МЕТОДЫ ИНФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА МОРФОЛОГИИ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Краткое содержание

Вступ містить обгрунтування вибору теми, аналіз стану проблеми, що вивчається, мету, об'єкт, предмет, методи, наукову новизну, практичне значення і апробацію результатів дослідження.

У першому розділі «Методи дослідження інформаційних складових системи «архітектурне середовище – людина» проводиться огляд сучасних підходів до дослідження інформаційних властивостей архітектурного середовища. Ці властивості у дослідженні виступають як проблеми взаємодії з ним головного споживача - людини.

У цьому ж розділі проводиться аналiз iснуючих уявлень про теорiю архiтектурної композицiї. Розгляд цих уявлень, якi є iдеологiями рiзних архiтектурних шкiл i видатних дiячiв архiтектури, показує, що вони не утворюють на сьогодняшній день стрункої й чiткої системи інформаційної оцінки архітектурної форми людиною. Деякі уявлення вiдображають цiннiснi пiдходи до виражальних можливостей професiйних засобiв, детермiнованих iсторико-культурним процесом. Напрям теоретичної архiтектурної думки, який з`явився в останньому столiттi, спирається на iдею психофiзiологiчної детермiнованостi естетичної досконалостi. Цей напрям сформував декiлька архiтектурно-проектних шкiл з активною орiєнтацiєю на сугубо морфологiчнi фактори, якi формують естетичнi цiнностi. Обидва цi пiдходи в iснуючiй сьогоднi архiтектурнiй думцi протистоять один одному. Предметний пiдхiд, здатний плiдно розв`зати уявну суперечнiсть, може зв`язати обидва аспекти проблеми в розробці методів аналізу та інформаційної оцінки морфології міського середовища та алгоритмічних підходів до формування програмних методів рішення проблемних ситуацій в архітектурному середовищі.

Для цього в дисертації розглянуті деякі з структурних зв'язків системи «архітектурне середовище – людина»: 1. Цільовою функцією системи «архітектурне середовище – людина» є процес відбивання властивостей підсистеми «архітектурного середовища» в статичному та динамічному сприйманні її підсистемою людини – споживача. 2. Цільовою функцією системи «архітектурне середовище – людина» є процес прийняття проектних рішень.

В якості методів дослідження системи «архітектурне середовище – людина» використовується системний підхід, окремі напрямки експериментальної психології, деякі напрямки теорії інформації, алгоритмічний підхід.

У дослідженні враховується, що архітектурна композиція виявляє свої естетичні властивості лише в процесі її засвоєння людиною. Ця процедура є психологічним процесом, який будується на основі сприйняття сигналів, що відбивають об'єктивні характеристики об'єкту - стимулу, тобто інформації, переробки цієї інформації та розробки відповіді - емоційної реакції. В результаті цієї реакції відбувається оцінка візуальних властивостей сприйманого архітектурного об'єкту. Механізм цей системний, він утворюється з взаємодії різноманітних аналізаторів людського організму.

Процес сприйняття працює на трьох рівнях: сенсорному - (відчуття), перцептивному - (сприйняття), аперцептивному, операторному - (уявлення). Кожний з рівнів сприйняття проходить наступні фази, які можна уявити як: “де це?”, “на що це схоже?”, “що це за річ?”. В основному пізнавальному акті сприйняття у всіх досліджених на сьогоднішній день фазах і етапах, що протікають неусвідомлено, автоматично, у згорнутому миттєвому акті сприйняття, що дає нам образ сприйманого об'єкту, проводяться операції порівняння з різними еталонами, які зберігаються в різних формах пам'яті (короткочасній, оперативній, довгостроковій, культурній). При цьому фіксуються тільки дві грані порівнюваних властивостей об'єкту та еталону: подібність та розходження. Саме ця якість механізму сприйняття - фіксація подібності та розходження стає основою для розробки методів аналізу укладеної в досліджуваному об'єкті морфологічної інформації.

Цей процес, в свою чергу, є процесом обробки й прийняття рішення, тобто є інформаційним процесом. Морфологічні властивості архітектурного об'єкту утворюють для сприйняття інформаційну систему, яку можна аналізувати кількісними методами, в тому числі і методами теорії інформації. Для аналізу інформативності архітектурної форми у дослідженні пропонується спиратися на твердження В. Глушкова, який визначив інформацію як міру неоднорідності середовища. Вона відбивається розходженнями, неоднорідністю системи сигналів, які надходять із середовища. Найпростішою одиницею вимірювання інформації є мінімально помітне розходження двох стимулів. Розходженнями, істотними для людини, є ті, які сприймаються його зоровою системою. Ці розходження психологи називають "порогами" зорових відчуттів, тобто одиницями інформації.

У дослідженні виявлено структурний зв'язок системи «архітектурне середовище – людина», в якому цільовою функцією є процес відбивання властивостей підсистеми «архітектурного середовища» в статичному та динамічному сприйнятті її підсистемою людини – споживача. Цей процес можна розглядати як процес, який будується на основі отримання сигналів, що відбивають деякі об'єктивні характеристики об'єкту - стимулу, тобто інформації, переробки цієї інформації і вироблення відповіді - рішення як емоційно-оціночної реакції. Всі це є процесом обробки і прийняття рішення, тобто є інформаційним процесом. Ці принципи і є головною методологічною базою для розробки методів аналізу і інформаційної оцінки морфології міського середовища.

У другому розділі «Методи інформаційного аналізу та оцінки морфологічних властивостей фронту забудови вулиці» виявлено деякі з структурних зв'язків системи "архітектурна середовище - людина", зокрема розглянута цільова функція даної системи – процес відбивання, сприйняття людиною архітектурного середовища. Людина в цьому випадку розглядається як споживач візуальної інформації про архітектурний об'єкт. Архітектурне середовище розглядається як оточення людини, яке сприймається їй у русі. Це середовище несе в собі потенційно заставлену інформацію, яка в свою чергу має певні візуальні властивості, що впливають на емоційний стан людини. Вона містить об'єктивні інформаційні ознаки, які піддаються кількісному аналізу – кольорово-світлові, лінійні, площинні, об’ємні, просторові.

Для оцінки інформативності деяких з цих ознак, зокрема, для кількісної оцінки інформативності контурних, силуетних характеристик фронту забудови вулиці, у дослідженні вперше розроблені методи інформаційного аналізу та оцінки морфологічних властивостей фронту забудови вулиці, сприйманих під час руху.

Природа інформативності силуету архітектурної форми полягає у тому, що це - зорово найбільш виразна, первинна властивість загальної просторової організації архітектурної форми, вона відбиває важливі топологічні риси внутрішньої сутності об'єкту і зв'язок його із середовищем. Архітектурний силует - один з найважливіших морфологічних елементів образу, що є джерелом значної частини інформативності, яку закладено в архітектурній формі. У сприйнятті силуетних характеристик найважливішим елементом є контур. У процесі зорового сприйняття свідомість "вистригає" пляму силуету по контуру. У зв’язку з цим, як об'єкт для аналізу потенційної інформативності архітектурної форми, у дослідженні обрана ця первинна в сприйнятті морфологічна характеристика - її силует і зокрема - контур як графік сканування, зчитування оком інформації, закладеної в архітектурному об'єкті. Скануючи по контуру, і підсумовуючи своїми кутовими поворотами зміну його висот та кривизну, наше око зчитує закладену в ньому потенційну інформативність.

Запропоновані в дослідженні методи грунтуються на існуючому методі аналізу інформативності силуетних характеристик архітектурної форми, який вперше розроблено професором О. Фоменко. Ці методи в свою чергу грунтуються на інтеграції аналітичних даних про математичні характеристики контурів силуетів архітектурних споруд. Вони передбачають аналіз первинного рівня інформативності, відповідного інтегральному накопиченому запасу змін висот всіх крапок контуру, другого рівня інформативності, відповідного зміні кривизни контуру.

Найважливішим в осмисленні результатів кількісного аналізу заставленої в контурах архітектурних силуетів інформативності різних рівнів, є дослідження взаємовідносин цих рівнів, що відбивають різні послідовні етапи сприйняття архітектурної форми. При цьому новизна кожного етапу сприйняття перетворюється в старе константне знання. Це фіксується послідовно в короткочасної, оперативній і довгочасній пам'яті. В архітектурі цей аналіз відбиває такі звичні архітектурні композиційні категорії, як динамічність і статичність, різноманітні рівні композиційної цілісності сприйманого архітектурного об'єкту, в кінцевому підсумку навіть фундаментальну композиційну і естетичну категорію – гармонійність.

В результаті застосування означених методів до аналізу шедеврів архітектури Фоменко довела, що значуща більшість об'єктів, які досліджувалися володіють співвідношеннями: “маси” силуетів-130 250; 350; 460; 560; 660; 750, 870 умовних одиниць інформативності, динаміка зміни контура силуету архітектурних об'єктів - 400, 2400, 3400, 4500, 5500, 6700, 8900, 9800 умовних одиниць інформативності. Величина співвідношення динаміки зміни контура до його маси володіють співвідношеннями ряду Фібоначчи: 1; 2; 3; 5; 8; 13, 21, 34. Чим більше величина кожного з параметрів, тим більш динамічним, естетично насиченим, але гармонійним оцінюється даний архітектурний шедевр. Ці закономірності віднесено до критеріальних ("верхніх" і "нижніх") параметрів необхідної морфологічної інформативності, яка міститься в тій або іншій архітектурній формі. Ці закономірності можна розглядати як свого роду інварианти, ідентичі для всіх архітектурних шедеврів, як би останні ні розрізнялися складністю або призначенням.

На відзнаку від методів О. Фоменко, які припускають кількісний аналіз інформативності статичної, окремо стоячої архітектурної форми, у дослідженні пропонуються методи, що передбачають кількісний інформаційний аналіз архітектурних ансамблів, сприйманих в русі людини вздовж фронту забудівлі. Найважливішим при цьому є факт поступової адаптації людини до інформації. При цьому інформація, яку ми вважаємо надмірной, у певних моментах стає нормою, а у певних моментах, коли глядач звикає до неї, й недостатньою. Тому при дослідженні морфологічних властивостей фронту забудови вулиці, які сприймаються людиною під час руху, надмірність необхідна як свого роду чинник, який стимулює все нову та нову інформацію. Надмірність інформації необхідна для забезпечення стимуляції інтересу до архітектурного середовища в процесі його сприймання.

Також у дослідженні розроблені методи кількісного інформаційного аналізу композиційних характеристик архітектурних об'єктів, сприйманих при фронтальному наближенні до них. При цьому аналізуються три основних ієрархічних рівня сприйняття архітектурного середовища; які відповідають реальному графіку руху спостерігача та різноманітним масштабам сприйняття.

1. Весь цілісний силует композиції забудівлі вулиці, що входить в кут зору та сприймається "образом" на "тлі" природного оточення. Точка зору в таких випадках достатньо усунена, що забезпечує сприйняття всієї объемно-просторової композиції забудівлі.

2. Окрема велика деталь, яка сприймається "образом" на "тлі" забудівлі вулиці як закінчений об'єкт - композиційний центр. Точка зору відповідає середнім дистанціям.

3. Окрема закінчена композиційна деталь, яка сприймається "образом" на "тлі" більш великої деталі. Точка зору наближена. (Рис. 1)

В основу методу покладений один з головних феноменів сприйняття форми - це феномен виділення фігури з тла. Він полягає в тому, що все поле зору людини розчленовується на разнорідні частини. До однієї з них відноситься фігура або предмет, а до іншої - тло, на якому і в порівнянні з яким цей предмет сприймається.

При розробці вказаних методів передбачається проаналізувати співвідношення наявності в силуетних характеристиках досліджуваних об'єктів архітектури таких його властивостей, як структурність, константність, подібність (визначений у дослідженні як “С”) та розходження (визначений у дослідженні як “D ”).

За допомогою означених методів в дослідженні кількісно проаналізована морфологічна інформативність силуетних характеристик архітектурного середовища центру м. Харкова (проаналізовано 562 об'єкта архітектури, які розташовані на вулицях Пушкінській, Чернишевського, Міроносицькій, Артема, Римарській). Встановлена кореляція отриманих результатів з існуючими критеріальними “верхніми” та “нижніми” параметрами необхідної морфологічної інформативності архітектурного середовища (“маси” силуетів від 130 до 870 умовних одиниць інформативності, динаміка зміни контура силуету архітектурних об'єктів від 400 до 9800 умовних одиниць інформативності, динаміки зміни контура до його маси від 1 до 34).

Проведення кількісного інформаційного аналізу силуетних характеристик означених вулиць дозволяє зтверджувати, що всі вони (зокрема, кількісні показники вулиць Пушкінській, Чернишевського, Міроносицькій та Артема) знаходяться в кордонах цих параметрів, за рідким винятком, при якому кількісні показники цілісного силуету композиції забудівлі виявляється незначно більше верхніх критеріальних характеристик.

Багато з кількісних показників морфологічних характеристик цілісного силуету композиції забудівлі вулиці Римарській виявляється також незначно більше верхніх критеріальних характеристик, що говорить про наявність в ній «надмірності» інформації, яка знаходиться за рамками максимальної інформативності. Особливо це стосується дослідження загального контура силуету. (Що стосується інформаційних характеристик окремих великих деталей та окремих закінчених композиційних деталей, то тут спостерігається тенденція тяжіння їхніх інформаційних характеристик до середніх або нижніх показників.) Однак, «надмірність» інформації при руху людини вздовж фронту забудівлі компенсує проблему поступового звикання до неї.

Таким чином, у другому розділі за допомогою вперше розроблених методів аналізу та інформаційної оцінки морфології міського середовища кількісно проаналізовано пластичне багатство фронту забудівлі вулиці, що дозволило оцінити інформаційну цінність об'єктів, які обстежилися з урахуванням їхнього динамічного сприйняття. Також досліджена інформативність різноманітних масштабів сприйняття архітектурних об'єктів. Завдяки встановленню кореляції отриманих результатів з існуючими критеріальними параметрами необхідної морфологічної інформативності архітектурного середовища виявлені зони фрагментів архітектурного середовища центру міста Харкова, відповідні або надмірній, або недостатньої інформативності.

У третьому розділі «Алгоритмічні підходи до вдосконалення деяких етапів процесу архітектурного проектування» виявлені деякі з структурних зв'язків системи «архітектурне середовище – людина». Зокрема, розглянута цільова функція даної системи – один з інформаційних етапів прийняття проектних рішень. Визначені кордони її аналізу, які розглядаються як безліч структур, пов'язаних з процесами створення штучного середовища людини. Генеруючу та керуючу роль в цій системі виконує підсистема "архітектурне проектування" та процес прийняття проектних рішень. Задачею цієї підсистеми є вирішення протиріч і балансування відношень між метою інших підсистем системи «архітектурне середовище – людина».

У цьому ж розділі проаналізована інформаційна сутність процесу архітектурного проектування. Проведено аналогії цього процесу з інформаційними складовими процесу мислення людини. Зроблено висновки про необхідність застосування в дослідженні алгоритмічних підходів, які використають адаптивні стратегії архітектурного проектування. При цьому враховується, що великий обсяг пам'яті ЕОМ, її уміння точно запам’ятовувати інформацію, зберігати, швидко витягати необхідні відомості, варіювати ті або інші характеристики проектного рішення дозволяють одержувати досить велику кількість необхідних варіантів. ЕОМ дозволяє швидко і точно оцінити кожний варіант проектного рішення, зіставити варіанти між собою та аргументувати вибір найкращого.

На підставі цього у дослідженні розроблені алгоритмічні підходи, які дозволять корегувати проблемні ситуації з дифицитом та надмірністю закладеної у архітектурній формі інформативності. Вони використовують адаптивні стратегії архітектурного проектування, які дозволяють розробити касу варіантів архітектурних рішень. Ці стратегії в дослідженні поділяються на п'ять основних етапів:

1.    Інформаційна оцінка морфології архітектурного середовища за допомогою розроблених в дослідженні методів;

2.     порівняння отриманих результатів з крітеріальними характеристиками інформативності;

3.     проектування безлічі варіантів архітектурної форми;

4.     їхня оцінка в залежності від відповідності необхідним критеріям;

5.    наближення до оптимального варіанту.

Припускається, що вказані підходи стануть основою методики, метою якої є "підказування" напрямків пошуків потрібного засобу для досягнення необхідного інформаційного рівня якості елементів архітектурного середовища. Означені алгоритми є черговим етапом в розробці методологічних основ для удосконалення системи управління інформаційними якостями архітектурного середовища. В застосуванні до кожної окремої задачі викладені методи дозволять у подальшому проводити розробку більш конкретних методів і моделей для процесів автоматизації деяких етапів архітектурного проектування, направлених на подальше вдосконалення естетичної якості архітектурного середовища.