Мобільна лабораторія натураліста
Додаток для серійного фотографування - автономний модуль, що дозволяє фотографувати кілька зображень на загальний кадр (на одну "фотопластинку") та проводити вимірювання за отриманими фотографіями. В результаті роботи з додатком може бути отримано статичне або анімоване зображення, створене в результаті злиття кількох фотографій. Фотографії можуть бути зроблені як за допомогою камери самого планшета, так і завантажені в програму із зовнішніх джерел (в останньому випадку відстежувати точність розташування камери при тривалих проміжках між зйомками доведеться «вручну»). При зйомці на камеру планшета бажано мати покупну або саморобну підставку, що дозволяє зафіксувати планшет для збереження точки зйомки незмінною (це важливо при нетривалих експериментах з об'єктами, що близько розташовані, наприклад, при визначенні астрономічного часу або для оцінки швидкості розпускання бутонів рослин).
При фотографуванні камерою планшета знімок поміщається не в галерею планшета, а у створений у лабораторії проект. Разом зі знімком зберігається інформація про час зйомки, GPS-координати точки зйомки та характеристики положення планшета (дані з гіроскопів) – їх потім можна буде включити у підсумкове зображення, що отримується під час обробки проекту.
Перший знімок використовується як основа серії знімків проекту; наступні кадри розміщуються в цьому ж проекті, доки зйомка серії знімків не буде завершена. Програма дозволяє включити нагадування про зйомку наступного кадру: у спеціальному діалоговому вікні можна задати проміжок часу до зйомки наступного кадру в хвилинах, годинах і днях (для аналем кадри зазвичай знімають з інтервалом раз на 10-12 днів, для проростання насіння - щодня, для визначенняастрономічного часу – з інтервалом 2-3 хвилини).
При обробці зображень можна з окремих фотографій проекту створити статечне або анімоване зображення. Це виконується під час низки послідовних етапів обробки зображень.
Додавання міток
Редактор, який дозволяє додати на кадр мітки дати зйомки, часу зйомки та координат, а також виноску – лінію, що з'єднує текст із елементом зображення. При додаванні текстової мітки можна змінити її положення так, щоб вона не закривала значні частини зображення. В результаті на кадрі буде вказано, коли та де отримано елемент зображення, позначений виноскою. Такі самі позначки користувач може зробити на всіх або деяких кадрах проекту. Важливо пам'ятати, що треба змінювати положення міток та виносок так, щоб вони не закривали один одного. Для цього зручно прогортати всі зображення проекту поспіль, щоб оцінити, як багато треба зробити міток і продумати, як їх краще розмістити (як критерії може бути не тільки прагнення уникнути перекривання текстів, а й відповідність меті проекту: наприклад, при серійній зйомці проростання насіння зручно робити горизонтальні виноски, що дозволяють розрахувати довжину проростків у певні дні для побудови графіка. Приклад вдалого розташування на фото виносок з часом зйомки окремих кадрів наведено на рис. 1.
Мал. 1. Винесення з часом зйомки кадрів положення Місяця на збірній фотографії.
Цей етап можна пропустити і не додавати на фотографіях нічого – наприклад, на групових портретах мітки не потрібні.
Складання зображень
Можна вибрати підсумковий формат представлення: фотографія (статичне зображення) або анімація (stop-motion) – послідовне виведення зображень проекту з невеликоїтимчасовою затримкою, яка закінчується останнім кадром із зібраним статичним зображенням.
Таким чином, додаток може бути використаний для різних проектів як інструмент моніторингу (фіксації спостережень), аналізу та подання даних. Наприклад, з його допомогою можна фіксувати положення яскравих небесних тіл (Сонця, Місяця), швидкість росту рослин, зміни снігового покриву при таненні снігу та багато іншого. Як можна застосувати цю програму, розглянемо на кількох прикладах.
1. Аналеми
Аналема (грец. ανάλημμα, «основа, фундамент») — крива, що з'єднує ряд послідовних положень Сонця на небосхилі планети в один і той же час протягом року. З восьми планет Сонячної системи аналеми видно на шести, включаючи Землю. На Меркурії та Венері спостерігати аналеми неможливо, тому що їх періоди обертання навколо своєї осі близькі до періодів обертання навколо Сонця (наприклад, Венера здійснює один оберт навколо своєї осі за 243,02 земної доби, а період обертання навколо Сонця дорівнює 224,7 земної доби ).
Форма земної аналеми (нахилена «вісімка») визначається нахилом земної осі до площини екліптики та еліптичність земної орбіти. Найвище становище Сонця на аналемі відповідає літньому сонцестоянню, найнижче - зимовому; становище у середині «вісімки» Сонце займає двічі на рік (див. рис. 2).
Мал. 2. Форма земної аналеми.
Зображення аналеми часто зустрічається на старовинних глобусах і картах (рис. 3). Аналемою також називали сонячний годинник, на якому показувався зодіак. На такому приладі можна було за допомогою довжини тіні визначати входження Сонця у різні знаки зодіаку та тривалість світлового дня. Аналема також використовується в точному сонячному годиннику для визначення часу зточністю до хвилин (рис. 4).
Мал. 3. Аналема на старовинному глобусі. Музей глобусів (Globenmuseum), Відень, Австрія.
Мал. 4. Сонячний годинник з аналемою. Ілюстрація зі статті у журналі «Юний Технік», 1975 № 5, с. 74-76.
Побудуйте аналему для вашої місцевості. Дайте відповідь на питання:
- Чим відрізняються аналеми, зроблені однієї місцевості, але різного часу доби?
- Чим відрізняються аналеми, зроблені у різній місцевості? Що більше впливає вигляд аналеми – широта місцевості чи її довгота? Чому?
Виявляє також інтерес аналема місячного місяця (рис. 5). Автор фотографії, Річ Річінс робив зйомку Місяця в Органських горах на півдні штату Нью-Мексико, США. Для проведення спостережень астроном вибрав місячний місяць, який входить день літнього сонцестояння в північній півкулі. На поданому на рис. 5 складеному зображенні нижня права точка відповідає сходу повного Місяця, а верхня ліва - молодик. Примітно, що в процесі зйомки Річінсу довелося використовувати спеціальні прийоми, щоб отримати світлий час доби фотографії тонкого півмісяця.
Справжнє положення Місяця відрізняється від середнього з тієї причини, що супутник рухається еліптичною орбітою, нахиленою до площини екліптики під кутом у п'ять градусів. Побудувати місячну аналему складніше, оскільки фотографії доведеться робити не в один час доби, а зі зсувом на 51 хвилину для кожного наступного кадру; тому частину фотографій дійсно доведеться робити у світлий час доби.
Мал. 5. Аналема місячного місяця.
Звичайно, розрахунок виду аналеми – математичне завдання, тому існує низка комп'ютерних програм, що дозволяють побудувати аналему для конкретної місцевості. Назвемо деякі такіпрограми.
Мал. 6. Вікно розрахунку виду аналеми у програмі Геліограф 3.
Програма Day-night (рис. 7) обчислює положення Сонця та Місяця для заданої точки на Землі у заданий час, графік добового ходу Сонця та Місяця в координатах азимут – підйом над горизонтом, положення меж тіні та сутінків з відображенням на карті Землі.
Мал. 7. Вікно програми Day-night v.2.6.2
Мал. 8. Результат розрахунок виду аналем для м. Москва для різного часу доби у програмі Day-night v.2.6.2
Досить проста програмаAnalemma з сайту www.analemma.com (рис. 9) будує лише аналеми, але з її допомогою можна побудувати не тільки земну аналему, а й аналеми для інших планет – для цього треба запровадити значення ексцентриситету конкретної планети (ступеня відмінності еліптичної орбіти від кола) та кута нахилу осі обертання планети, а також місяць весняного рівнодення.
Мал. 9. Вікно програми Analemma.
2. Визначення астрономічного часу
Визначення астрономічного часу конкретної території проводиться у сонячний день. Для цього використовується вертикально жердина, і вимірюється довжина тіні, яку він відкидає, при фіксації часу вимірювання. У ході досвіду зі зручної точки (переважно – верхньої) проводиться з інтервалом у 2-3 хвилини зйомка жердини та її тіні. Час, коли довжина буде найменшою, і є астрономічним полуднем цієї місцевості. Для виконання роботи треба отримати збірне зображення з мітками, що відповідають часу зйомки кожної з фотографій. Зручно точки закінчення тіні в різні моменти часу відзначити за допомогою стілусу, і за ними побудувати згладжену криву, визначивши з достатньою точністю час, що відповідає мінімальній довжині тіні. По точці на кривій визначаєтьсяастрономічний час цієї місцевості з точністю до хвилин.
3. Гальтонові портрети
Гальтоновими портретами називають збірні фотопортрети різних людей, зняті на одну фотопластинку. Автор методики, Френсіс Гальтон (1822–1911), двоюрідний брат Ч. Дарвіна, був різнобічним вченим: він – основоположник аналізу родоводів, дерматогліфіки (основи дактилоскопії – ідентифікації людей за відбитками пальців), математичних методів у біології (скринька Гальтона) , тестового методу дослідження особистості, евгеніки тощо.
Ф. Гальтон запропонував робити збірні фотопортрети: фотографувати однією фотопластинку кілька фотографій родичів чи земляків (рис. 10). Для цього попередньо зроблені фотопортрети узгоджувалися за розмірами і розташовувалися з вирівнюванням по вертикальній осі та горизонтальній лінії очей. Під час отримання збірного зображення загальні риси посилювалися, а індивідуальні відмінності – стиралися (рис. 11). Методом спроб та помилок він удосконалив деталі цієї фотографічної техніки (Composite Portraiture) протягом багатьох років, з використанням апарату власної конструкції. Він був особливо зацікавлений у використанні цих збірних фотографій для перевірки, чи існує відомий злочинний тип зовнішності, проте його експерименти в цьому напрямі показали, що в межах наявних даних такий тип не проявився.
Мал. 10. Зйомка збірних портретів.
Мал. 11. Приклад сімейних портретів.
В останні десятиліття у зв'язку з розвитком комп'ютерної графіки ідея Френка Гальтона проходить новий виток популярності.