Математическое искусство Эшера

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ШКОЛА №4 ИМ. В. П. ГЛУШКО

ИТОГОВЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ:

Тема: Математическое искусство Эшера.

Выполнила:

Майчикова Антонина Петровна

Ученица 11 А класса

Куратор проекта:

Осадченко Нина Эдуардовна

Учитель математики.

Г. Байконур 2022 г.

Содержание:

Введение:………………………………………………………………………3

Глава 1: Краткая биография

1.                 Детство………………………………………………………………….4

2.                 Зрелые годы…………………………………………………………..4-5

3.                 Особенности художника Эшера………………………………………5

Глава 2:Математическое исскуство

1.                 Мозаики………………………………………………………………5-6

2.                 Многогранники………………………………………………………6-7

3.                 Форма пространства…………………………………………………7-9

4.                 Логика пространства……………………………………………….9-10

5.                 Самовоспроизведение и информация…………………………....10-11

Заключение………………………………………………………………...…11

Список использованной литературы………………………………………..12

Приложение

Введение:

«Математики открыли дверь, ведущую в другой мир, но сами войти в этот мир не решились. Их больше интересует путь, на котором стоит дверь, чем сад, лежащий за ней».

(М.К.Эшер)

Мауриц Корнелис Эшер – известный многим математикам голландский художник-график. Он создал уникальные и очаровательные работы, в которых использовал или показывал широкий круг математических идей (от предела и ленты Мебиуса до геометрии Лобачевского). Создавал картины, на которых изображены «невозможные фигуры». Специального математического образования Мауриц Эшер не получал. Но с самого начала творческой карьеры интересовался свойствами пространства, изучал его неожиданные стороны. Зачастую баловался с сочетаниями 2-мерного и 3-мерного мира. До начала 50-х годов он не был широко известен, но после ряда выставок и статей в американских журналах (Time и др.) он получил мировую известность. Среди его восторженных поклонников были и математики, которые видели в его работах оригинальную визуальную интерпретацию некоторых математических законов.

Цель нашего проекта: Повысить интерес к изучению математики и расширить кругозор в сфере искусства

Задачи исследования:

-привлечь интерес к творчеству Эшера

-ознакомить с использованием симметрии и теории перспективы в художественном искусстве

-проанализировать сведения в проектной работе

Обьект исследования: Творчество Эшера

Предмет исследования: связь математики с искусством Эшера

Глава 1: 

·        Детство:

  Рисовать Корнелису нравилось еще с детства, тем не менее, на его успехах в школе это не слишком отразилось. Мауриц провалил выпускные экзамены (что характерно — даже экзамен по рисованию) да так и не смог получить аттестат зрелости. Все же, Эшеру удалось добиться отсрочки от армии и после неудачной попытки учебы в техническом училище Делфта (откуда был отчислен из-за постоянных долгов вследствие плохого здоровья), он поступает в Школу архитектуры и декоративных искусств в Харлеме. Там его наставником становится Самуэль де Мескита.

·        Зрелые годы:

  Благополучно закончив школу , Эшер отправляется путешествовать по Италии. С 1923 года он живет и работает в Риме. Во время очередного путешествия Мауриц встречает свою будущую жену Джетту Умикер, дочь швейцарского буржуя. В 1926 году у них рождается первый сын. Эшер к тому времени уже становится довольно популярным художником, однако денег, вырученных с продажи литографий, не хватает.

  В 1935 году, из-за очередного обострения фашистского умопомешательства в Италии, Эшер с семьей переезжает в Швейцарию. Однако вскоре, устав от сельского благолепия маленькой, но гордой горной страны, семья переезжает в Брюссель, где они и обретаются до начала Великой Отечественной.

  Вскоре, Эшер меняет свои предпочтения с написания пейзажей (кто бы мог подумать Эшер — пейзажист) на отображение различных невозможных геометрических фигур и пространственных головоломок, благодаря которым он и известен сейчас.

  С 1941 года и до своей смерти Эшер с семьей живет в Нидерландах. В  послевоенное время к художнику приходит долгожданная всемирная слава. Статьи о его работах печатают в солидных европейских и американских изданиях. Литографии Маурица с успехом продаются, художник читает множество лекций о своем творчестве и тому подобное. В общем, годам к 50 он наконец получает все те плюшки, которые всегда хотелось бы получить в молодости.

·        Особенности творчества Эшера:

  Несмотря на то, что имя Мауриц Эшера известно любому человеку, мало-мальски разбирающемуся в искусстве, этот художник всегда стоял особняком среди коллег. Да что там говорить, некоторые искусствоведы даже сомневаются, стоит ли относить его работы к современной живописи. И с ними сложно поспорить, ведь за всю свою карьеру Эшер не написал ни одного живописного полотна. Его волновали исключительно гравюры, орнаменты и узоры. Он мало интересовался коллегами-художниками и не общался ни с кем из них (по крайней мере, не сохранилось никаких тому свидетельств), что лишь усиливало его позицию аутсайдера среди живописцев. Но, несмотря ни на что, Эшеру с его мозаичными узорами, невозможной архитектурой и тиражируемыми, бесконечно воспроизводимыми рисунками удалось достичь того, о чем многие художники того времени могли только мечтать. Эшер прославился при жизни и умер в преклонном возрасте практически признанным гением.

Глава 2:

«Вы уверены, что пол не может быть потолком? У вас не возникает сомнений в том, что вы идете вверх, когда вы поднимаетесь по лестнице?»
(М.К.Эшер)

                 Эти вопросы Эшер адресует прежде всего себе, считая себя своим первым и главным зрителем. Предлагаю рассмотреть поближе работы художника  и их разновидности.

·        Мозаики:

  Регулярное разбиение плоскости, называемое "мозаикой" - это набор замкнутых фигур, которыми можно заполнить  плоскость без пересечений фигур и щелей между ними. Обычно в качестве фигуры для составления мозаики используют простые многоугольники, например, квадраты или прямоугольники. Но Эшер интересовался всеми видами мозаик - регулярными и нерегулярными (нерегулярные мозаики образуют неповторяющиеся узоры) - а также ввел собственный вид, который назвал "метаморфозами", где фигуры изменяются и взаимодействуют друг с другом, а иногда изменяют и саму плоскость.

 Интересоваться мозаиками Эшер начал в 1936 году во время путешествия по Испании. Он провел много времени в Альгамбре, зарисовывая арабские мозаики, и впоследствии сказал, что это было для него "богатейшим источником вдохновения".

Математики доказали, что для регулярного разбиения плоскости  подходят только три правильных многоугольника: треугольник, квадрат и шестиугольник. (Нерегулярных вариантов разбиения плоскости гораздо больше. В частности иногда используются нерегулярные мозаики, в основу которых положен правильный пятиугольник.) Эшер использовал базовые образцы мозаик, применяя к ним трансформации, которые в геометрии называются симметрией, отражение, смещение и др. Также он исказил базовые фигуры, превратив их в птиц, ящериц и в прочих животных. Эти искаженные образцы мозаик имели трех-, четырех- и шестинаправленную симметрию, таким образом сохраняя свойство заполнения плоскости без перекрытий и щелей.

В гравюре "Рептилии" маленькие крокодилы играючи вырываются из тюрьмы двухмерного пространства стола, проходят кругом, чтобы снова превратиться в двухмерные фигуры. Мозаику рептилий Эшер использовал во многих своих работах. В "Эволюции 1" можно проследить развитие искажения квадратной мозаики в центральную фигуру из четырех ящериц.

·        Многогранники:

Правильные геометрические тела - многогранники - имели особое очарование для Эшера. В его многих работах многогранники являются главной фигурой и в еще большем количестве работ они встречаются в качестве вспомогательных элементов. Существует лишь пять правильных многогранников, то есть таких тел, все грани которых состоят из одинаковых правильных многоугольников. Они еще называются телами Платона. Это - тетраэдр, гранями которого являются четыре правильных треугольника, куб с шестью квадратными гранями, октаэдр, имеющий восемь треугольных граней, додекаэдр, гранями которого являются двенадцать правильных пятиугольников, и икосаэдр с двадцатью треугольными гранями. На гравюре "Четыре тела" Эшер изобразил пересечение основных правильных многогранников, расположенных на одной оси симметрии. Кроме этого многогранники выглядят полупрозрачными, и сквозь любой из них можно увидеть остальные.

Большое количество различных многогранников может быть получено объединением правильных многогранников, а также превращением многогранника в звезду. Для преобразования многогранника в звезду необходимо заменить каждую его грань пирамидой, основанием которой является грань многогранника. Изящный пример звездчатого додекаэдра можно найти в работе "Порядок и хаос". В данном случае звездчатый многогранник помещен внутрь стеклянной сферы. Аскетичная красота этой конструкции контрастирует с беспорядочно разбросанным по столу мусором. Заметим также, что анализируя картину можно догадаться о природе источника света для всей композиции - это окно, которое отражается левой верхней части сферы.

Фигуры, полученные объединением правильных многогранников, можно встретить во многих работах Эшера. Наиболее интересной среди них является гравюра "Звезды", на которой можно увидеть тела, полученные объединением тетраэдров, кубов и октаэдров. Если бы Эшер изобразил в данной работе лишь различные варианты многогранников, мы никогда бы не узнали о ней. Но он по какой-то причине поместил внутрь центральной фигуры хамелеонов, чтобы затруднить нам восприятие всей фигуры. Таким образом нам необходимо отвлечься от привычного восприятия картины и попытаться взглянуть на нее свежим взором, чтобы представить ее целиком. Этот аспект данной картины является еще одним предметом восхищения математиков творчеством Эшера.

·        Форма пространства.

Среди наиболее важных работ Эшера с математической точки зрения являются картины, оперирующие с природой самого пространства. Литография "Три пересекающиеся плоскости" - хороший пример для начала обзора таких картин. Этот пример демонстрирует интерес художника к размерности пространства и способность мозга распознавать трехмерные изображения на двухмерных рисунках. Эшер позже использовал данный принцип для создания изумительных визуальных эффектов.

 Эшер создал много иллюстраций гиперболического пространства. Один из примеров можно увидеть в работе "Предел круга III". Здесь представлен один из двух видов неевклидового пространства. Чтобы понять особенности этого пространства, представьте, что вы находитесь внутри самой картины. По мере вашего перемещения от центра круга к его границе ваш рост будет уменьшаться также , как уменьшаются рыбы на данной картине. Таким образом путь, который вам надо будет пройти до границы круга будет казаться вам бесконечным. На самом деле, находясь в таком пространстве вы на первый взгляд не заметите ничего необычного в нем по сравнению с обычным евклидовым пространством. Например, чтобы достичь границ евклидового пространства вам также необходимо пройти бесконечный путь. Однако, если внимательно присмотреться, то можно будет заметить некоторые отличия, например, все подобные треугольники имеют в этом пространстве одинаковый размер, и вы не сможете там нарисовать фигуры с четырьмя прямыми углами, соединенными прямыми линиями, так как в этом пространстве не существует квадратов и прямоугольников. Странное место, не правда ли?

Кроме особенностей евклидовой и неевклидовой геометрий Эшера интересовали визуальные аспекты топологии. Топология изучает свойства тел и поверхностей пространства, которые не изменяются при деформации, например,  растяжении, сжатии или изгибе. Единственное, к чему не должна приводить деформация - это к разрыву. Топологам приходится изображать множество странных объектов. Одним из наиболее известных является лента Мебиуса, которая встречается во многих работах Эшера. Это может показаться странным, но у этой поверхности есть только одна сторона и одна кромка. Если вы проследите путь муравьев на литографии "Лента Мебиуса II", то увидите, что муравьи ползут не по противоположным поверхностям ленты, а по одной и той же. Сделать лист Мебиуса очень просто. Надо взять полоску бумаги, изогнуть ее, и склеить противоположные края ленты клеем.

 Другая интересная литография назавается "Картинная галерея", в которой изменены одновременно и топология и логика пространства. Мы видим мальчика, который смотрит на картину, на которой нарисован приморский город с магазином на берегу, а в магазине - картинная галерея, а в галерее стоит мальчик, который смотрит на картину, на которой нарисован приморский город ...

Для понимания любой картины Эшера требуется внимание и наблюдательность, а эта работа требует особого внимания. Каким-то образом Эшер завернуть пространство в кольцо, и получилось, что мальчик находится одновременно внутри картины и вне. Секрет этого эффекта состоит в том, каким образом преобразовано изображение. Понять это можно, анализируя карандашный набросок сетки, которым пользовался Эшер при создании картины. Обратите внимание, что расстояние между линиями сетки увеличивается в направлении движения стрелки часов. Заметим еще, на чем основана хитрость картины - белое пятно в центре. Математики называют это пятно особым местом или особой точкой, где пространства не существует. Не существует способа изобразить этот участок картины без швов или наложений, поэтому Эшер решил эту проблему, поместив в центр картины свой автограф.

·        Логика пространства:

Под "логикой" пространства мы понимаем те отношения между физическими объектами, которые обычны для реального мира, и при нарушении которых возникают визуальные парадоксы – оптические иллюзии. Большинство художников, экспериментирующие с логикой пространства, изменяют эти отношения между объектами, основываясь на своей интуиции.

 Эшер понимал, что геометрия определяет логику пространства, но и логика пространства определяет геометрию. Одна из наиболее часто используемых особенностей логики пространства - игра света и тени на выпуклых и вогнутых объектах. На литографии "Куб с полосками" выступы на лентах являются визуальным ориентиром  расположения полоски в пространстве и то, как они переплетаются с кубом. И если верить своим глазам, то вы никогда не поверите тому, что нарисовано на этой картине.

Еще один из аспектов логики пространства - перспектива. На рисунках, в которых присутствует эффект перспективы, выделяют так называемые точки исчезновения, которые сообщают глазу человека о бесконечности пространства. 

Вводя те самые точки исчезновения и немного изменяя элементы композиции для достижения нужного эффекта, Эшер смог изобразить картины, в которых изменяется ориентация элементов в зависимости от того, как зритель смотрит на картину. На картине "Cверху и cнизу" художник разместил сразу пять точек исчезновения - по углам картины и в центре. В результате, если мы смотрим на нижнюю часть картины, то создается впечатление, что мы смотрим вверх. Если же обратить взгляд на верхнюю половину картину, то кажется, что мы смотрим вниз. Чтобы подчеркнуть этот эффект, Эшер изобразил два вида одной и той же композиции.

Третий тип картин с нарушенной логикой пространства - это "невозможные фигуры". Парадокс невозможных фигур основан на том, что наш мозг всегда пытается представить нарисованные на бумаге двухмерные рисунки как трехмерные. Эшер создал много работ, в которых обратился к этой аномалии. Наиболее интересная работа - литография "Водопад" - основана на фигуре невозможного треугольника, придуманного математиком Роджером Пенроузом. В этой работе два невозможных треугольника соединены в единую невозможную фигуру. Создается впечатление, что водопад является замкнутой системой, работающей по типу вечного двигателя, нарушая закон сохранения энергии. (Обратите внимание на многогранники, установленные на башнях водопада.)

·        Самовоспроизведение и информация:

В заключение мы рассмотрим аспекты творчества Эшера, относящиеся к теории информации и искусственному интеллекту. Главная идея самовоспроизведения, взятая на вооружение Эшером, обращается к загадке человеческого сознания и способности человеческого мозга обрабатывать информацию так, как не сможет обработать ни один компьютер. Литографии "Рисующие руки" и "Рыбы и чешуйки" используют эту идею разными способами. Самовоспроизведение является направленным действием. Руки рисуют друг друга, создавая самих себя. При этом сами руки и процесс их самовоспроизведения неразделимы. В работе "Рыбы и чешуйки" концепция самовоспроизведения представлена более функционально, и в данном случае она может быть названа самоподобием. В этом смысле данная работа описывает не только рыб, а все живые организмы, в том числе и человека. Конечно, мы не состоит из уменьшенных копий самих себя, но каждая клетка нашего тела несет в себе информацию обо всем теле в виде ДНК.

Углубляясь в изучение самовоспроизведения, можно его обнаружить в отражении и пересечении отражений реального мира. Такое пересечение встречается во многих картинах Эшера. Например, в литографии "Три сферы", на которой присутствуют три шаровидных тела, сделанных из разных материалов с различной отражающей способностью. Эти сферы отражают друг друга и художника, и комнату, в которой он работает, и лист бумаги, на котором он рисует сферы.

Заключение:

По проведенной работе мы можем сделать следующие выводы: Мыслитель, художник, математик - Мауриц Корнелиус Эшер вошел в историю как человек, создававший невероятные и удивительные картины, бросающие вызов здравому смыслу.

  Я убедилась, что мой проект смог показать математику с новой стороны через творчество математического художника Маурица Эшера. С каждым годом появляется все больше и больше книг, где освещаются картины Эшера, анализируются различные аспекты его творчества. Это говорит о неугасающем интересе к его творчеству.

Список литературы:

1.     http://figgery.com.ua/golovolomny-e-fantazii-v-kartinah-e-shera/?ysclid=laph2xy2mf748334940

2.     https://artchive.ru/escher/biography

3.     https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.dac94fa4-637a6bde-69625b6e-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Maurits_Cornelis_Escher

4.     https://im-possible.info/russian/articles/escher_math/escher_math.html?ysclid=lap0mdeq8m707465805#

5.     Эшер, Мауриц Корнелис — Википедия (wikipedia.org)