|
|
Князева Елена Валерьевна | (Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет) |
В статье представлен краткий исторический обзор развития геометро-графических методов в странах Европы и в России. Рассмотрен путь формирования и становления начертательной геометрии как научной дисциплины.
Начертательная геометрия является одной из фундаментальных наук, составляющих основу при подготовке специалистов как технических, так и творческих специальностей (дизайнеров, архитекторов и др.). Наука способствует развитию пространственного воображения, умению мысленно создавать представления о форме и размерах объекта по его плоскостному изображению, раскрывает особенности зрительного восприятия предметов, учит делать зарисовки и чертежи различных геометрических тел, строить тени в ортогональных, аксонометрических и перспективных проекциях, знакомит с методами построения перспективы.
Представим краткий исторический обзор развития геометро-графических методов, который позволяет выделить следующие периоды, и проследим путь формирования и становления начертательной геометрии как научной дисциплины.
Необходимость изображать окружающие и вновь создаваемые предметы появилась на заре человеческой культуры. Прежде, чем научиться описывать предметы словами, человек рисовал их. Рисунки были первыми прототипами чертежей. Первобытные наскальные рисунки – это первые попытки описания предметов, животных, ритуалов и разнообразных событий. Рисунки пространственных форм в виде однопроекционных изображений на плоскости появились еще в глубокой древности, ко времени сооружения храмов Египта. Например, в древнеегипетских папирусах встречаются планы различных сооружений, рисунки на граните и настенная живопись – это изображение реальных предметов на плоскости. Планами зданий и городов пользовались архитекторы Древнего Востока, Греции и Рима.
Период Античности. В период античности появляются сведения о проекционных изображениях и перспективе. Марк Витрувий (1 в. до н.э.) в одном из древнейших источников «Десять книг об архитектуре» упоминает о правилах составления планов и фасадов (без проекционной связи между ними) [6]. В книге говорится также о разработках древнегреческого геометра Эвклида, жившего в 3 век до н.э. и сформулировавшего 12 аксиом 61 теорему о «видения» пространственных тел.
Период Средневековья. Этот период не оставил значительных работ то теории изображений.
Период Возрождения. Новый период бурного развития геометрической теории начинается в XIV веке, происходит возрождение архитектуры, живописи, скульптуры в разных странах Европы (Италия, Германия и др.).
Выдающиеся ученые эпохи возрождения Филиппо Брунеллески (1377-1446г) – итальянский ученый и архитектор, кто применяет в своих творческих работах перспективу и разрабатывает практические приемы построения линейной перспективы, которые составляют основу современного «метода архитектора». Леон Баттиста Альберти (1404-1472), обобщает художественный и профессиональный опыт Брунеллески и теоретически развивает его в трактатах «О живописи» и предлагает способ построения перспективы с помощью сетки, который используется до настоящего времени. Именно, ему принадлежит высказывание: «Ни один живописец не может писать, не зная геометрии» [7].
Леонардо да Винчи (1452-1519) великий художник, ученый и инженер, в своей работе «Трактат о живописи», приводит примеры применения перспективных изображений, значительное место уделено учению о линейной, купольной и воздушной перспективе, а также вопросам построения теней в перспективе. Кроме того он создает свою классификацию цветов, у него их шесть (белый, желтый, зеленый, синий, красный и черный) и выявляет такие особенности цвета, которые имеют большое практическое значение и для художников нашего времени. Леонардо отказался от яркой красочности. Он строил свои картины на бесконечно тонких тональных переходах и воплощает новую живописную технику. У него линия имеет право на размытость, потому что так мы её видим. Он осознал явления рассеяния света в воздухе и ввел в живопись понятие (сфумато) - это приглушенность всех цветов мягкой атмосферной дымкой.
Дальнейшее формирование научной теории изображений способствовали разработки немецкого живописца Альберта Дюрера (1471-1528), который приводи способ построения перспективы по плану и фасаду (способ следа луча).
Как геометрическая наука теория перспективы получила широкое развитие в трудах Гвидо Убальди (1545-1607). В его книге «Шесть книг по перспективе» он приводит основные положения перспективы и рассматривает способы построения перспективы на различных поверхностях: купольная перспектива (на сфере и конусе), панорамная (на цилиндре), описывает театральную и рельефную перспективу.
На рубеже XVII-XVIII веков Брук Тейлор (1685-1731) – английский математик, рассматривает способы решения позиционных задач в перспективе, в свою очередь немецкий геометр Иоганн Ламберт (1728-1777) в работе «Вольная перспектива» решает обратную задачу - определение размеров оригинала по его центральной проекции (реконструкция перспективы).
До конца 18 века все ранее разработанные методы применяются и совершенствуются, однако все они носят разрозненный характер.
Как видно из выше сказанного за рубежом развитие чертежа шло от перспективного изображения, рассмотрим, как происходило развитие геометро-геометрических методов в России. Графическими изображениями на Руси пользовались с древних времен, это были иллюстрации к летописям, старинные документы, перспективные рисунки и планы городов, выполненные на основе глазомерной съемки в условной проекции.
В середине 16 века Иван Грозный впервые провел сбор графических материалов, до нас же дошел рисунок «аксонометрический чертеж Московского Кремля» 1600г. и чертеж перспективного изображения города Пскова (1581). Русские чертежники использовали метод плоскостного изображения, и развивали приемы русских иконописцев. Этот метод давал большую возможность для перехода к современному плоскостному техническому чертежу. Первоначально чертежи представляли собой изображение внешнего вида предмета или сооружения, нередко это был силуэт, внутри которого помещался план. К концу 17 века изображение общего вида и плана уже не совмещены, а расположены рядом слитно один с другим.
Широкое распространение чертежное дело получило при Петре I, считавшего графические знания "нужнейшей частью инженерства" [7]. В совершенстве зная чертежное искусство, Петр устанавливает единые правила выполнения чертежей в точном масштабе. Сам выполняет чертеж корпуса корабля. Этот документ и сегодня хранится в Русском музее, а также первый план Адмиралтейства.
Графическая культура того времени была поставлена на достаточно высокий уровень. Ведется подготовка специалистов-чертежников в Московской Инженерной школе и издается ряд учебников по черчению, например, один из них техническая книга «Приемы циркуля и линейки» (1725г), которая «давала необходимые научные основы для овладения азбукой инженерного дела – черчением» [2]. Проводятся большие картографические работы по созданию атласов рек, морей и территорий Сибири.
Выдающиеся русские ученые XVII-XVIII века: конструктор и изобретатель Иван Петрович Кулибин (1735-1818) и талантливый механик Иван Иванович Ползунов (1728-1766), создавший чертеж паросиловой установки.
Дмитрий Васильевич Ухтомский (1719-1784) архитектор, создавший в 1749 году первую в России архитектурную школу, в которой преподавалась арифметика, геометрия, теория архитектуры, труды Витрувия и др. Учащиеся приучались к составлению небольших проектов новых построек, вели наблюдение за ремонтом и постройкой зданий. Из стен «архитектурной школы» Ухтомского вышли передовые архитекторы России второй половины 18 века В.И. Баженов, М.Ф. Казаков, Первый ректор Академии Художеств архитектур А.Ф. Кокоринов и др.
Итак, к концу 18 века геометро-графические методы уже имеют многовековую историю, как в России, так и в странах Европы. Все ранее разработанные методы применяются и совершенствуются, также разрабатывается метод проекций с числовыми отметками, совершенствуется способ наглядного аксонометрического изображения.
Однако единого метода изображений объемного тела на плоскости чертежа разработано не было. Исторически назрела задача научного обоснования накопленного геометро-графического материала и создания новой науки.
Эту задачу успешно решил французский ученый Гаспар Монж (1746-1818). Он теоретически обосновывает и обобщает весь материал по теории и практике изображений пространственных форм на плоскости и создает единую систему ортогонального проецирования на две плоскости, которая находит широкое применение в технике и архитектуре. Гаспар Монж является основателем курса начертательной геометрии как научной дисциплины. Сам Монж определял созданную им науку: «Искусство представлять на листе бумаги, имеющем только два измерения, предметы, имеющие три размера, которые подчинены точному определению» [7]. Гаспар Монж является основателем курса начертательной геометрии как научной дисциплины, со времен Монжа эта наука завоевала достойное место в технической школе всех стран.
Впервые свой курс Гаспар Монж прочитал 21 января 1795 при открытии Нормальной школы. Отдельной книгой курс был опубликован в 1798 году, в состав этого курса включены разделы: основы метода ортогонального проецирования, построение касательных плоскостей и нормалей к поверхности, теория пересечения и разверток поверхностей, примеры решением прикладных задач по архитектуре, живописи и фортификации, картографии и проектирования машин.
Начертательная геометрия рассматривалась, как национальное достояние Франции и в течение 20 лет автору было запрещено ее публиковать.
В 1809 г один из учеников Монжа, испанец по происхождению, Августин Бетанкур (1758-1824) основал первое в России высшее транспортное учебное заведение - Петербургский институт Корпуса инженеров путей сообщения (ныне Петербургский государственный университет путей сообщения), в стенах которого был впервые прочитан курс Начертательной геометрии, французским инженером Карлом Ивановичем Потье (1786-1855), учеником Монжа. Именно под влиянием этого института и сформировалась русская школа начертательной геометрии. В 1816г К.И. Потье издает на французском языке первый в России учебник по начертательной геометрии «Основания начертательной геометрии».
В дальнейшем выпускник данного института Яков Александрович Севастьянов (1796-1849), в 1814г. был назначен репетитором по начертательной геометрии. Свою педагогическую деятельность Севастьянов начинает с 1818г., он читает лекции по начертательной геометрии, но преподавание велось только на французском языке и Севастьянов самостоятельно переводит курс начертательной геометрии на русский язык. В 1821г. Севастьянов издает оригинальный научный труд «Основания начертательной геометрии», первый учебник по начертательной геометрии на русском языке, который положил начало научно-обоснованному подходу к преподаванию геометро-графических дисциплин в России. В своих исследованиях он стремился теоретическую работу направить на решение практических задач, примерами служат его работы «Приложение начертательной геометрии к воздушной перспективе» и «Начальные основания разрезки камней».
Благодаря плодотворной деятельности Севастьянова курс начертательной геометрии распространяется в другие учебные заведения Петербурга: Инженерное артиллерийское училище, Морской кадетский корпус, Петербургский университет, далее в Горный кадетский корпус, училище гражданских инженеров, технологическом институт и др.
В дальнейшем весомый вклад в развитие начертательной геометрии как науки и учебной дисциплины внесла целая плеяда русские ученых (Н.П. Дуров, А.Х.Редер, Н.И.Макаров, В.И.Курдюмов, Е.С.Федоров и др.). В своих научных трудах и учебных курсах профессор А.Х. Редер разрабатывает теорию изометрических проекций и проекций с числовыми отметками. Выдающейся педагог высшей школы Н.И.Макаров автор многих учебников по всем разделам начертательной геометрии.
Наивысшего расцвета в XIX веке начертательная геометрия достигла в трудах профессора В.И. Курдюмова. Он читал лекции не только по начертательной геометрии, но и по строительному искусству, находя все новые и новые области применения проекционных методов к решению инженерных задач. Курдюмов говорил: «если чертеж – это язык техники (Г.Монж), то «начертательная геометрия служит грамматикой этого языка, так как она учит нас правильно читать чужие и излагать наши собственные мысли, пользуясь в качестве слов только линиями и точками как элементами всякого изображения» [9]. Прекрасным завершением его работы стал учебник "Курс начертательной геометрии".
В заключение дореволюционного периода отметим труды академика Е.С.Федорова «Новая геометрия как основа черчения» (1907).
После 1917г. создаются и развиваются школы начертательной геометрии и инженерной графики. В трудах советских ученых (Н.А. Рынина, А.К. Власова, Н.А. Глаголева и др.) начертательная геометрия и техническое черчение получают развитие и применение во многих областях науки, техники и искусства.
Ученик В.И. Курдюмова профессор Н.А. Рынин - автора многих научных трудов в области начертательной геометрии, например, «Перспектива» (1918), в котором был освещен подробный анализ различных прикладных вопросов перспективы, учебник «Начертательная геометрия» для строительных втузов, который переиздавался 4 раза и даже сегодня не потерял своей практической значимости. Рынин находил примеры успешного применения графических построений к решению инженерных задач в строительстве, механике, авиации и космонавтике.
После Великой Отечественной войны возникает необходимость в восстановлении производства, машиностроения, памятников архитектуры и искусства. В связи с этим в середине ХХ века складываются различные научные школы, формируется и закладывается научная основа содержания графического образования в вузе: (А.И.Добряков, А.Г. Климухин, Д.И. Каргин, С.К.Боголюбов, А.В.Бубенников, В.О.Гордон, И.И.Котов, Н.Ф.Четверухин и др.);
Профессор А.И. Добряков автор курса «Начертательная геометрия» (1942) и сборника задач, которые в течении 20 лет были основными учебными комплексами в процессе обучения студентов архитектурно-строительных специальностей.
Д.И.Каргин проводил исследования о точности графических построений. Под его руководством было организовано в Ленинграде объединение работников инженерной графики, которое получило широкое распространение в других городах нашей страны.
Определенный вклад в расширение круга специальных разделов начертательной геометрии внес Г.В. Каландадзе, издавший в 1960г. в Тбилиси учебник «Курс черчения» на грузинском языке. Однако в силу положительной оценки данной книги и ее применения в учебном процессе профессионально-технических училищ, книга переводится на русский язык. В ней даются сведения по основам геометрического и проекционного черчения, аксонометрии и отделки чертежей красками. Сведения по построению перспективы и теней, вычерчивания орнаментов. Понятия об архитектурных обломках. Даны таблицы художественных шрифтов, национальных орнаментов с различными цветовыми вариантами, чертежи мебели и рисунки для художественной обработки камня. Ранее эта книга применялась для подготовки студентов художественно-ремесленных училищ, однако сегодня она может найти широкое применение для подготовки специалистов-реставраторов витражей, дерева, камня и т.д. [4].
Круг прикладных вопросов, излагаемых в курсе начертательной геометрии, обширно представлен в учебнике, изданным в 1962г. доцентом Е. С. Тимрот. В работе значительное внимание уделено геометрическому конструированию многогранных и кривых поверхностей [8].
Профессор И.И. Котов и его школа первыми учли и внедрили системы автоматизированного проектирования и основ машиной графики в учебный процесс. Им был организован межвузовский семинар «Кибернетика графики», где рассматривались вопросы решения алгоритмов геометрических задач, задание моделей каркасных поверхностей с помощью компьютерных программ.
В конце ХХ века актуализируются проблемы учебно-методического обеспечения геометро-графических циклов в вузах, разрабатываются и внедряются в учебный процесс научно-методические подходы к обучению графической деятельности [5]:
- для подготовки специалистов в области машиностроительных специальностей, техники и технологии (Л.Г. Нартова, В. И. Якунин, А.А. Чекмарев, В. О. Гордон, М. А. Семенцов-Огиевский, Д.Е.Тихонов-Бугров, и др.);
- для подготовки специалистов архитектурно-строительного направления (Ю.И. Короев, О.В. Георгиевский, А.Г. Климухин, О.С. Бударин, Н.А. Сальников и др.)
Разработаны научно-методические подходы в обучении одного из специальных разделов начертательной геометрии - «Перспектива» [4]:
Наибольшая часть разработок по начертательной геометрии ориентирована на подготовку специалистов машиностроительных и архитектурно-строительных специальностей. Сегодня же существенно повысилось значение преподавания начертательной геометрии для художественно-графических специальностей (дизайнеров, художников и др.). Это связано с развитием новых художественно-графических направлений, имеющих большое практическое значение (В.В Степакова, А.А. Павлова, Е.И. Корзинова, Ю.Ф. Катханова и др.)
В настоящее время лавинообразный поток информации и бурное развитие информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации. По подсчетам статистов, к концу ХХ века объем информации в мировом пространстве увеличился более, чем в 30 раз, это явление получило название “информационный взрыв”. Причем 70% информации имеет графическую форму предъявления [1].
Доминантой инженерно-технического образования является графическая информация — чертежи, схемы, графики, изображения устройств, приборов и пр. Учитывая мировую тенденцию развития графической информатизации, современное образование должно разработать новые меж- и мультидисциплинарные методы и способы в подаче и представлении графической информации, акцентируя внимание на необходимости изучения геометро-графических дисциплин с применением мультимедиа презентаций, электронных графических и текстовых слайдов в сопровождении комментариев преподавателя, видео-лекций, учебных видео-плакатов и 3d-моделирования, с целью развития у студентов пространственного мышления, творческих способностей, геометро-графической грамотности и т.п. [1], как залога качественного инженерно-технического образования и формирования у будущего специалиста графической культуры, но без живой силы воображения и наглядности ручной графики как средства оперативного проектно-конструкторского диалога и элемента графической культуры невозможно что-либо разработать.
Аналогичное мнение высказали и наши иностранные коллеги. На Международной конференции по геометрии и графике (ICGG 2014), прошедшей в Австрии (г. Инсбрук) было отмечено, что и в настоящее время начертательная геометрия занимает равноправное место среди других геометрических наук, она востребована, как учебная дисциплина и как прикладная наука, а современные графические САПР – это инструментарий для реализации и получения геометро-графических знаний [3].
Горнов Александр Олегович (25 марта 2017 г. 12:52) |
Елена Валерьевна, здравствуйте! Спасибо за компактный, но содержательный исторический обзор. Извините, но , надеюсь по понятным причинам, обратил внимание на отсутствие прямого упоминания имени проф. Евгения Александовича Глазунова, который, начиная с 30-х годов прошлого века играл активную роль в развитии дисциплин геометро - геометрической подготовки . Он организационный соратник Н,Ф. Четверухина и его соавтор по фундаментальной " Аксонометрии", основатель кафедры ИГ в МЭИ ( в 1930г.) и её бессменный заведущий до 1962г. Одновременно это был крупный инженер - электротехник. Очерк о нем есть в архивах КГП за 2012г. |
Селиверстов Александр Владиславович (26 марта 2017 г. 1:23) |
Здравствуйте, Елена Валерьевна. |
Тихонов-Бугров Дмитрий Евгеньевич (26 марта 2017 г. 13:07) |
Здравствуйте, Елена Валерьевна. Поддерживаю предложение Александра Владиславовича по поводу истории геометрии в Санкт-Петербурге. Тем более, что в этом направлении есть богатое наследие профессора Тарасова Б.Ф. С уважением, Тихонов-Бугров. |
|
Князева Елена Валерьевна (28 марта 2017 г. 14:12) |
Александр Олегович, спасибо, в дальнейшем буду использовать указанные Вами материалы. С уважением, Е.В. Князева
|
|
Князева Елена Валерьевна (28 марта 2017 г. 14:13) |
Здравствуйте, Александр Владимирович. Спасибо, за проявленный интерес к моей публикации. Хочу заметить, почему так кратко и прямолинейно? это моя вводная лекция по начертательной геометрии, сопровождающаяся презентацией. Читаю ее, чтобы вызвать интерес у студентов и ввести их в курс дела. Естественно продолжение последует, и тема истории развития геометрии в Санкт-Петербурге будет представлена. С уважением, Е.В. Князева |
|
Князева Елена Валерьевна (28 марта 2017 г. 14:31) |
Дмитрий Евгеньевич, добрый день. В следующей публикации представлю история развития и становления научной школы начертательной геометрии у нас в Санкт-Петербурге. С уважением, Е.В. Князева
|