Кошечка, мехмат МГУ, 1968

Вот уж полвека минуло с премьеры легендарного научного мультфильма «Кошечка». Ролик длится одну минуту и был нарисован машиной БЭСМ-4. Программу писала группа известного математика, профессора МГУ, Николая Константинова. Отработку движений «кошечки» с помощью дифференциальных уравнений выполнил студент мехмата, Виктор Минахин. Это один из первых роликов в истории мировой компьютерной анимации. Любопытна история создания.

В 1968 году Константинов встретил своего бывшего студента Валерия Иванова. Тот на кафедре научной фотографии и кинематографии МГУ делал учебные фильмы для физиков. Из пластелина и палок он сооружал молекулы и крутил их, снимая на фотокамеру кадр за кадром. Получался натурально кукольный мультфильм. Модель выходила неточная, грубая. Константинов предложил использовать появившуюся за три года до этого машину БЭСМ-4. Стали думать: на чём бы для начала попробовать моделирование? Так пришла в голову идея отрисовать силуэт движущейся кошки. Группа получила доступ к компьютеру в лаборатории Александра Кронрода в Институте теоретической и экспериментальной физики в Новых Черёмушках. Начали писать код.

Тут на беду советские власти упекли в психушку на принудительное лечение известного диссидента, математика и поэта Александра Есенина-Вольпина, сына Сергея Есенина. Александр закончил мехмат МГУ с отличием, и славился, кроме того, крайне вольнодумным нравом. Для него это был уже третий заезд в психушку. Предыдущие два были за чтение в узком кругу крамольных стихов: «Никогда я не брал сохи…», «Ворон» и других; и за отправку математической статьи на международную конференцию в Варшаве, куда его не пустили. Третий раз полагался за организацию «Митинга гласности» 5 декабря 1965 года в День Конституции на Пушкинской площади в Москве в поддержку Синявского и Даниэля, которых незадолго до этого арестовали.

Группа математиков в составе 99 человек подписала в защиту Есенина-Вольпина известное «Письмо 99-и». В их числе был и руководитель лаборатории Кронрод.

Лабораторию в ответ закрыли, сотрудников разогнали. Кронрода по праву считают одним из отцов-теоретиков Искусственного интеллекта. В его лаборатории были начаты работы над первой советской шахматной программой. В 1967 году его программа со счётом 3:1 обыграла программу Стэнфордского университета. Ходы передавались по телеграфу раз в неделю, матч продолжался целый год. Программу назвали в честь богини-покровительницы шахмат, «Каисса». В августе 1974 года «Каисса» стала первым чемпионом мира по шахматам среди компьютерных программ.

Константинову удалось перенести работу сначала в Институт проблем управления (ИПУ), а затем в Московский педагогический институт им. Ленина. В своё распоряжение они получили «папирфильм» — рулонный магнитный принтер АЦПУ-128.

Группа разработала математическую модель кошки, состоящую из сочленённых «брусков», и Минахин стал писать дифференциальные уравнения, имитирующие походку: движений лап и головы. Каждый кадр печатали на принтере. В качестве пикселя использовали букву «Ш», поскольку она самая тёмная. Делали два варианта: кошка из букв и негатив, в котором кошка — белая, а фон вокруг тёмный, из букв. Потом фотографировали эти кадры и склеивали, получая на монтаже движение.

Просчитывая механику походки, Минахин пытался наблюдать за кошками, но те не проявляли никакого научного интереса к проблематике и бегали, как вздумается. Поэтому он просто ползал на четвереньках, замирая на полу и анализируя, какие мышцы и когда включаются в работу. В конце ролика «кошечка» ещё и весьма реалистично двигает головой.

На финальном монтаже к группе присоединился художник, который участвовал в создании кинокомедии «Веселые ребята», там он делал мультэпизод, где черти пляшут вокруг Луны. По случаю, он оказался знатным кошатником: дома у него была огромная выставка с портретами кошек. Посмотрев материал, он решительно заявил, что математики просто сняли живую кошку на пленку, разложили по кадрам и набили в нужных местах буквы. В ролик он добавил вставки, где «кошечка» строит рожи и выгибает спину.

Премьера эпической картины состоялась в 1968 году в МГУ. Многие не могли поверить, что это чисто математическая модель, а не срисовка с натуры. Фильм стал культовым. И даже, спустя годы, профессор Университета Огайо Рик Парент, большой специалист и автор фундаментальной книги «Компьютерная анимация: алгоритмы и технология», когда ему показали «Кошечку», реагировал так: «Это прекрасная анимация! Я от нее в восторге. Если не возражаете, я покажу ее сегодня студентам на занятиях. Использовались ли данные кинематики, записанные с датчиков реальной кошки?».

Но уравнения не выводились, исходя из физических и биологических моделей мышц и суставов реального животного, они были составлены «на глазок», исходя из приближённой модели ползающего на карачках по лаборатории студента мехмата Вити Минахина.

Фильм часто демонстрировался на олимпиадах, конференциях и математических кружках. В том же 1968 году его показали на Всесоюзной математической олимпиаде в Крыму и в математическом «колмогоровском интернате» (сейчас это — СУНЦ МГУ им. А. Н. Колмогорова).

По словам Николая Константинова, самая интересная реакция была у слушателей в интернате: «Там мне задали два удивительных вопроса. Первый: можете ли вы сделать такую систему, чтобы можно было не только посмотреть на эту кошку, но и погладить её? Второй вопрос был еще интереснее: знает ли кошка, что она не настоящая? Я, конечно, ответил, что кошка ничего не знает, но если сделать более богатую модель, то у нее будет и более богатое восприятие».

И вот, судя по обилию нейросетей, мы уже дожили до таких времён. Сейчас уже с успехом разрабатываются системы с тактильной обратной связью. И что они там себе думают на уме, эти нейросети, и как приходят к решениям, мы уже даже и не понимаем толком. И то ли ещё будет. Страшно, аж жуть!

http://www.youtube.com/watch?v=JWiWYqvP0BU