Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

потрясающей скорости — ко второму чуду вычислений под названием Усиление, но это вовсе не обязательное условие.

В-третьих, компьютеры не обязательно должны быть электронными. Однако, опять же из-за нашей неутолимой жажды скорости, все современные компьютеры — электронные. Как и использование битов, их электронная основа ведет нас к чуду Усиления. Но и она тоже не обязательна.

В-четвертых, компьютеры детерминистичны, но это вовсе не то, чем кажется. Среди различных аспектов вычислений именно детерминизм чаще всего понимают неправильно. Я переформулирую открытие Алана Тьюринга следующим образом: определенность в малом не означает предопределенности в большом. Действительно, каждый отдельный шаг, который делает компьютер, прост и полностью детерминирован. И действительно, конечный результат любой последовательности таких шагов должен быть полностью определен. Но из этого не следует, что мы можем предсказать или предопределить, каким будет результат. Машинное вычисление остается непредсказуемым, хотя, как правило, каждый шаг определен. В общем, единственный способ узнать наверняка, что будет делать конкретный набор компьютерных инструкций, — это выполнить его.

Обычно это не влияет на Цифровой Свет — как правило, мы знаем, к чему приведут наши вычисления, — но я предлагаю осознать это для калибровки наших представлений о машинных вычислениях. Предположение, что компьютеры негибки и детерминированы, несправедливо по отношению к ним. Некоторые считали, что компьютеры не смоделируют работу человеческого мозга из-за отсутствия гибкости и врожденного детерминизма. Но ученые усердно трудятся над программами искусственного интеллекта (ИИ) — еще одной идеей, впервые предложенной Аланом Тьюрингом. Сравните следующее предложение с аналогичным предложением о компьютерах в предыдущем абзаце. Единственный способ узнать наверняка, что люди будут делать, — это, в общем, стоять в стороне и наблюдать, как они живут своей жизнью.

Пятый и последний миф заключается в том, что компьютеры сложны, тогда как на самом деле они очень быстро выполняют множество простых задач. Каждый шаг, который делает компьютер, прост и примитивен — операция вроде «сдвига битов влево (или, возможно, вправо) на одну позицию». Мистика комплексности существует, но не означает сложность самого компьютера. Это результат нашей неспособности объяснить, как человек может создать список из тысяч или даже миллионов примитивных и бессмысленных — на первый взгляд — шагов, которые делают что-то значимое, например вычисляют полнометражный художественный фильм. Это сложность — и даже тайна — человеческого творчества.

В первые дни Цифрового Света из-за пяти рассмотренных заблуждений люди думали, что компьютеры создают только ограниченные виды изображений. Например, изначально предполагалось, что компьютерам по силам только зубчатые картинки или что анимированное движение всегда происходит по некрасивым прямым линиям. Но на самом деле таких ограничений не существовало. Вскоре были рассчитаны и показаны на большом экране убедительные изображения людей с деликатными и точными движениями и сложными эмоциями.

Основополагающие идеи дают нам достаточно механизмов, чтобы построить классификацию Цифрового Света и с ее помощью рассказать о дорогах прогресса, по которым мы прошли.

Разновидности Цифрового Света

Отличие 1. Фиксация против создания, съемка против вычислений

Конструкция: Проведите различие.

Содержание: Назовите это первым отличием.

— Спенсер Браун. «Законы формы»

Первое отличие в мире Цифрового связано с происхождением пикселя. Если он взят из реального мира, то мы говорим, что он фиксируется. Мы берем такие пиксели из реального мира, делая выборку и оцифровывая результаты. Обычно их получают посредством цифровой фотокамеры, например той, что встроена в ваш мобильный телефон. Мы говорим, что фотографируем такие пиксели. Это верно независимо от того, делаем ли мы моментальные снимки, неподвижные фотографии или видеокадры (которые делают выборку во времени, так же как и в пространстве).

Если пиксель создается с нуля, то мы говорим, что он сделан. Обычно его создают, выполняя вычисления на цифровом компьютере и заполненяя пиксели их результатами. Нет никакой необходимости в связи между пикселем, который мы вычисляем, и реальным миром. И в самом деле, эти пиксели часто ассоциируются с фантастическими или выдуманными мирами.

Различие между фиксацией и созданием такое же, как между аналитическим и синтетическим. Таково же и различие между съемкой и вычислением.

Первое различие делит огромный мир Цифрового Света на две основные части. Аналитическую часть называют по-разному, но мы используем термин обработка изображений. Точно так же синтетическая часть обычно называется компьютерной графикой. Кстати, давний академический журнал так и назывался — «Компьютерная графика и обработка изображений». Для сохранения последовательного изложения эта книга в основном сосредоточена на компьютерной графике. За исключением редких упоминаний, в ней отсутствует подробное описание обработки изображений. Чтобы понять, насколько огромна часть Цифрового Света, рассмотрим следующие примеры: все фотографии, сделанные на ваш мобильный телефон, любое видео, которое вы снимаете с ребенком или собакой, все фото и видео с космических станций и марсоходов, все видеоролики об ураганах и суровой погоде, все современные фильмы с живыми актерами, снятые в декорациях или на природе, все выпуски новостей кабельного телевидения (за исключением синтетических рекламных роликов и логотипов), все шпионские спутниковые снимки, все дисплеи видеорегистраторов в современных автомобилях, и так далее, и тому подобное… Все это — примеры аналитического Цифрового Света.

Но пиксели аналитической (или отснятой) части Цифрового Света подчиняются тем же правилам, что и пиксели синтетической (или вычисленной). Применяется идея частот Фурье. Применяется теорема отсчетов Котельникова. Сохраняется различие между пикселями и элементами отображения. Форматы файлов изображений одинаковые. Устройства отображения одинаковые. Пиксели остаются пикселями. Цифровой Свет — это единое пространство. Различаются только методы заполнения пикселей значимыми битами. Если вы понимаете, как работают пиксели, то вы разберетесь со ВСЕМ цифровым светом.

Отличие 2: Объект против изображения

Из-за ограниченного объема книги я дополнительно разделил синтетическую компьютерную графику на две области. Различие основано на их предназначении. Если основная цель заключается в создании объекта в реальном мире — скажем, автомобиля, дома или тостера, — то мы имеем дело с автоматизированным компьютерным проектированием (САПР). Если цель состоит в создании изображения, а не объекта, то мы вступаем в мир изобразительной или иллюстративной компьютерной графики (часто ее называют просто компьютерной графикой, если понятно, что нам нужны только изображения).

Как я описывал в главе 6, история САПР и история иллюстративной компьютерной графики тесно переплетены и имеют общее происхождение. После их беглого рассмотрения я больше не упоминаю в этой книге САПР, оставив другим заниматься этой проблемой. Но опять же все, что мы говорили о пикселях, применимо и к пикселям в автоматизированном компьютерном проектировании.

Отличие 3: Реальное время против неограниченного, интерактивное против неинтерактивного

Визуальная сцена, меняющаяся во времени,