Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

Для плоского затенения представьте себе флагшток, установленный в центре каждого треугольника, как показано на рисунке 7.11 (слева). Он расположен перпендикулярно плоскости треугольника. Решающее значение для расчета имеет угол между нашим флагштоком и источником света. Если треугольник полностью обращен плоскостью к источнику света, то есть угол равен нулю градусов, то цветовой оттенок будет максимально ярким. По мере увеличения угла оттенок темнеет (средний рисунок). Когда треугольник обращен под прямым углом к источнику света, оттенок поверхности становится максимально темным. Кроме того, когда треугольник обращен в противоположную от источника света сторону, он не освещен (справа). Поскольку при таком расчете затенения используется тригонометрия (с греческого переводится как «измерение треугольника»), я не буду приводить математические подробности. Достаточно сказать, что тригонометрические вычисления плоского затенения столь же точны и хорошо отработаны, как и геометрические формулы. Достаточно один раз объяснить компьютерам, как их выполнить, а затем сверхспособность Усиления повторит их миллионы или миллиарды раз без каких-либо дополнительных вмешательств со стороны человека.

Движение к цифровым фильмам

В этой главе я начинаю сплетать воедино несколько нитей из предыдущей главы, чтобы подвести читателя к следующему этапу Цифрового Света — к компьютерным анимационным фильмам. Блок-схема на рисунке 7.12 фиксирует уже существующие сплетения и создает новые.

Все замечания к предыдущим блок-схемам применимы и здесь: вы не увидите стройного линейного повествования и одного-единственного изобретателя. Чтобы не перегружать ее именами, некоторые пришлось опустить, что в этой и следующей главе для меня особенно болезненно, но они упоминаются в комментариях на сайте. Моя блок-схема — просто набросок, а не полная научная история, пусть даже такого ограниченного ответвления компьютерной графики, как цифровое кино. И, как обычно, текст этой и следующей главы фактически только поясняет то, что изображено на рисунке.

Я добавляю новую нить, созданную NASA и General Electric, — именно благодаря ей появились первые цветные пиксели. Она также привела к созданию компании Evans & Sutherland в Солт-Лейк-Сити, проложившей путь, отличный от того, что предложило ARPA из предыдущей главы. Еще три нити — Университет штата Юта, E&S и Xerox PARC — переплелись и перетекли в Нью-Йоркский технологический институт, повлиявший на создание Lucasfilm, а затем Pixar. Еще одна нить тянется от General Electric через Корнеллский университет снова в Lucasfilm, а затем в Pixar.

Чтобы справиться со слишком большим количеством имен, я использую в блок-схеме новый способ группировки: прямоугольник, в котором перечислены несколько. Все они объединены по какому-то признаку. Например, в самом большом прямоугольнике указаны восемь человек, начинавших в Университете Юты, а продолживших свои изыскания в Нью-Йоркском технологическом институте. Если стрелка касается прямоугольника, значит, она относится ко всем людям, включенным туда. Если она тянется только к одному человеку, то она связана только с ним. Например, все восемь человек из Университета Юты работали в Нью-Йоркском технологическом институте, но только Джим Блинн учился у Бертрама Херцога, первопроходца, упоминавшегося в шестой главе. Все пять человек из нижнего левого прямоугольника стали ключевыми сотрудниками студии компьютерной графики Lucasfilm (а не Нью-Йоркского технологического института), но только Роб Кук учился у Дона Гринберга в Корнелле, — и так далее.

Рис. 7.12

Первые две нити тянутся из предыдущей главы к Бобу Тейлору и Хербу Фримену. Затем я беру нить Айвена Сазерленда и Дэйва Эванса из предыдущей главы и новую нить Рода Ружло и Боба Шумахера из этой, а еще одну новую нить Дона Гринберга. Я связываю их вместе, чтобы прийти к Нью-Йоркскому технологическому институту, а затем, в следующей главе, к Lucasfilm и, наконец, к Pixar.

Таким же образом нити переплетаются в истории DreamWorks Animation и Blue Sky Studios. В истории цифрового кино было гораздо больше компаний, но именно эти три наиболее репрезентативны. Они первыми создали в новом тысячелетии полностью цифровые полнометражные фильмы: «История игрушек» (Pixar, 1995), «Муравей Антц» (DreamWorks, 1998) и «Ледниковый период» (Blue Sky, 2002). Из соображений экономии места и на основании своего личного опыта я в основном сконцентрируюсь на студии Pixar.

Теперь давайте сделаем гигантский шаг — на один порядок по закону Мура — к новым достижениям.

Закон Мура 10X (1970–1975)

Первые полутоновые компьютерные анимации

Род Ружло и Боб Шумахер разработали и построили симулятор NASA-1 в лаборатории General Electric в Итаке, в кампусе Корнеллского университета. Они разработали и построили NASA-2 — с первыми цветными пикселями и первой цветной трехмерной визуализацией в реальном времени — в лаборатории General Electric в Сиракузах, примерно в 50 милях к северу. Их последним проектом в лаборатории General Electric в Сиракузах стала созданная в 1968 году система, работавшая не в реальном времени. Она предназначалась для дальнейшего развития трехмерной компьютерной графики, выходившей за ограничения реального времени.

Дон Гринберг в те годы пошел другим путем. В 1968 году, когда Ружло и Шумахер разработали свою систему, работавшую не в реальном времени, он получил в Корнелле докторскую степень по архитектуре. Для справки: примерно тогда же в Гарварде Сазерленд разрабатывал наголовный дисплей.

В один из поворотных моментов истории, которые иногда происходят просто потому, что «я-знаю-этого-парня», Ружло организовал Гринбергу — своему бывшему соседу по палатке в бойскаутском лагере для первокурсников Корнелла — доступ к новой системе General Electric в Сиракузах, той самой, что работала не в реальном времени. Конечно, не обошлось без загвоздки. Гринбергу дозволялось пользоваться компьютером только в нерабочее время (номинально с пяти вечера до восьми утра) и не более трех ночей в неделю. Каждый раз ему к тому же приходилось около часа добираться из Итаки в Сиракузы.

На протяжении нескольких месяцев в разрешенное время Гринберг привозил в Сиракузы группу своих студентов из Итаки на ночные смены. Благодаря их трудам появился «Корнеллский фильм» 1972 года, 15-минутное компьютерное анимационное путешествие по кампусу Корнелла, показывающее, как впишется в ландшафт планируемое новое здание. Цветные кадры из фильма Гринберг опубликовал в своей статье, вышедшей в журнале Scientific American в мае 1974 года (один из них даже попал на обложку).

Дон Гринберг, человек с самой доброй и теплой улыбкой среди всех пионеров компьютерной графики, переживал за своих учеников не меньше, чем за себя. Он привел свою молодую команду к успеху в области компьютерной графики. Неудивительно, что он еще и спортсмен и до сих пор, в свои 80 лет, прекрасно играет в теннис. После создания первого фильма он основал в Корнелле знаменитый