Российские ученые разработали робота, который повторил пейзажи великих художников. В перспективе такая система может найти применение в реставрации произведений искусства, создании точных копий картин и реализации неосуществленных замыслов известных мастеров прошлого. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ».
Еще в 2016 году в ЛЭТИ начались разработки робота, который при помощи настоящих красок и кисти мог бы писать картины, передавая черты стиля мазков, присущие какому-либо художнику. Первый прототип такой машины умел писать только черно-белые картины. Для нанесения краски на холст была разработана уникальная конструкция: система для смешивания красок позволяла получать заданные оттенки черно-белой палитры. Краска подавалась в смеситель поршневыми насосами. Кроме того, было создано программное обеспечение, которое обрабатывало изображение, разбивало его на мазки и преобразовывало в машинный код.
Робот-художник написал серию черно-белых работ, в числе которых был и портрет первого выборного директора ЛЭТИ, изобретателя радио, профессора Александра Попова (1859–1906). В 2022 году исследователи провели очередную модернизацию робота — разработали систему, которая позволила смешивать акриловые краски различных цветов и рисовать ими.
«Возможности текущего функционала робота-художника позволили нам в цвете повторить произведения искусства двух известных живописцев: Клода Моне и Аркадия Рылова. Картины, написанные роботом, имеют четко выраженное визуальное сходство, а также в них сохранена экспрессия, свойственная оригиналу», — рассказывает руководитель проекта, старший научный сотрудник Молодежного НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артур Каримов.
Робот-художник написал копии картин «Сумерки. Венеция» французского художника Клода Моне (1840–1926) и «Белая ночь. Ночная заря» русского живописца Аркадия Рылова (1870–1939). На создание каждой копии размером 30 х 40 сантиметров машине потребовалось более 70 часов и 5 тюбиков краски.
Ученые также разработали специальный математический метод оценки того, насколько точно действуют различные алгоритмы, имитирующие стиль конкретного художника. В основе подхода подсчет количества и характеристик мазков разной длины, которые для удобства представляются в виде гистограммы. Мазки анализировались по шести параметрам: длине, кривизне, ориентации, углу наклона, числу соседних мазков с похожей ориентацией и разницией в ориентации соседних мазков.
Исходя из различий в стиле разных художников, каждая гистограмма будет уникальной. Затем аналогичные гистограммы строятся для картин, сгенерированных с помощью изучаемых алгоритмов имитации стиля. В качестве оригинальных картин для исследования метода использовались произведения известных художников, среди которых Винсент ван Гог, Жорж-Пьер Сёра и Исаак Левитан, а в качестве исследуемых алгоритмов выступили методы нейросетевого переноса стиля и градиентный алгоритм.
«Мы разработали надежный метод, который позволяет объективно оценить точность имитации живописной манеры художника. В результате проведенного исследования двух популярных алгоритмов стилизации изображений под живопись мы выяснили, что гистограммы оригиналов картин имеют весьма посредственное сходство с гистограммами цифровых реплик, созданных с помощью современных алгоритмов, на основе которых действует робот-живописец. Поэтому для того, чтобы, наш робот смог писать картины ближе к стилю оригинала, требуется эти алгоритмы усовершенствовать», — поясняет Артур Каримов.
Разработки направленные на создание робота-художника, поддержаны грантом Российского научного фонда (№22-79-00171), результаты опубликованы в одном из международных научных изданий.