Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

Термин «реальное время» имеет несколько значений, и все они связаны с человеческим восприятием течения времени. Одно из наиболее популярных подразумевает синхронизацию в реальном времени, как в видеоиграх. Другое — режим реального времени по запросу, как в «интерактивном» дизайне компьютерных моделей. Эти удобные термины помогают нам разделить необъятность Цифрового Света.

В видеоиграх тикают воображаемые часы, а значит, постоянно должна создаваться — «рендериться» — новая картинка для отображения. Естественные «часы» для видео — это частота 30 кадров в секунду, которая выбрана, поскольку она приблизительно соответствует человеческому ощущению времени, текущему столь же плавно и в том же темпе, что и в реальном мире. Таким образом, в видеоиграх новая картинка должна отображаться каждую тридцатую долю секунды.

Видеоигры — ярчайший пример графики с синхронизацией в реальном времени из современного мира. Но на заре компьютерной эры ее в основном использовали на авиатренажерах, каждый из которых стоил миллионы долларов. Летчики-истребители отрабатывали навыки на авиасимуляторах, а астронавты — на симуляторах космических кораблей. Они делают это и сегодня. Виртуальная реальность (VR) — новейший представитель систем с синхронизацией в реальном времени, визуализирующих изображение на двух дисплеях внутри специальных очков для объемного или так называемого 3D-эффекта.

Основной пример графики в реальном времени без синхронизации или по запросу — это интерактивная разработка внутренних компьютерных моделей. Или, проще говоря, «изображения, которые меняются достаточно быстро, чтобы убедить пользователей, что это происходит „мгновенно“, пока они взаимодействуют с компьютером».

Другой пример — интерфейс почти каждого компьютерного приложения. Я просто нажал на значок «Сохранить» в Word. Значок «мгновенно» подсвечивался при наведении на него курсора, а когда я щелкал мышью для сохранения файла, «мгновенно» появлялся вращающийся значок в виде песочных часов — «процесс идет».

И с синхронизацией, и без нее компромисс для реального времени подразумевает либо низкое качество изображения, либо высокую цену продукта. В случае с синхронизацией в видеоиграх по-прежнему (по состоянию на 2020 год) встречаются визуальные артефакты, возникающие из-за недостаточного времени на вычисление полностью отрисованного изображения при сохранении низкой потребительской цены.

В противном случае качество изображения, используемого при интерактивном отображении моделей, обычно ниже, чем при окончательном рендеринге объектов или сцен, разработанных таким образом. Дизайнеры обычно видят изображение объекта или персонажа, который они создают — скажем, чайника, — в виде модели из проволочной сетки, а в не виде цветного объемного чайника с текстурами и тенями.

Общепринятая история компьютерной графики

Компьютерная графика — моя профессия, но я смутно представлял себе ее историю. Версия, которую я знал, сводилась примерно к следующему: Айвен Сазерленд написал Sketchpad, первую программу интерактивной компьютерной графики, как утверждается, в Массачусетском технологическом институте в 1962 году. Затем, в 1968-м, он начал работать в Университете штата Юта в Солт-Лейк-Сити и стал отцом-основателем династии пионеров компьютерной графики. На самом деле в столь кратком изложении почти всё — правда. Например, Эд Катмулл учился у Сазерленда, и многие из наших коллег, работавших на протяжении нескольких лет в Нью-Йоркском технологическом институте, Lucasfilm и Pixar, получили образование в штате Юта. И первое графическое оборудование, которое мы использовали, произвела компания Evans & Sutherland, основанная Дэвидом Эвансом и Айвеном Сазерлендом в Солт-Лейк-Сити также в 1968-м.

Но вышеизложенная история расходится с фактами, которые мы обнаружили в главе «Восход Цифрового Света»: простые цифровые изображения, интерактивные игры и анимация появились еще на первых компьютерах в конце 1940-х — начале 1950-х годов. Уже на компьютере Whirlwind был световой пистолет, позволявший взаимодействовать с его дисплеем. Я уже рассказывал в этой главе, как офицеры интерактивно взаимодействовали с графикой на дисплее серийно выпускаемого компьютера Sage в конце 1950-х годов. И графическая игра Spacewar!, созданная в Массачусетском технологическом институте незадолго до Sketchpad, тоже была интерактивной. Очевидно, в общепринятой истории есть различные несоответствия, в которых не помешало бы разобраться.

Как и в случае с другими сложными технологиями, в общепринятой истории компьютерной графики опущена значительная часть фактов и чрезмерно преувеличена роль одного человека. Устоявшаяся версия обходит вниманием двух знаменитых отцов-основателей этой сферы — Стивена Кунса и Пьера Безье, которые старше Сазерленда на одно поколение. Тем не менее специалисты компьютерной графики хорошо знают их имена. На протяжении нескольких десятилетий высшей наградой в области компьютерной графики остается премия Кунса. А кривые Безье десятилетиями используются в популярных приложениях Adobe Illustrator и Adobe Photoshop. Но в общую картину истории они почему-то не попали.

Я встречаюсь с пионерами

Общепринятая история на самом деле не соответствует даже той цепи событий, в которых я участвовал лично. Первым пионером компьютерной графики, с которым мне удалось познакомиться и даже поработать вместе, был Герберт Фримен, который не учился в Университете Юты. Он родился с именем Герберт Фридман в Германии и сумел бежать от нацистов с помощью Альберта Эйнштейна. Его родителям, пытавшимся получить разрешение на въезд в Соединенные Штаты для всей семьи, отказали якобы из-за туберкулеза у Герберта. На самом деле никакой болезни не было, но потребовались несколько лет и три письма от самого Эйнштейна, чтобы всей семье удалось преодолеть бюрократические препоны и благополучно перебраться в Америку в 1938 году, тем самым избежав верной смерти.

В 1949 году Хербу удалось встретиться с Эйнштейном и лично поблагодарить его за неоценимую помощь. Примерно за год до встречи с великим ученым Херб получил степень магистра электротехники в Колумбийском университете. На летнем курсе в Массачусетском технологическом институте в 1952 году он познакомился с Whirlwind и настолько увлекся компьютерами, что к следующему году разработал свой собственный — под названием Speedac — для Sperry Corporation. Получив докторскую степень в Колумбийском университете, начал работать в Лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института в 1958-м и в Лаборатории Линкольна в 1959 году. В 1960-м он поступил в Нью-Йоркский университет. Херб специализировался на компьютерной графике и в 1972 году стал соучредителем одного из первых научных журналов по Цифровому Свету с говорящим названием «Компьютерная графика и обработка изображений. Создание и регистрация. Геометрия и пиксели». Херб позвал меня работать на свой факультет в Нью-Йоркском университете сразу после того, как я окончил аспирантуру Стэнфорда в 1969 году. Я трудился у него четыре года. Он познакомил меня с двумя из первых компьютерных аниматоров — Роном Беккером и Марсели Вейном из Канады, а также с Робином Форрестом из Англии.

Робин Форрест

Робин, мой любимый шотландец, специально приехал в Лондон из Норвича, когда я занимался историческими исследованиями для этой книги, чтобы стать