұсынған.
Математикалық сандық әдіс «Хаф түрлендіруі» атауымен белгілі. Түзу сызықты анықтайтын екі сипатты: бұрыштық коэффициентті, дербес мүшесін бөліп алу үшін элементарлық, яғни қарапайым іс-әрекеттерді бірнеше мың рет қайта-қайта орындаймыз. Әдіс қарапайым болғанмен нәтиже береді.
Жүргізуші қолсағатына көз салып жіберіп:
-Алквист мырза, сіз бүгін жалғыз келген жоқсыз. Тәжірибелі роботыңызды шақыруға уақыт келді.
Алквист, қалтасынан шағын басқару пультін алып шығып, ондағы батырманы басып қалды да:
-Қарсы алыңыздар «Нөмір бесінші».
Роботтың темір кеудесі биіктігі жарты метр, дөңгелегі бар жәшікке бекітілген. Төменгі жағынан жоғары қарай жуандап, иық болып бітеді. Шар тәріздес буындарына екі қолы бекіген. Жасанды қолдың үш бөлігі бір-бірімен дискілі топсамен жалғасқан. Ең соңғы буында, буынның осі бойынша 360 градусқа айналатын үш тісті, тістеуік тәріздес саусақ. Екі көздің ісін атқаратын аспап: екі иықтың дәл ортасында «т» әріпіне ұқсас тіреудегі телекамера объективтері. Роботтың құлағы –микрофон, оң жақ иығында бекітілген, дыбысты жақсы қабылдау үшін иық үстінен 3-4 см жоғары орнатылған.
Алквист:
-Роботқа тапсырма берейік. Бейнені қалайша жақсы танып-көретінін сынап көрейік. Қағаздың парағына геометриялық фигуралар салыңыз. Робот болса, парақ бетіндегі геометриялық фигураларды атап береді.
Жүргізушіге көмекшілері қара түспен жазатын маркер және жазуға арналған парақ беттерін әкеліп берді.
Жүргізуші орнынан тұрып роботқа парақ бетті ұсынды. Робот пфрақты екі жағынан ұстап алып, телекамералар объективіне жақындатты да, зың-зың еткен дауыспен:
-Парақ бетінде сызық сызылған. Қағаздың төменгі жағынан сызық он алты градус көлбей жүргізілген. Ұзындығы 10 см 2 мм.
Жүргізуші:
-Тамаша! Сынап көру үшін геометриялық фигура емес, «сызық» салғанмын. Сызықты жай ғана ажыратып қоймай, оны сипаттап берді, -деп робот жанына тұрды. Кадрда тележүргізуші, робот, Алквист тұр.
Телеоператолар артында тұрған режиссер көмекшісі телебағдарламаның уақыты аяқталғанына белгі берді. Жүргізуші белгіге бағынып:
-Алквист мырза, телебағдарламаға уақыт тауып келгеніңіз үшін сізге өз атымнан және көрермендер атынан көп алғыс білдіремін. Бүгінгі бағдарламаның соңы келді. Аман-сау болыңыздар. Эфирде жүздескенше.
Пікір жоқ әзірше