Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

— преодолела множество трудностей с помощью одной прекрасной идеи. Иллюстрация Тома украсила обложку журнала Science в 1984 году под заголовком «Эта фотография — фальшивая».

Рис. 8.8

Центральная Догма предстала там во всей красе, за исключением одного момента. Отражения в шарах созданы не в результате оптически точной трассировки лучей от трехмерных объектов в геометрической модели. В геометрической модели нет ни окна, ни бильярдиста, ни пальмы, ни рекламы пива. На самом деле их нарисовал наш художник-аниматор Джон Лассетер с помощью написанной Томом программы рисования. Том наложил их на плоские стены бильярдной, которые были в модели. Таким образом, луч света, попавший в бильярдный шар после отражения от одной из них, получил цвет из текстурных карт.

Портер сделал «1984» с помощью трассировки лучей методом случайной выборки. Картинка, выполненная на стыке между приятным фотореализмом и гиперфотореализмом, лишь в нарисованных вручную текстурных картах на стенах бильярдной отклоняется от Центральной Догмы. Эти приемы сослужат нам хорошую службу при создании Фильма, хотя к фотореализму мы совсем не стремились.

Эксперты по Unix становятся мастерами графики

Мы с вами проследили путь развития рендеринга в Lucasfilm. А между тем моделирование и анимация тоже не стояли на месте. Как ни странно, несколько ключевых сотрудников пришли к нам сначала как системные программисты Unix и только в процессе работы занялись компьютерной графикой. Путь от Unix к графике уже проделал Том Дафф, причем, как я уже упоминал ранее, еще когда мы работали в Нью-Йоркском технологическом институте. Том зарекомендовал себя там одновременно как гуру графики и системный эксперт. Он написал, например, программу для визуализации трехмерных объектов, составленных из эллипсоидов. Он назвал ее Soid и создал с ее помощью — в Нью-Йоркском технологическом институте — несколько коротких анимационных клипов. Я использовал Soid для создания анимированных ладоней.

Рис. 8.9

После того как мы с Эдом Катмуллом и Дэвидом Ди Франческо ушли из Нью-Йоркского технологического института в Lucasfilm, Том оказался единственным оставшимся там сотрудником, который понял, как последовать за нами. Из-за тиранических наклонностей Александра Шуре Эд проявлял осторожность, стараясь не переманивать сотрудников в открытую, но, когда Том объявил, что покидает Нью-Йоркский технологический институт, он действовал быстро и решительно. Предполагалось, что все оборудование на студии Lucasfilm тоже будет работать на Unix, следовательно, компания нуждалась в специалистах по этой системе. Но, что гораздо более важно, в Lucasfilm Том создал ключевую программу для трехмерного моделирования. Он стал одним из важнейших сотрудников в Проекте компьютерной графики.

Похожим образом складывалась карьера Билла Ривза, еще одного эксперта одновременно в Unix и компьютерной графике и, подобно Тому Даффу, тоже канадца из группы Рона Беккера в Университете Торонто. Он написал важнейшую анимационную программу для Lucasfilm. Эд взял его на работу как специалиста по Unix, но вскоре Билл оказался в группе компьютерной графики, где ему предстояло сыграть очень важную роль. Siggraph в 2018-м удостоил Билла награды за вклад в графический дизайн, сделав его первым лауреатом новой премии Practitioner Award.

И еще один выдающийся программист (хотя и не канадец), Эбен Остби, который присоединился к Lucasfilm позже, тоже проследовал по пути от Unix к графике. Эбен работал в легендарной Bell Labs, пока Билл не переманил его в нашу группу специалистов-системщиков. И вскоре Эбен проявил себя как прекрасный знаток программного обеспечения для моделирования, анимации и рендеринга.

Билл и Эбен войдут в число 40 сотрудников-основателей Pixar. Как ни странно, Тома Даффа среди них не было. Он ушел из Lucasfilm еще до создания Pixar. Прежде чем вернуться к нам, он провел несколько лет… ну конечно, в Bell Labs!

Моделирование частиц

Некоторые объекты неудобно моделировать с помощью геометрии. Значительным вкладом Билла Ривза в Цифровой Свет стало то, что он назвал системами частиц. Возьмем, к примеру, облака, огонь и воду. Или фейерверки, галактики и дым. У них нет четких геометрических границ. В 1982 году, во время работы в Lucasfilm, у Билла возникла идея моделировать такие объекты с помощью множества крошечных частиц. Считайте каждую частицу точкой небольшого, но отличного от нуля размера. Система изменяется во времени, причем частицы в ней появляются, перемещаются, изменяются, а затем исчезают. Каждой частице отведено определенное время жизни, в течение которого она движется по запрограммированной траектории. У нее могут быть некоторые особенности, такие как цвет, прозрачность или размер, также способные изменяться в течение ее жизни. Частица перемещается или изменяется случайным образом в соответствии с потребностями моделируемого объекта. В определенный момент живые частицы преобразуется в изображение.

В первую очередь Билл опробовал новую технику на огне. Каждая частица имела цвет, обычно красный, но некоторые были случайным образом окрашены в зеленый. Каждая из них появлялась в случайном порядке на плоской поверхности и взлетала оттуда в произвольном направлении. Траектория частиц определялась воображаемым гравитационным полем, поэтому они возвращались к основанию по дуге. Размер и прозрачность каждой из них также определялись случайным образом. А еще у каждой частицы происходило размытие движения. То есть в каждом кадре рассчитывались начальное и конечное положения частицы на ее пути (обычно на небольшом расстоянии друг от друга). Во время визуализации кадра частица размазывалась вдоль траектории.

В этой модели системы частиц покадровая визуализация выполнялась при помощи упрощенного рендеринга прямой линии между начальным и конечным положениями каждой частицы в одном кадре со сглаживанием. Как мы уже говорили, Малкольм Бланшар продемонстрировал сглаженные (без ступенек) сегменты прямых линий примерно в 1976 году, а Дик Шауп визуализировал их еще раньше, в Xerox PARC в 1973-м. Таким образом короткий отрезок прямой линии с мягкими полупрозрачными краями, как правило, красного цвета, создает размытие частицы на траектории ее движения. Цвета линейных сегментов просто добавлялись в кадровый буфер. Случайное добавление некоторого количества зеленых частиц приводило к эффекту горячего желто-оранжевого свечения в центре горения, когда частицы взмывали вверх с поверхности. Затем, когда они опускались вниз и исчезали, свечение приобретало красный оттенок и казалось постепенно охлаждающимся.

«Демонстрация Генезиса»

Том Дафф, Билл Ривз, Роб Кук, Лорен Карпентер, Том Портер… Мы собирали в Lucasfilm команду звезд компьютерной графики мирового уровня. Даже Джим Блинн на некоторое время присоединился к нам, покинув Лабораторию реактивного движения, но, как и в предыдущий раз в Нью-Йоркском технологическом институте, он испытывал дискомфорт за пределами своего специфического программистского мира, а потому вернулся на прежнее место. Зато к