Mathematik-Kunst-Wettbewerb
Der Wettbewerb zur Erzeugung kunstvoller Bilder algebraischer Flächen, den "Spektrum der Wissenschaft" im April und Mai 2008 gemeinsam mit dem Mathematischen Forschungsinstitut Oberwolfach veranstaltet hat, ist abgeschlossen, ebenso ein Wettbewerb nach gleichem Muster, den die Kasseler Sparkasse, ebenfalls in Zusammenarbeit mit dem Mathematischen Forschungsinstitut Oberwolfach, im August 2008 veranstaltet hat.
Die Gewinner des abgeschlossenen "Sparkassen"-Wettbewerbs finden Sie hier.
Diese Website bleibt vorläufig für weitere Einsendungen offen. Sie sind also weiterhin eingeladen – wenn auch ohne Gewinnmöglichkeit –, neue, ansehnliche, , überraschende oder sonstwie beeindruckende Bilder und Bildsequenzen aus algebraischen Flächen zu erstellen. Hilfsmittel ist das Programm »Surfer«, das Sie hier herunterladen können. Um eine algebraische Fläche zu erzeugen, genügt es, deren Formel, ein Polynom in den drei Variablen x, y und z, einzugeben.
Mit der neuen Version von "Surfer" können Sie auch bewegte Bilder erzeugen. Eine aktuelle Anleitung zum Programm finden Sie hier:
Beim Aufruf bietet das Programm »Surfer« eine Auswahl an Beispielflächen samt zugehörigen Formeln an. Verändern Sie zunächst diese Beispielformeln, indem Sie für manche Zahlenwerte geringfügig andere einsetzen, und gewinnen Sie so einen ersten Eindruck von den Möglichkeiten des Programms.
Einige elementare Hinweise finden Sie in der Ausschreibung dieses Wettbewerbs in Spektrum der Wissenschaft (April 2008, S. 70; den Link zum Artikel "Das Ausgedachte in Sichtbares umgerechnet" finden Sie links in der Leiste).
Gert-Martin Greuel, der Initiator der Ausstellung "Imaginary", gibt hier noch weitere Hinweise:
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1. Ende des Wettbewerbs
26.05.2008, Bianca Violet, Berlin2. Programm Surf
31.05.2008, Baumann Eduard, CH-1724 Le Mouret3. „Unmögliche Figuren“
31.05.2008, Dipl.-Ing. Norbert Derksen, KonstanzDie Gleichung „xyz = 0“ verkörpert nur die Ebenen des Achsenkreuzes, gleichgültig, in welche Potenz man sie erhebt. Höhere Potenzen überfordern allenfalls den Rechner und führen gegebenenfalls zu Aufhängern, auftretende Unschärfen sind das Resultat von Rundungsfehlern und keine neuen algebraischen Flächen.
Ähnliches gilt für „(xx+yy+zz)^15 = 0“, da aus einer Kugel mit dem Radius 0 nichts Sinnvolles mehr werden kann, gleichgültig, in welche mathematisch nichts mehr verändernde Potenz man sie erhebt. Und „(x+y+z)^0.5 = 0“ ist überhaupt nicht erlaubt, da das Programm keine Wurzeln aus Variablen verarbeiten kann. Das Katzenauge muss also ein Relikt aus früheren Versuchen sein. Im übrigen würde die Wurzel gar nichts verändern, da die Wurzel aus 0 immer noch 0 ist. So etwas passiert eben, wenn nur herumprobiert, aber nicht gedacht wird. Analoges gilt auch für das unendlich dünne Rohr „(x^2+y^2)^5 = 0“, bei welchem die Potenz ebenfalls mathematisch irrelevant ist.
Liebe Frau Violet, denken Sie doch nur mal ein klein wenig nach, dann ist keine Ihrer Formen mehr unerklärlich, auch nicht der Artefakt „(xxyy)^5“.
Hiltrud Heinrich aus Darmstadt schreibt zu ihrer Formel „xy*xz*yz-x^2z^2y^2 = 0“: „Fest steht, dass sich die Skulptur, die durch die obige Gleichung zustande kommt, völlig anders verhält als alles,was ich sonst so ausprobiert habe. Bei Veränderung der Position um 1° entsteht nämlich jedesmal eine neue Ansicht statt einer kleinen Verschiebung der Position. Das bedeutet: Es gibt 3*360 verschiedene Ansichten plus unzählige Variationen durch Verschiebung des Zoom-Balken. Kann das jemand erklären?“ Das kann ich leicht erklären. Wenn Sie sich Ihre Formel genau anschauen, bemerken Sie, dass dort „0 = 0“ steht, woraus nichts Großartiges mehr resultieren kann. Was Sie erstaunt, sind nichts als aus Rechenungenauigkeiten entstandene Pseudozufälligkeiten.
Ich selbst habe bei meinem kurz vor Toresschluss erstellten Beitrag „Herz“ zwar auch probiert, aber nicht wahllos, sondern zielgerichtet und nach einem genauen Plan, so dass ich am Ende die Genugtuung hatte, kein nur zufällig entstandenes hübsches Ergebnis erzielt zu haben, sondern exakt das Ergebnis, das ich mir vorgenommen hatte.
4. Nicht nur an Microsoft denken
02.06.2008, Roland Taschowsky, KonstanzIch weiß nicht, was "surfer" ist, aber k3dsurf (k3dsurf.sourceforge.net) ist zumindest eines, das gleiches leistet und für Linux geeignet ist (wie man sich denken kann, schätze ich Windows nicht sonderlich).
5. Künstlerische Freiheit
03.06.2008, Dipl.-Ing. Norbert Derksen, Konstanz6. Zur Ehrenrettung von k3dsurf
03.06.2008, Torolf Sauermann, HannoverSiehe auch die Seite von k3dsurf: http://k3dsurf.sourceforge.net/
Ich könnte viele schöne Modelle zeigen, die man mit k3dsurf und gleichzeitig mit Surfer erzeugen könnte.
Mir geht es aber um die Fertigung von neuen Flächen und Designformen und nicht um den mathematisch-wissenschaftlichen Aspekt ;)
Ein paar Demos mit k3dsurf :
http://www.evolution-of-genius.de/gallery/photos/jotero_iso_ball_3.jpg
http://www.evolution-of-genius.de/gallery/photos/iso_ball.jpg
http://www.evolution-of-genius.de/gallery/photos/bones_cube_jotero.jpg
http://www.evolution-of-genius.de/gallery/photos/UMARMUNG.jpg
7. Antwort auf "Unmögliche Figuren" von Dipl.-Ing. Norbert Derksen
04.06.2008, Hiltrud Heinrich, DarmstadtIch wusste, dass meine strittige Gleichung 0=0 bedeutet (daher auch die Titel:"Unmögliche Figur"), aber die vielen verschiedenartigen Bilder, die ich mit dem anscheinend ungenau rechnenden Programm schaffen konnte, finde ich durchaus großartig und faszinierend, und der Ausdruck Pseudozufälligkeiten scheint mir nicht angebracht.
Auch ich freue mich, wenn ich ein gutes Arbeits-Ergebnis mittels eines genauen Plans erhalte (die eher mathematische Seite), künstlerische Arbeit aber lebt auch vom spontanen und überraschenden Einfall. Und ein angeblich "zufällig entstandenes hübsches Ergebnis" erfordert eine Menge gestalterischer Arbeit; mit dem Surfer könnte man nämlich auch viel "Schrott" produzieren.
Ich habe die Arbeit mit dem Surfer jedenfalls als sehr aktiv und begeisternd erlebt.
Außerdem steht in der Ausschreibung ausdrücklich: "Mathematische Vorkenntnisse sind hilfreich, aber nicht Bedingung."
Daraus könnte man ja wohl folgern, dass beim Mathekunst-Wettbewerb die Betonung entweder auf der Mathematik oder der Kunst liegen könnte. Wie hätte denn z. B. jemand wie ich (gymnasiale Mathematikkenntnisse + 2 Semester Naturwissenschaftler-Mathematik) gezielt komplizierte Figuren konstruieren sollen?
Hätten wir "Künstler" mit wenig Mathematik-Kenntnissen uns nicht beteiligen sollen?
Nein – dazu hat es viel zu viel Spaß gemacht!
8. Antwort an Hiltrud Heinrich zu „Unmögliche Figuren“
06.06.2008, Dipl.-Ing. Norbert Derksen, Konstanz9. Ist 0=0 Kunst?
08.06.2008, Martin HeiderFast jede Neuerung in der Kunst ist durch Regelverstöße entstanden.
Dazu gehört, quasi der Ansatz des Wettbewerbs, auch die mathematische Grundlegung eines Bildes: Victor Vasarely, Maurits Cornelis Escher und Piet Hein haben diese Kritik zu hören bekommen.
Mathematisch gesehen ist ein Bild mit der Grundlage 0=0 Unsinn. Diese Bedingung ist im gesamten von surfer dargestellten Raumteil erfüllt; eine Fläche dürfte nicht erkennbar sein. Dennoch gibt es offenbar zahllose Beispiele dafür, dass dennoch eine Darstellung erfolgt.
Frühe Belege dafür waren im Wettbewerbsverlauf "fasces" von H. Heinrich (und die umliegenden Bilder zum Thema Pokal) oder meine "Textilkunst". Dass dies später noch einmal die Wettbewerbsgemeinde beschäftigte, hat mich gefreut. Ich war gerade mit anderem beschäftigt.
Vor allem Funktionsgleichungen, die außer etwaigen Nullstellen (den dargestellten Flächen) nur Werte gleichen Vorzeichens liefern, zeigen das Verhalten, das die verschiedentlich dargestellten unscharfen Flächen illustrieren.
Versuchen Sie einmal folgende Fläche auf irgendeinem Rechner, aus dem surfer läuft, egal unter welchem Betriebssystem:
128*(x^2+y^2+(z-1)^2)^4-256*(x^2+y^2+(z-1)^2)^3+160*(x^2+y^2+(z-1)^2)^2-32*(x^2+y^2+(z-1)^2)+2
Verändern Sie den Zoom und die Betrachtungsrichtung. Obwohl die Fläche eindeutig definiert ist (zwei Kugeln, deren Radius den beiden positiven Nullstellen des verwendeten, um 1 verschobenen Tschebyschow-Polynoms entspricht) und einfarbig sein sollte - alle Funktionswerte sind >=0, kann surfer sich nicht zuverlässig entscheiden. Die Verschiebung in z-Richtung soll nur dafür sorgen, dass die Kugeln auch angeschnitten werden, so dass Innen- und Außenseite zugleich sichtbar werden.
Selbst wenn Sie die Zahl der Iterationen und die maximale Abweichung epsilon verändern, bleibt das Verhalten im Grundsatz bestehen, ebenso bei Veränderung des "antialiasing"-Werts.
Das ist interessant und vorerst nicht erklärlich, vor allem aber künstlerisch zu verwerten.
Vielleicht sollte also, vergleichbar den Quellenangaben zu Internetseiten, die inzwischen auch wissenschaftlich üblich sind, bei den entsprechenden Bildern die Versionsnummer von surfer sowie die genaue Konfiguration des verwendeten Computers angegeben werden, einschließlich des Betriebssystems.
Am ästhetischen oder gar künstlerischen Wert eines Bildes aber ändert all dies nichts, genauso wenig wie ich wissen müsste, welchen Verdünner Paul Klee benutzte oder wer seine Leinwand lieferte.
Insofern finde ich mathematische Kritik an Hiltrud Heinrich oder Bianca Violet verzichtbar.
Die Jury möchte ich ausdrücklich bitten, diese Bilder mit aufzunehmen. Sie verstoßen nicht gegen die Regeln des Wettbewerbs.
10. Wortmeldung zu "Unmögliche Figuren"
09.06.2008, Bianca Violet, BerlinGeschmäcker sind bekanntlich verschieden, und so wundert es mich nicht, dass einige Bilder auf Missfallen stoßen. Besonders kritisiert wurden solche, die Herr Derksen als "Schmutzeffekte" bezeichnet. Ich habe sie in die Leserbildgalerie eingestellt (nach Einsendeschluss zum Wettbewerb), um darüber mit anderen diskutieren zu können, da ich mir tatsächlich nicht erklären kann, wie sie zustande kommen. Der Diskussionsgedanke wurde aufgegriffen, aber eine befriedigende Erklärung habe ich noch nicht gefunden. Natürlich weiß ich, dass die faszinierenden Effekte durch numerische Ungenauigkeiten erzeugt werden und dass die dadurch entstandenen Bilder keine algebraischen Flächen darstellen. Trotzdem interessiert mich, wie solche Gebilde durch das Surf-Programm genau entstehen. Ich bin gespannt auf weitere Wortmeldungen und auch auf das Augustheft mit Erklärungen der Surfer-Experten.
MfG,
Bianca Violet
11. Warum erzeugt die Formel 0=0 Bilder?
09.06.2008, Henning Meyer, Universität KaiserslauternIntern wendet Surfer eine Koordinatentransformation an (die Drehungen des Benutzers), bevor die Gleichung ausgewertet wird. Statt
(x^2)(y^2)(z^2)-(x*y)(y*z)(z*x)
berechnet das Programm
(u^2)(v^2)(w^2)-(u*v)(v*w)(w*u)
mit z. B.
u = 0.48177*x+(-0.861216)*y+(-0.161879)*z;
v = -0.545541*x+(-0.439331)*y+(0.713704)*z;
w = -0.685772*x+(-0.25553)*y+(-0.681485)*z;
In der Gleichung werden die Terme in unterschiedlicher Reihenfolge miteinander multipliziert, durch Rundungsfehler heben sie sich nicht weg.
Surfer rechnet mit Gleitkommazahlen, die haben eine Genauigkeit von etwa 16 Dezimalstellen.
Bei Multiplikationen von 6 Zahlen mit 6 Nachkommastellen braucht man 36 Dezimalstellen, um Rundungsfehler mit Sicherheit zu vermeiden.
Obiges Beispiel führt statt 0 = 0 auf die Gleichung
8.673617e-19*x^0*y^0*z^6 +1.387779e-17*x^0*y^1*z^5
-2.428613e-17*x^2*y^0*z^4 +2.775558e-17*x^1*y^1*z^4
-8.326673e-17*x^2*y^1*z^3 -8.326673e-17*x^1*y^2*z^3
-2.775558e-17*x^4*y^0*z^2 +2.775558e-17*x^3*y^1*z^2
-2.775558e-17*x^2*y^2*z^2 -8.326673e-17*x^1*y^3*z^2
-1.387779e-17*x^0*y^4*z^2 +2.081668e-17*x^5*y^0*z^1
-5.551115e-17*x^4*y^1*z^1 +3.989864e-17*x^3*y^2*z^1
+2.775558e-17*x^2*y^3*z^1 +3.469447e-17*x^1*y^4*z^1
-3.469447e-18*x^0*y^5*z^1 +6.938894e-18*x^6*y^0*z^0
-2.081668e-17*x^5*y^1*z^0 +2.775558e-17*x^4*y^2*z^0
+2.081668e-17*x^3*y^3*z^0 +2.775558e-17*x^2*y^4*z^0
-1.387779e-17*x^1*y^5*z^0 -1.734723e-18*x^0*y^6*z^0
= 0.
12. Zur Anerkennung der Beiträge mit Zweckentfremdung
10.06.2008, Dipl.-Ing. Norbert Derksen, Konstanz13. Algebraische Flächen in Stereo
13.06.2008, Baumann Eduard, 71 Le Pafuet, 1724-Le MouretSiehe "lätzgfäderet in Stereo" in der LeserBilderGalerie.
14. Locker bleiben
15.06.2008, Heidi Seidlich bin der Natur dankbar, dass ich eine meiner beiden Gehirnhälften deaktivieren kann (Sie vermuten richtig, es ist die, in der die mathematischen Fähigkeiten versteckt sind). Wie kann man ein Spiel nur so ernst nehmen. Take it easy, lasci perdere...
Mit freundlichem Gruß
Ihre dankbare Heidi Seidl, die nichts mit dem Wettbewerb zu tun hat (s. Gehirnhälfte)
15. "Siegerehrung des Wettbewerbs"
16.06.2008, Florian Aigner, TimelkamWo/ wann findet genau die Ausstellung "Imaginary" statt und werden dort Bilder des Wettbewerbs auch hergezeigt??
16. Bildkommentar "Kubismus III"
17.06.2008, Martin Heider, MendenVor genau drei Wochen ist der Wettbewerb ausgelaufen, dankenswerterweise aber die Einsendung weiterer Beiträge möglich geblieben.
Seitdem sind viele Bilder und Videos eingestellt worden, die sich bequem mit den gültigen Wettbewerbsbeiträgen messen können.
Besonders hinweisen möchte ich aber auf einen heute eingestellten Beitrag des rührigen Gerhard Brunthaler aus Linz - der nach meinem künstlerischen Empfinden alles Bisherige mit Abstand in den Schatten stellt, natürlich einschließlich meiner eigenen Arbeiten.
"Kubismus III" mag mathematisch nicht unglaublich einfallsreich sein, aber das Ergebnis würde ich mir in jeder Kunstausstellung mit Ehrfurcht und Bewunderung ansehen.
Falls es denkbar ist, einen Sonderpreis außer Konkurrenz zuzuerkennen, wäre dies mein Vorschlag - auch wenn sein keplersches Modell der Planetenbahnen viel mehr Einfallsreichtum und Arbeit erfordert hat und gleichfalls eindrucksvoll gelungen ist.
Das ist eine persönliche Meinung, die ich mangels anderer Möglichkeit nun hier als Leserbrief zum Wettbewerb einstelle.
17. Kubismus und Shakespeare
20.06.2008, Gerhard Brunthaler, LinzWenn ich ein Bild erzeuge, muss fast zwangsläufig eine Symmetrie darin enthalten sein (Sterne, Würfel, Gitter, Schrauben, Ringe, Bälle ... – mir wird gerade klar, dass ich ein ernstes Wort mit meinem Therapeuten sprechen muss!). Obwohl ich im Wettbewerb sehr schöne asymmetrische Bilder gesehen habe, kann ich selbst nicht damit arbeiten. Bei jedem Bild versuche ich dann doch wieder irgendeine Symmetrie einzubauen. Dieser Symmetrie-Tick gipfelt nun in meinen kubischen Bildern. Ich habe mich früher schon mit den Symmetrien in der Ebene (Wallpaper Groups) beschäftigt, aber mich nie an 3D-Bilder gewagt - nun ist’s passiert. Leider ist die Erstellung eines schönen Bildes so zeitaufwendig. Mein Computer ist zu langsam und ich bin noch viel langsamer! Dann die vielen Fehler, immer wieder Fehler! Fast immer sind es meine eigenen, ab und zu bin ich auch schon über Unzulänglichkeiten von Surfer/Surf gestolpert.
Zum Bild „Kubismus III“: Nun, es gefällt mir auch wirklich gut, ich möchte Martin Heider zustimmen – vom künstlerischen Standpunkt wahrscheinlich das schönste Bild von mir. Aber ich bin kein Künstler! Sie wissen schon, wenn man einen Affen nur lange genug auf einer Schreibmaschine herumhacken lässt, kommt irgendwann einmal ein Werk von Shakespeare heraus! Und auf den Computern sind es heutzutage halt Bilder.
Ich möchte hier aber nicht nur die Beträge von Martin Heider loben. Es gibt auch sehr viele andere Mathematiker und/oder Künstler, die tolle Beiträge geleistet habe. Aber wenn ich ein, zwei weitere Namen nenne, dann kommen der dritte und vierte und ... zu kurz!
http://www.bru.hlphys.jku.at/surf
18. Mathematik-Kunst-Wettbewerb
17.12.2009, Eduard Baumann