Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

Еще одним «почти первым» достижением методов работы с цветными изображениями в симуляторе NASA-1 стало применение способа, который в компьютерной графике называют наложением текстур. Небольшие цветные изображения, хранящиеся в специальной таблице, придают видимость структуры гладкой отображаемой поверхности, заполняя ее за счет бесконечного повторения. Однако я не называю это первым применением наложения текстур, потому что оно не было полностью цифровым. Здесь настоящим первопроходцем стал молодой человек по имени Эд Катмулл, который впервые описал подобный метод в своей докторской диссертации в Университете штата Юта в 1974 году. Позже в этой главе мы узнаем побольше и о нем, и о его диссертации.

Рис. 7.3

Роберт Шумахер работал в General Electric и был инженером симулятора NASA-1 в начале 1960-х годов. В электронном письме, отправленном мне из Солт-Лейк-Сити, где он сейчас живет, Роберт поделился своей фотографией из тех времен, где он запечатлен на работе: волосы острижены по-военному коротко, в зубах — трубка. Но самое главное, он подробно объяснил мне, как генерировалось изображение, которое я только что описал, в условиях очень маленького объема памяти ранних компьютеров. Роберт растолковал, в чем заключалось тонкое различие между элементом выборки и пикселем.

Но затем он рассказал мне о самом выдающемся аспекте проекта. При выполнении смоделированным космическим кораблем крена (одна из трех осей изменения положения летательного аппарата: рыскание, тангаж и крен) пилот должен был видеть соответствующее изображение. Линии развертки на обычном телевизионном экране всегда горизонтальны. Но инженеры NASA-1 решили вращать весь телевизионный дисплей с помощью электромагнитной системы отклонения луча электронно-лучевой трубки в реальном времени. Сам Шумахер занимался конструированием и воплощением уникального аналогового решения. Ему удалось совершить невероятно сложный инженерный подвиг. В 1964 году, до начала действия закона Мура, это было дешевле, чем компьютерное вычисление крена на геометрической модели, даже при бюджете в миллионы долларов.

Цифровой свет проясняет вклад династии Уитни

Исторические свидетельства в книге Янгблада дают еще один намек на возможные первые цветные пиксели. Он описал замечательную коллективную работу знаменитой семьи Уитни, династии художников из Калифорнии: братьев Джона и Джеймса и трех их сыновей — Джона-младшего, Майкла и Марка. Были ли в работах Уитни первые цветные пиксели?

Потрясающее раннее «компьютерное искусство» Джона Уитни-старшего не относится к Цифровому Свету, потому что оно создавалось на аналоговых устройствах. Его ранние кинематографические работы действительно прекрасны и в том числе вдохновляли меня лично, но их нельзя назвать цифровыми. Пикселей в них нет, как и компьютеров. Но все изменилось в 1968 году, когда Джон-старший создал фильм под названием «Permutations» («Перестановки»). Там использовался цифровой компьютер, но с векторной, а не пиксельной графикой. А цвет добавили постфактум, с помощью цветофильтров при монтаже. Это нельзя считать цифровым цветом. «Permutations» — прекрасное произведение, но совсем не то, что нам нужно.

Его брат Джеймс Уитни тоже создал красивую работу, но без пикселей. Обратимся к молодому поколению. Двое из них, Джон-младший и Майкл, действительно создавали художественные фильмы на цифровом компьютере. Майкл первым из семейства Уитни использовал пиксели в своих «Бинарных битовых узорах» («Binary Bit Patterns», 1969). Но он тоже добавлял цвет оптически — цветных пикселей по-прежнему не было. Как мы увидим позднее, закон Мура все же подтолкнул одного из них, Джона-младшего, к цветным пикселям.

«City-Scape»

Я уже цитировал, как Джин Янгблад отзывался в своей книге о «City-Scape» Питера Камнитцера (точнее сказать, превозносил его). Камнитцер, профессор архитектуры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, компьютерную графику применял для городского планирования, а не для искусства. Создание изображений ради искусства он бы наверняка воспринял как легкомысленное использование ценного компьютерного ресурса, что напоминает нам о похожем восприятии возможностей компьютера Baby в первые дни Цифрового Света.

Неизвестно, какие аргументы приводил Камнитцер, но он успешно получил доступ к симулятору лунной капсулы стоимостью 2 миллиона (15 миллионов в пересчете на сегодняшние деньги) долларов, который General Electric построила для Центра пилотируемых космических полетов NASA в Хьюстоне. В 1968 году он использовал его для создания «City-Scape» — довольно грубого по сегодняшним меркам симулятора городского ландшафта в реальном времени. В симуляции присутствовал цвет, но настолько примитивный, что Янгблад в «Расширенном кино» проиллюстрировал ее черно-белыми снимками. Рисунок 7.4 взят как раз из книги Янгблада.

Янгблад, описывая «City-Scape», искренне удивлялся, что «никаких репрезентативных изображений не существовало до тех пор, пока они создавались компьютером». Другими словами, симулятор NASA создавал пиксели с нуля. Конечно, изумление Янгблада нам сегодня кажется странным. Но меня заинтересовало другое: эти пиксели были цветными. В 1968-м Янгблад называл эту систему NASA-2. Но о чем шла речь на самом деле и когда они впервые стало цветным? Описание «City-Scape» натолкнуло меня на разгадку.

Рис. 7.4

Первые цветные пиксели и первый цветной рендеринг

Наше дитя научилось новому трюку, сделало еще один шаг, взрослея и становясь инструментом прогресса человечества. Когда впервые появились звуковые фильмы, люди говорили, что мир уже никогда не будет прежним. Появилась полутоновая графика, и мир компьютеров изменился навсегда.

— В. Джек Букнайт (1969)

Тренажер-симулятор NASA-2 был сыном NASA-1. Его тоже построила General Electric для моделирования космического корабля NASA для лунного проекта «Аполлон». Обе системы создавались одними и теми же инженерами. Вот несколько важных новаций в NASA-2, разработанных лабораторией General Electric в штате Нью-Йорк. Он продемонстрировал:

• первую полутоновую визуализацию трехмерной модели — тетраэдра — 28 июня 1966 года;

• первые цветные пиксели 31 марта 1967 года. Это были 6-битные пиксели — 64 цвета (но см. следующий пункт);

• первую цветную визуализацию трехмерной модели — лунного модуля «Аполлон» — в тот же день.

Когда я начал осознавать, что именно на NASA-2 появились первые цветные пиксели, я обнаружил, что два его ключевых разработчика — Родни Ружло и Роберт Шумахер, с которым мы познакомились при обсуждении NASA-1, — вышли на пенсию и живут в Солт-Лейк-Сити.

В 2018 году я решил приехать туда, чтобы встретиться с ними. Ружло любезно пригласил меня к себе домой, недалеко от Университета Юты. Он и Шумахер по-прежнему оставались лучшими друзьями после десятилетий совместной работы. Так что я встретился с обоими, и мы проболтали семь восхитительных часов.

Род Ружло оказался красноречивым человеком и большим весельчаком. Я бы и не обратил внимания, что он ниже ростом, чем Шумахер, если бы он сам не указал на это — с