Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

историю, подтверждающую еще одну раннюю попытку создания анимации, на этот раз у американцев и определенно на пиксельном дисплее. Весной 1952 года Дэвис некоторое время занимался отладкой кода в Иллинойсском университете. Он работал с компьютером ORDVAC, еще одним потомком EDVAC, введенным в эксплуатацию весной 1951 года. Как и MANIAC, тот обладал памятью на 40 трубках Уильямса, а его монитор можно было переключать, чтобы отобразить состояние любой из них. Дэвис рассказал, а его жена Вирджиния подтвердила, что кто-то написал программу, выводившую на дисплей сообщение HELLO VISITOR! THIS IS THE ORDVAC (ПРИВЕТ, ПОСЕТИТЕЛЬ! ЭТО ORDVAC). Слишком крупные буквы не помещались на экран. Чтобы прочитать сообщение полностью, приходилось ждать, пока оно «прокрутится» по монитору справа налево. Эта ранняя компьютерная анимация, вероятно, создана где-то между весной 1951 и весной 1952 года. В своих осторожных оценках я буду ориентироваться на весну 1952 года.

Рис. 4.22

Рис. 4.23

К той же категории анекдотичных свидетельств я отношу рассказ Ричарда Мервина, который работал над ENIAC, затем в Лос-Аламосе — над MANIAC (еще одним потомком EDVAC), а потом — над IBM 702. Мы с Диком вошли в состав делегации специалистов по информатике из IEEE, которых на целый месяц пригласили в Китай в 1978 году. Тогда после судьбоносных переговоров Ричарда Никсона и Мао Цзэдуна Китай распахнул свои двери для иностранцев. В тот памятный момент, когда наш автобус проезжал мимо Запретного города, Дик рассказывал мне о первой компьютерной анимации, которую он увидел на трубке Уильямса в начале 1950-х годов. Там демонстрировалась бутылка, из которой вино наливалось в бокал. То, что он описывал, могло быть изображено на мониторе MANIAC, но я больше склоняюсь к IBM 701 где-то в 1952 или 1953 году или к IBM 702 еще позже. Я называю это свидетельство анекдотичным, потому что с расстояния в 40 лет уже не различить мелких деталей, а Мервина, к сожалению, уже нет в живых, чтобы он уточнил их. Возможно, эта история смешалась у меня в памяти с другой версией событий, которую я слышал от пионера графики Джорджа Майкла из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса: в начале 1950-х для проверки памяти на трубке Уильямса в компьютере IBM 701 использовалась анимированная картинка с пивной бутылкой, из которой пиво наливалось в стакан. Другой пионер компьютерной графики Робин Форрест описал еще один вариант: «Говорят, что одному талантливому программисту удалось написать программу, которая отображала анимацию с водой, наполняющей стакан».

Наивные отсчеты

Вы можете возразить, что объект, который я назвал Первым Светом (рис. 4.2), — это не картинка, а текст: C. R. T. STORE. Но текст — это тоже изображение, согласно любому разумному определению. Любое изображение — в терминах, с которыми мы познакомимся по ходу дела, — представляет собой рендеринг (преобразование) геометрических описаний букв и цифр в пиксели, точно так же как современный анимационный фильм — это рендеринг геометрических описаний сцен и героев в пиксели.

Ранние угловатые картинки лишены изящества. Килбурн делал их по наитию, не опираясь на теорему отсчетов. Вряд ли он вообще знал о ее существовании. Впервые, в изложении Котельникова, она была опубликована на русском языке в 1933 году, а английская версия Шеннона не печаталась в открытых источниках до 1948 года. Тьюринг познакомился с теоремой отсчетов уже в 1943 году, что согласуется с заявлением Шеннона, считавшего, что в его профессиональной сфере она была общеизвестна. Однако, когда Килбурн создал Первый Свет — первое цифровое изображение, — Тьюринг еще не переехал в Манчестер. И нет причин предполагать, что Тьюринг, несмотря на всю свою гениальность, когда-либо задумывался о применении теоремы отсчетов к области зрения.

С одним битом — или двумя значениями — на пиксель картинка Килбурна получилась хороша, насколько возможно, пускай сейчас она и кажется наивной. В памяти на трубке Уильямса просто не хватало пикселей — и битов на пиксель, — чтобы точно отобразить плавно очерченный объект с резкими краями, например букву. Говоря на языке частот, плотность пикселей далеко не дотягивала до (удвоенной) самой высокой частоты пространственной волны в буквах. Так первые изображения еще и демонстрировали сложную проблему неровностей, которую предстояло решить, чтобы успешно достичь Цифрового Света.

Все первые изображения, видеоигры и анимации (кроме каллиграфических векторных изображений на осциллоскопе в Массачусетском технологическом институте) — это любительское преобразование простых геометрических объектов (букв, цифр, квадратов, прямых и кривых линий) в однобитные пиксели. Такие наивные визуализации не предполагали понимания и применения теоремы Котельникова. Никто еще не знал об исключительной важности частоты отсчетов — идеи, которая в конечном итоге приведет к Великой цифровой конвергенции. Вот почему я не возражаю, чтобы на раннем этапе не делать различий между векторными дисплеями, используемыми на Whirlwind, и растровыми, используемыми на других машинах. Каллиграфические растровые изображения — это часть нашего наивного детства.

Если говорить о наивности, любой образец вышивки 1760 года (рис 4.24, слева) предлагает ответ на ваше возражение о ранней истории Цифрового Света, описанной в этой книге. (Кстати, слово «образец» кажется на удивление похожим на нашу терминологию с «выборкой» и «отсчетом», но имеет здесь совершенно другое значение — просто пример чьей-то работы.) Почему бы не считать вышивку предшественником Цифрового Света? Почему не считать таковым любой гобелен с изображением? Или любую мозаику (рис. 4.24, справа) — изображение, состоящее из равномерно расположенных стеклянных плиток-смальт? Любой из этих примеров представляет собой картинку, сформированную из наивной выборки — без использования теоремы Котельникова — точно так же, как Первый Свет.

Рис. 4.24

Что ж, их можно считать предшественниками цифровых изображений и Цифрового Света. Нет никаких сомнений. Кроме того, они представляли собой аппаратуру памяти, постоянное запоминающее устройство из ниток или кусочков стекла. У Цифрового Света отыщутся тысячи подобных предшественников, существовавших века или даже тысячелетия назад. Но от этих разрозненных образцов нет очевидного технологического пути к сегодняшним цифровым изображениям, таким как слова, которые вы сейчас читаете. Следующий раздел посвящен более серьезным претендентам на звание первых пикселей.

Картинки с телетайпа

Телетайп, машина для передачи текста, — старая идея, известная также как телепринтер или телекс (строго говоря, «Телетайп» — это торговая марка). Его принцип работы заключается в следующем: на клавишах устройства, похожего на электрическую пишущую машинку, набирается сообщение, которое превращается в электрический сигнал и передается по телеграфной линии на аналогичное устройство, преобразующее сигнал в буквы и выводящее текст на лист бумаги.