История камуфляжа и технологий «невидимости»

^{Кадр из фильма «Хищник»}

Камуфляж (маскирующая окраска военной формы, однотонная или многоцветная) массово начал использоваться военными всего мира относительно недавно — с конца XIX в. До этого военная форма выглядела намного привлекательнее — яркие цвета, в основном синий, красный и белый, эполеты, блестящие пуговицы. Все это сильно облегчало управление войсками на местности. Потом технический прогресс и совершенствование методов ведения войны потребовали сделать солдат менее заметными на фоне окружающей природы, и вот уже больше 100 лет эту задачу с переменным успехом решают всевозможные камуфляжи. Но сейчас военным уже недостаточно похитрее окрасить форму, и ученые ищут принципиально иные подходы к сокрытию на местности людей и техники.

В 2004 г. армия США получила новый цифровой камуфляж Universal Camouflage Pattern ^[1] (UCP) — универсальное решение для всех видов окружающей среды. Но всего через несколько месяцев, по мере усиления боевых действий в Ираке, каждый солдат уже знал: UCP не работает практически ни в каком окружении ^[2]. Таким образом, возникла острая необходимость найти ему замену. Объявили о запуске программы Camouflage Improvement Effort («Меры по улучшению камуфляжа»), которую в 2012 г. газета The Daily метко назвала «неразберихой на $5 млрд ^[3]». Сотни разработчиков прислали на конкурс камуфляжные схемы, в финал вышло всего четыре. Четыре года спустя (и вложив несколько миллионов долларов) армия США определилась с победителем.

^{Схемы-финалисты компаний Brookwood, Crye Precision, Kryptek, ADS Inc. и Guy Cramer.}

Победителем стал камуфляж Scorpion W, разработанный в Crye Presicion. Впоследствии он претерпел некоторые доработки (Scorpion W2 ^[4]) и был принят на вооружение под названием OCP (Operational Camouflage Pattern).

Что касается российской армии, то с 1998 г. общеармейским камуфляжем являлся ВСР-98 «Флора», который в последние годы заменяется на цифровую версию.

Однако военные технологии развиваются быстро, и никто не может предположить, как придется адаптировать камуфляжные схемы в долгосрочной перспективе. Мы пока еще не так много знаем о том, как человеческий мозг ^[5] интерпретирует визуальную информацию. И многолетние дорогостоящие усилия военных по поиску идеальных камуфляжей пока не увенчались успехом.

Краткая история невидимости

Потребность сделать солдата менее заметным возникла в XIX в. после появления дальнобойного оружия. В разных армиях мира начались робкие эксперименты по использованию зеленых и серых защитных окрасок формы. Во время Первой мировой войны флоты разных стран начали применять так называемые «ослепляющие» камуфляжные рисунки, затруднявшие оценку расстояния до корабля и его курс, что было критически важно для наведения орудий и торпедных аппаратов.

Вскоре подобные решения начали испытывать и применительно к пехоте.

К 1930-м годам появились более современные схемы, например, советская «Амеба».

А с началом Второй мировой войны камуфляж начал развиваться очень быстро.

В конце 1970-х годов появился камуфляж «Dual Texture» — предшественник современных цифровых камуфляжей. Он состоял из больших квадратов, крупные и мелкие комбинации которых должны были разбивать силуэт на разных дистанциях.

Наконец, в 1990-х годах с широким распространением в войсках разных стран приборов ночного видения началось внедрение цифровых камуфляжей. Их особенность в том, что края пятен формируют не кривые линии, а «пиксельную» решетку из мелких квадратиков, что делает солдат невидимыми в приборы ночного видения. То есть в окулярах закамуфлированный «цифрой» человек или техника не выделялись на фоне окружающего пейзажа.

Кроме того, цифровой камуфляж лучше работает и при нормальном освещении, потому что больше похож на фрактальные схемы, которые человеческий глаз (точнее, мозг ^[5]) интерпретирует как белый шум. Иными словами, цифровой камуфляж выглядит менее «природным», поэтому хуже привлекает внимание.

Однако человеческий глаз — это очень сложный оптический инструмент, а мозг ^[5] способен вычленять образы даже в очень сложных окружениях. И потому практически невозможно создать единственный универсальный камуфляж, способный «спрятать» солдат во всех возможных ситуациях — в лесу, в горах, в пустыне, в городской застройке, в поле и т.д. Не забывайте, что те же леса бывают ОЧЕНЬ разными, и камуфляж, прекрасно работающий в скандинавских зарослях, может оказаться практически бесполезным где-нибудь в Поволжье. В результате множество компаний по всему миру принялись создавать всевозможные цифровые камуфляжи.

^{«Видишь суслика? А он есть» (с). На этой фотографии есть человек в камуфляже US4CES, разработанный Гаем Крамером и компанией ADS Inc.}

Для уменьшения заметности людей, вооружений, техники, сооружений за счет разбивания силуэта камуфляж используется и в играх. В «Armored Warfare: Проект Армата ^[6]» можно вооружиться баллончиком с краской и нанести на свой танк десятки разных камуфляжей (по одному за раз), разбитых на три группы — «цифра», фрактальный и полосы.

Особенности нашего зрения

С точки зрения нашего мозга ^[5], цифровой камуфляж не «вливает» человека в окружающий ландшафт, а как бы искусственно лишает тела. Для мозга ^[5] цифровой камуфляж «неудобен», поэтому он старается не замечать его. При этом недостаточно просто набросать на ткань пиксели случайным образом. Создание эффективной цифровой схемы — задача непростая. Важную роль здесь играет выбор цветов и особенности строения человеческого глаза.

Рассмотрим упомянутый в начале статьи провальный камуфляж UCP:

Все цифровые камуфляжи содержат два визуально-логических слоя: микрорисунок (пиксели) и макрорисунок (форма пятен, образуемых пикселями). Если масштаб макрорисунка слишком мал (как это сделано в UCP), то возникает оптический феномен «изосвечения» (isoluminance). Суть его в том, что тщательно сконструированный рисунок камуфляжа превращается в светлую массу. В результате человек не просто хорошо заметен, но и даже привлекает внимание на местности.

Еще одной роковой ошибкой стало отсутствие в UCP черного цвета. Официальные лица объяснили это тем, что в природе черный цвет отсутствует. Однако это совершенно не так: черный и коричневый цвета крайне важны для изображения теней. Поэтому, например, в камуфляже US4CES (четвертый финалист программы Camouflage Improvement Effort) используется так называемое «контурное освещение» (boundary luminance): тонкие черные линии вокруг макро- и микрорисунков, заставляющие наш глаз воспринимать их трехмерными объектами.

При отсутствии этих псевдотеней рисунок потерял бы глубину и воспринимался двумерным.

Экономия масштаба

Неожиданная проблема при создании цифрового камуфляжа связана с… его массовым производством. Камуфляж призван разбивать силуэт человека по некоторым ключевым точкам, например, запястьям, коленям, лодыжкам.

^{Камуфляж US4CES.}

Нечто подобное можно наблюдать у тигров: полоски проходят перпендикулярно их конечностям. Но при массовом производстве формы, когда из рулонов ткани делают выкройки для пошива сотен тысяч комплектов одежды, весьма трудно предугадать, где именно пройдут эти визуальные «разрывы».

Кроме того, человеческий мозг ^[5] прекрасно умеет распознавать паттерны. Если мы увидим какой-то образ дважды, то сразу почувствуем что-то знакомое. Или, если говорить о войне, что здесь что-то не так. Поэтому крайне важно, чтобы правая и левая части униформы никогда не совпадали. Однако многие камуфляжные схемы обладают подобным недостатком. Наш мозг ^[5] замечает какую-то аномалию с правой стороны груди, и если он увидит очень похожий рисунок на левой стороне, то сразу сопоставит эти два факта и сделает вывод, что видит верхнюю часть человеческого тела.

Огромную роль при создании камуфляжей играет использование геометрических фракталов ^[7].

^{Пример фрактального рисунка ландшафта в Google Earth [8].}

Если при взгляде на фрактал нет возможности оценить его масштаб, то глаз не может отделить фрактал от фонового окружения.

Всесторонние испытания

Процесс тестирования камуфляжа почти столь же важен, как и его создание.

^{В восточной части Багдада.}

Например, в американской армии для тестирования привлекаются снайперы с идеальным зрением. Их сажают перед компьютером с системой отслеживания направления взгляда, и в режиме слайд-шоу демонстрируют тысячи фотографий, на которых изображены всевозможные пейзажи с людьми в тестируемых камуфляжах. Съемки делаются во всех возможных природных окружениях (от пустынь до болот) и во всех возможных погодных условиях. Важную роль играет также расстояние до человека, ведь камуфляж должен хорошо работать как вблизи, так и на большой дальности.

При просмотре фотографий система тестирует, насколько быстро снайперам удается обнаружить на снимке визуальную аномалию — лежащего на земле человека в боевых условиях. В реальных ситуациях эти миллисекунды при принятии решения имеют огромное значение. Для большинства камуфляжей среднее время обнаружения снайпером — 8—12 секунд.

Новый виток развития

В августе 2013 г. отряд спецназа США был досрочно отозван с миссии в Ливии, потому что группа террористов похитила из военного грузовика оружие и снаряжение. Казалось бы, причем тут камуфляж?

Дело в том, помимо прочего был украден ^[9] прибор ночного видения, способный регистрировать коротковолновое инфракрасное излучение (SWIR ^[10]) с длиной волны 1,4—3 микрометра. Устройство стоимостью $45 тыс. позволяет видеть людей в любом камуфляже в виде белых фигур.

Как видите, технический прогресс снова требует поменять подход к созданию военной формы. С XIX в. до настоящего времени проделан очень большой путь, но скоро оснащение солдат позволит свести на нет попытки противника остаться незамеченным. Да, в продаже уже есть военная форма, изготовленная из ткани, практически не излучающей в инфракрасном спектре. Но это паллиативное решение. Следующим этапом в развитии камуфляжа, вероятно, станет появление технологий «невидимости» — например, тканей, волокна которых позволяют лучам света «огибать» скрываемый объект. Или умные ткани-хамелеоны, генерирующие рисунок в зависимости от текущего окружения.

^{Концепт «умной» камуфляжной ткани.}

На сегодняшний день подобные разработки — настоящий хайтек в сфере камуфляжа, и потому тщательно охраняются. Но можно не сомневаться в том, что синергия технологий в относительно недалеком будущем все же приведет к созданию «невидимого» камуфляжа. И это совершит очередную революцию в военном деле.

Собственно, о возможности создания «невидимого» материала мы уже писали ^[11] на Hi-Tech Mail.Ru. Были разработаны две технологии. Одна использует металлические слои наносетки, другая – серебряные нанонити. Применение разработанных метаметаллов (искусственных металлов) позволяет изменить обычное распространение света, заставляя его обходить электромагнитную волну вокруг объекта. Причина такого поведения света заключается в отрицательном коэффициенте преломления. Оба материала достигают отрицательного коэффициента преломления путем минимизации энергии, потерянной при прохождении света через них.

P.S. Мы не могли не запостить этот великолепный образец камуфляжа для городских условий.

P.P.S. Текст основан на статье «The History of Invisibility and the Future of Camouflage ^[12]» с нашими дополнениями.

Автор: Mail.Ru Group

Источник ^[13]