Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

рендеринга в компьютерной графике, получившим имя человека, был алгоритм Брезенхэма. Это одна из первых известных процедур приближения отрезка с помощью пикселей. Джеку Брезенхэму в 1962 году пришлось использовать пиксели, которые могли быть либо включены, либо выключены, чтобы (грубо) отобразить линейные сегменты. Это все, чем он мог воспользоваться.

Вот отрезок линии (рис. 6.12, диагональ), визуализированный с помощью алгоритма Брезенхэма в виде черных отображенных пикселей на белом фоне. Маленькие точки — это местоположения пикселей. Отображенные пиксели (большие точки) размещаются поблизости или на самом отрезке. Алгоритм Брезенхэма наиболее эффективен на простых растровых дисплеях, отображающих только черный или белый цвет.

Конечно, диагональный отрезок, который вы здесь видите, — на самом деле рендеринг в отображенные пиксели на современном дисплее (или печатной странице) невидимого в противном случае отрезка. А отображенные, или «разбросанные», пиксели (большие точки) брезенхэмовского приближения отрезка на самом деле не являются увеличенными изображениями пикселей. Пиксели — это не идеальные маленькие квадратики и не замечательные черные кружки.

Алгоритм Брезенхэма и ему подобные сделали раннюю компьютерную графику. Вы увидите эти предательские ступеньки, если, прищурив глаза, посмотрите на рисунок 6.12, не обращая внимания на диагональный отрезок. Столь непрезентабельный вид, который многие люди в то время считали нормой для компьютерных изображений, — опять-таки следствие ошибочного мнения, будто компьютеры должны быть грубыми и «механическими». Как мы видели в главе «Восход Цифрового Света», прошло еще 10 лет, прежде чем Дик Шауп показал, что ступенчатость не свойственна компьютерам. В 1973 году он продемонстрировал прямые линии, которые прекрасно воспроизводились с помощью разбросанных пикселей (рис. 4.26). Но эти пиксели имели гораздо больше двух значений — на два порядка.

В алгоритме Брезенхэма меня в первую очередь привлекла не его эффективность, а фамилия Брезенхэм. Она пишется точно так же, как писал свою фамилию Дик Брезенхэм, мой одноклассник из Кловиса, штат Нью-Мексико. Конечно же, Джек Брезенхэм, изобретатель алгоритма, вряд ли жил в Кловисе. Я проверил и обнаружил, что на самом деле он работал на IBM в Англии, что устранило любые сомнения. Точнее, я так думал. Но когда вышло первое издание важного учебника по компьютерной графике, миссис Брезенхэм из Кловиса позвонила миссис Смит из Кловиса и сказала: «Там есть глава, которую написал мой сын, и есть глава, которую написал ваш». Она преувеличивала нашу значимость, как это свойственно мамам, но суть дела заключалась в следующем: Джек — это брат Дика из моего родного города. Когда я наконец встретился с Джеком, то узнал, что он закончил школу в Кловисе незадолго до того, как я стал достаточно взрослым, чтобы познакомиться с ним.

Рис. 6.12

Блок-схема ранней компьютерной графики (продолжение)

Теперь рассмотрим эти события в историческом контексте. Здесь я использую блок-схему, аналогичную той, которую использовал в предыдущих двух главах, чтобы описать сложную историю, в которой участвовало множество соперников. Блок-схема истории компьютеров из главы «Восход Цифрового Света» охватывает конец 1940-х и начало 1950-х годов. Мы можем считать этот временной отрезок первой стадией периода до закона Мура, то есть первой стадией Эпохи 1. Рисунок 6.13 продолжает диаграмму на рисунке 4.6 с конца 1950-х и на протяжении большей части 1960-х годов, во вторую стадию Эпохи 1. Ячейка с надписью «Whirlwind» повторяется, чтобы показать, где соединяются две диаграммы.

Надпись «Закон Мура 1965 года» появляется в нижней средней части блок-схемы, указывая на судьбоносное событие, положившее начало Эпохе 2. Мы оставим ее исследование для следующей главы, за исключением одного тщательно обозначенного события, включенного сюда для удобства. Хотя оно произошло после 1965 года, закону Мура еще не подчинялось. Отдельные персоналии обозначены окружностями, группы — эллипсами, компьютеры и специализированные аппаратные устройства — прямоугольниками, программы, книги и концепции (все «мягкие» идеи) — параллелограммами.

Все, что я сказал о блок-схемах в предыдущих главах, применимо и здесь: это не исчерпывающее представление. Многие люди и события, не указанные тут, упомянуты в тексте или в комментариях на сайте, но, конечно, далеко не все. А текст этой главы можно рассматривать как длинную расшифровку подписей к блок-схеме. Как и прежде, сложность диаграммы демонстрирует, что история высоких технологий редко сводится (а то и вовсе не сводится) к одному лидеру.

Важное отличие: объекты против изображений

Компьютерная графика, по определению, — это создание видимых изображений из невидимых геометрических моделей, хранящихся в памяти компьютера. Есть два основных способа дальнейшего использования этих моделей, что разделяет компьютерную графику на два очень непохожих друг на друга направления.

В первом случае модели представляют объекты, предназначенные для существования в реальном мире, — это конструкторская графика. Системы автоматизированного проектирования (САПР, или по-английски CAD) используют компьютерную графику для проектирования объектов. В САПР по большому счету важны именно объекты, а не их изображения. САПР — это объектно-ориентированная компьютерная графика.

Второй случай — это иллюстративная графика. Цифровое кино — отличный пример того, когда важны сами изображения, а не изображенные объекты.

Конструкторскую графику (САПР) от иллюстративной отличает важное условие. Если попытаться описать его одним словом, это будет точность. Компьютерные модели в САПР — это точные представления объектов, предназначенных для существования в реальном мире, таких как автомобили, здания и детали машин. В ранние дни САПР создавал объекты, а не изображения. Например, компьютерная модель может использоваться для управления фрезерным станком, вырезающим соответствующий объект из куска металла, пенопласта или дерева.

Поскольку объекты реального мира должны выдерживать реальные нагрузки, они часто подвергаются серьезному тестированию еще на этапе компьютерной модели. Например, мост, сделанный из стальных ферм, сначала тестируется с помощью компьютерного моделирования нагрузки, прежде чем настоящие фермы будут выкованы, сварены и собраны в реальную конструкцию. Точная компьютерная модель моста поставляет исходные данные для моделирования ожидаемой нагрузки на мост от воздействия транспорта или ветра. Или две части космического корабля, которые должны прочно скрепляться друг с другом, проверяются в форме компьютерной модели, чтобы убедиться, достаточно ли надежно они будут соединены после фактического воплощения в металле.

Но в остальных случаях важнее изображения на выходе, отсюда и иллюстративная компьютерная графика. Точные размеры и физическая реализуемость не имеют значения. От картинок требуется лишь выглядеть убедительно. Студия Pixar отправляет модель шерифа Вуди из «Истории игрушек» на производственное предприятие, которое превращает ее в точную сборочную модель при помощи САПР и делает реальные пластмассовые игрушки, но главная цель оригинальной модели состоит в создании мультфильма «История игрушек».

Голливуд славится своими фальшивыми фасадами. Вспомните типичную главную улицу городка на Диком Западе из ковбойского вестерна. Все дома сделаны