Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

реконструировать его из них (мы говорим «разбросать» их) обратно в первоначальный непрерывный сигнал. С точки зрения Уиттекера, задача заключалась в обратном: по заданному набору дискретных точек данных найти проходящую через них гладкую непрерывную кривую, которая точно предсказывает, какие точки могут находиться между заданными точками. Техника, использованная Уиттекером для интерполяции значений между заданными точками данных, неотличима от той, которую мы называем «разбрасыванием» и суммированием при восстановлении аналогового сигнала из дискретной выборки. Но в то время как Котельников восстанавливал существующую кривую, Уиттекер строил или изобретал новую. Он считал, что точки на построенной кривой важнее самой кривой, а данные важнее форм.

Оставшаяся часть главы 6 посвящена моделированию трехмерных фигур с помощью треугольников. Я рассказываю истории некоторых первопроходцев в этой области, впоследствии ставшей компьютерной графикой. Первые исследователи, такие как Стивен Кунс и Пьер Безье, а также почти забытый Поль де Кастельжо, не особо интересовались изображениями. Они использовали компьютеры, чтобы управлять станками, обрабатывавшими дерево или пенопласт, или иным образом вычислять и создавать модели или реальные объекты, например кузов автомобиля или крыло самолета. Так что, строго говоря, они были пионерами автоматизированного проектирования (САПР). Но на ранних этапах САПР и иллюстративная компьютерная графика еще не разделились. Оба направления опирались на геометрическую модель в памяти компьютера.

Историю компьютерной графики обычно излагают в виде линейного повествования об одном человеке, Айвене Сазерленде. В то же время безо всякой связи с ней чествуют других отцов-основателей — например, называют высшую награду в области компьютерной графики в честь Стивена Кунса или метод построения кривых в честь Пьера Безье. Итак, повторю еще раз: общепринятые истории редко соответствуют действительности, а чаще всего вообще неверны. Поэтому я попытался предложить более убедительную и целостную картину, используя еще одну генеалогическую блок-схему, которая, как я уже упоминал, связана с блок-схемой из главы 4 («Восход Цифрового Света»).

С помощью такой повествовательной техники я заменяю простой линейный нарратив о том, что компьютерная графика началась с программы Sketchpad, написанной Айвеном Сазерлендом в 1962 году, более надежным основанием, не забывающим про вклад Кунса, Безье и забытого де Кастельжо, работавших в автомобильной и авиационной промышленности. Также я не оставляю без внимания еще троих участников, которых часто упускают из виду. Каждому из них пришлось бежать от ужасов нацизма, чтобы внести свой вклад в появление компьютерной графики: Херба Фримена спас Альберт Эйнштейн; Бертрам Херцог остался жив благодаря программе эвакуации еврейских детей Kindertransport; отец Марсели Вейна значился в списке Шиндлера.

Айвен Сазерленд продолжает оставаться важной фигурой, но разделяет роль основателя с триумвиратом однокурсников из Массачусетского технологического института, куда помимо его самого входили Тим Джонсон и Ларри Робертс. Действительно, Сазерленд создал первую интерактивную двумерную графическую систему Sketchpad. Примерно в то же время его однокурсник (очень похожий на Сазерленда) Тим Джонсон создал первую интерактивную трехмерную графическую систему под названием Sketchpad III. Цифра III означает три измерения, а не номер версии. По-видимому, это действительно была первая интерактивная трехмерная графическая система, хотя трехмерная система DAC-1 от General Motors появилась примерно тогда же. Sketchpad III определенно превосходил DAC-1 в использовании перспективы, применяя метод, разработанный третьим однокурсником из триумвирата, Ларри Робертсом. Этим методом пользуются до сих пор.

Сазерленд и Робертс, наряду с Робертом Тейлором из нового агентства NASA, распоряжались инвестициями в другом новом агентстве — ARPA (теперь оно называется DARPA). Отрасль на начальном этапе получала большую часть финансирования от NASA и ARPA. Затем Сазерленд со своим другом Дэвидом Эвансом основал компанию Evans & Sutherland, занимавшуюся поставками оборудования для компьютерной графики, а также знаменитый факультет компьютерной графики в Университете Юты, где учились многие профессионалы экстра-класса. Тейлор основал известную компьютерную лабораторию Xerox Palo Alto Research Center (PARC), а Робертс принимал непосредственное участие в создании интернета.

Идея этой главы состоит в том, что созданные внутри компьютера модели вымышленных миров, состоящие из вымышленных объектов, могут быть преобразованы в двумерные изображения. Разрушительным хаосом того периода выступали советская ядерная угроза и космическая гонка. Тиранию осуществляла система национальной безопасности. Величие этого периода заключалось в полном отказе Соединенных Штатов от капиталистических принципов конкуренции и окупаемости ради скорейшего создания системы защиты от возможной ядерной войны. Огромные суммы денег раздавались дальновидным молодым гениям быстро, без конкурсных торгов и требований вернуть вложения, — в особенности это относится к деятельности недавно созданных агентств ARPA и NASA. Это была колоссальная авантюра, но она очень хорошо окупилась. Указанная цель в том числе достигалась путем ускорения разработок в области Цифрового Света. В нее внесли вклад оба агентства — ARPA, упомянутое в главе 6 («Формы»), и NASA, упомянутое в главе 7 («Оттенки значения»).

Далее в истории развития Цифрового Света начинает принимать участие совершенно иная сила, сила искусства. В этой главе подчеркивается тесная связь между фигурантами истории Цифрового Света и знаковыми событиями в мире искусства, такими как знаменитая книга и одноименная выставка «Кибернетическая прозорливость». Начиная с этого момента, мир искусства и мир технологий внимательно следили друг за другом, мгновенно подхватывая все новое, что появлялось в области изображений. Их связь продолжается и по сей день.

Сияние — оттенки значения

Черно-белые фигуры из линий, описанные в главе 6, становятся цветными фотореалистичными изображениями в главе 7 — от форм мы переходим к оттенкам. Да, закон Мура и взрывной рост компьютерного Усиления, обеспеченный созданием микросхем и компьютерами Эпохи 2, сделали всё это возможным: от первых цветных пикселей в 1967 году до первого короткого, но полностью цифрового мультика — первой попытки приблизиться к Фильму — в конце 1970-х. Как и прежде, здесь блок-схема продолжает блок-схему из предыдущей главы. Сложность и многочисленность описываемых концепций и событий побудили меня разбить блок-схему на части, или на три «шага», названных согласно коэффициентам Усиления в соответствии с законом Мура: от 1X через 10X и до 100X.

Первый шаг (когда множитель закона Мура составлял 1X) касается создания первых цветных пикселей. Где и когда они появились? Классическая работа Джина Янгблада «Расширенное кино», написанная в 1970 году и посвященная медиаискусству, неожиданно дала ключ к разгадке этой тайны. Колыбелью цветных пикселей оказалась лунная программа «Аполлон». Мы выяснили, что инженеры компании General Electric Род Ружло и Боб Шумахер сделали первую цветную компьютерную визуализацию в процессе разработки симулятора спускаемого модуля «Аполлон» для NASA. Это был 1967 год, и они использовали первые плоды закона Мура. Мы узнали, что значит рендеринг геометрических моделей в цветные пиксели и как он делается.

Второй шаг (множитель закона Мура 10Х) охватывает