Компьютерная графика в
начальный период своего возникновения была далеко не такой функциональной,
какой она стала в настоящие дни. В те годы компьютеры находились на ранней
стадии развития и были способны воспроизводить только самые простые контуры.
Первой официально признанной попыткой использования
дисплея для вывода изображения из ЭВМ явилось создание в Массачусетском
технологическом университете машины Whirlwind-I в 1950 г. Таким образом,
возникновение компьютерной графики можно отнести к 1950-м годам. (Сам же термин
"компьютерная графика" придумал в 1960 г. сотрудник компании Boeing
У. Феттер.)
Проект "вихрь" Массачусетского
технологического института был
отмечен как начало эры компьютерной графики. "Вихрь" стал основой
создания опытного образца командноуправляемой системы воздушной защиты,
разработанной как средство преобразования данных, полученных от радара, в
наглядную форму.
Массачусетский
«Вихрь»
Компьютер Whirlwind («Вихрь») был разработан в Лаборатории цифровых компьютеров Массачусетского технологического института, которая со временем стала одним из подразделений Линкольновской лаборатории. Но проект под названием Whirlwind стартовал существенно раньше, еще во время Второй мировой войны, когда возникла необходимость в создании имитатора полетов для решения задач стабилизации поведения самолетов и отработки точности бомбометания. Директором проекта был ДжейФоррестер, а его заместителем — Роберт Эверетт. Вместе они построили аналоговый компьютер, который успешно решал поставленные задачи, но оказался чрезвычайно сложным при перепрограммировании, требуемом при переходе с одного типа самолета на другой.
В 1947
году, ознакомившись с компьютером ENIAC, Форрестер и Эверетт пришли к выводу о
том, что их проблему может решить программируемый цифровой компьютер. Они
продолжили работы в рамках проекта Whirlwind, но над совершенно иным
устройством, главным достоинством которого стала возможность быстрого
программирования. В декабре 1950-го был собран первый экземпляр, в эксплуатацию
его запустили в апреле 1951 года. Whirlwind задумывался как часть лабораторного
стенда, поэтому он был адаптирован к работе в реальном времени и имел в
качестве устройства ввода/вывода экран с электронно-лучевой трубкой.
К тому
времени, когда «Вихрь» оказался готов, первоначальные заказчики потеряли
интерес к проекту, однако Whirlwind удалось переориентировать на использование
в более грандиозном проекте SAGE, по которому создавалась система
радиолокационного слежения для противовоздушной обороны.
Первое
реальное применение компьютерной графики связывают с именем Дж. Уитни. Он занимался
кинопроизводством в 50-60-х годах и впервые использовал компьютер для создания
титров к кинофильму.
Джон
Уитни, старший (8 апреля 1917 - 22 сентября 1995)
Был американским аниматором,
композитором и изобретателем, который считается одним из отцов компьютерной
анимации.
В 1950 Уитни использовал свои механические методы анимации для
создания эпизодов для телевизионных программ и рекламных роликов. В 1960 году он основал Motion Graphics Incorporated, где используется механический аналоговый компьютер собственного изобретения для создания киноэпизодов и рекламных роликов.
Следующим шагом в своем
развитии компьютерная графика обязана Айвэну
Сазерленду, который в 1961 г., еще будучи студентом, создал программу
рисования, названную им Sketchpad
(альбом для рисования). Программа использовала световое перо для рисования
простейших фигур на экране. Полученные картинки можно было сохранять и
восстанавливать. В этой программе помимо линий и точек был введен
прямоугольник, который задавался своими размерами и расположением.
В
том же 1961 г. студент Стив Рассел создал первую компьютерную видеоигру Spacewar ("Звездная война").
Spacewar! — одна из
известных цифровых компьютерных игр.
Стив
Рассел, Мартин Грец и Уэйн Уитанем задумали игру в 1961, с целью реализации ее
в Массачусетском технологическом институте. После того, как Алан Коток получил несколько подпрограмм от DEC, Рассел начал кодирование, а к
февралю 1962 года он создал первый вариант. Это заняло примерно 200 часов
работы.
Основной
геймплей Spacewar! включает в себя два вооруженных космических корабля названные «theneedle» (рус. игла) и «thewedge» (рус. клин), которые
пытались стрелять друг в друга маневрируя в невесомости меж звёзд.
Первоначально
компьютерная графика была векторной, т.е. изображение формировалось из тонких
линий. Эта особенность была связана с технической реализацией компьютерных
дисплеев. В дальнейшем более широкое применение получила растровая графика,
основанная на представлении изображения на экране в виде матрицы однородных
элементов (пикселей).
В 60-70-eгоды в области компьютерной графики начали
работать новые фирмы. Если ранее для выполнения каких-либо работ покупателям
приходилось устанавливать уникальное оборудование и разрабатывать новое
программное обеспечение, то с появлением разнообразных пакетов программ,
облегчающих процесс создания изображений, чертежей и интерфейсов, ситуация
существенно изменилась. За десятилетие системы стали настолько совершенны, что почти
полностью изолировали пользователя от проблем, связанных с программным
обеспечением.
В связи с
успехами в области компьютерной графики крупные корпорации начали проявлять к
ней интерес, что в свою очередь стимулировало прогресс в области ее технической
поддержки.
Университет
штата Юта становится центром исследований в области компьютерной графики
благодаря Д.Эвансу и А.Сазерленду, которые в это время были самыми заметными
фигурами в этой области. В 1971 г. Гольдштейн и Нагель впервые реализовали
метод трассировки лучей с использованием логических операций для формирования
трехмерных изображений.
В 1970-е
годы произошел резкий скачок в развитии вычислительной техники благодаря
изобретению микропроцессора, в результате чего началась миниатюризация компьютеров
и быстрый рост их производительности. И в это же время начинает интенсивно
развиваться индустрия компьютерных игр. Одновременно компьютерная графика
начинает широко использоваться на телевидении и в киноиндустрии. В 1977 г.
появляется новый журнал "ComputerGraphicsWorld".
В конце семидесятых в компьютерной
графике произошли значительные изменения. Появилась возможность
создания растровых дисплеев, имеющих множество преимуществ: вывод больших
массивов данных, устойчивое, немерцающее изображение, работа с цветом. Впервые
стало возможным получение цветовой гаммы. Растровая технология в конце
семидесятых стала явно доминирующей. Наиболее знаменательным событием в
области компьютерной графики было создание
в конце семидесятых персонального компьютера.
В 1970
сотрудник компании Intel Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, Это
революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах
как о громоздких, тяжеловесных «монстрах». С микропроцессом появляются
микрокомпьютеры — компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на
письменном столе пользователя.
Во второй половине 1970-х годов появляются
наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы Эпл (Apple), но
широкое распространение персональные компьютеры получили с созданием в августе
1981 фирмой Ай-Би-Эм (IBM) модели микрокомпьютера IBM PC. В 1975 году появился
первый «персональный компьютер» Sphere 1, который, впрочем, прославился лишь
тем, что ввел в обиход комбинацию клавиш Ctrl+Alt+Delete. В 1977 году вышел первый
массовый персональный компьютер Commodore PET, а затем — Apple II и Tandy
TRS-80.
В
середине 1970-х годов графика продолжает развиваться в сторону все большей
реалистичности изображений. Э.Кэтмул в 1974 г. создает первые алгоритмы
текстурирования криволинейных поверхностей. В 1977 г. Дж.Блин предлагает
алгоритмы реалистического изображения шероховатых поверхностей (микрорельефов);
Ф.Кроу разрабатывает методы устранения ступенчатого эффекта при изображении
контуров. Дж.Брезенхем создает эффективные алгоритмы построения растровых
образов отрезков, окружностей и эллипсов. В 1978 г. Кэтмул предлагает метод
Z-буфера, в котором используется область памяти для хранения информации о
"глубине" каждого пикселя экранного изображения.. А в 1979 г. Кэй и
Гринберг впервые реализуют изображение полупрозрачной поверхности.
В 1977
году компания Apple создала Apple-II. Появление этого устройства
вызывало смешанные чувства: графика была ужасной, а процессоры медленными.
Однако персональные компьютеры стимулировали процесс разработки периферийных
устройств. Конечно, персональные компьютеры развивались как важная
часть машинной графики, особенно с появлением в 1984 году
модели AppleMacintosh с их графическим интерфейсом пользователя.
Первоначально областью применения персонального компьютера были не графические
приложения, а работа с текстовыми процессорами и электронными таблицами, но его
возможности как графического устройства побуждали к разработке относительно
недорогих программ как в области CAD/CAM, так и в более общих областях
бизнеса и искусства.
В 1987 году IBM пускает в продажу
компьютер модели PS/2, а с ним в мир приходит новая графическая спецификация —
VGA, то есть VideoGraphicArray.
Максимальное разрешение VGA — 640х480
— стало классическим. Создателей игр же больше интересовал режим 320х200,
потому что именно в нем VGA расцветала 256 оттенками из 262 144 возможных.
Режим VGA стал последним, который внедрила IBM. Позже, в девяностых годах,
появились видеокарты и системы с большим разрешением и еще большей цветовой
глубиной. Но разница между 256 и 65535 цветами (Hi-Color) и даже 16 миллионами
цветов (TrueColor) не так велика, чтобы назвать ее революционной.
В 90-х
стираются отличия между компьютерной графикой и обработкой
изображения. Машинная графика часто имеет дело с векторными данными,
а основой для обработки изображений является пиксельная информация. Еще
несколько лет назад каждый пользователь требовал рабочую станцию с уникальной
архитектурой, а сейчас процессоры рабочих станций имеют быстродействие,
достаточное для того, чтобы управлять как векторной, так и растровой
информацией.
1991-2008гг.
– появление графики нашего дня VirtualReality. Появились датчики перемещения,
благодаря которым компьютер меняет изображения при помощи сигналов посылаемых
на него. Появление стереоочков (монитор на каждый глаз), благодаря высокому
быстродействию которых, производится имитация реального мира. Замедление
развития этой технологии из-за опасения медиков, т.к. благодаря VirtualReality
можно очень сильно нарушить психику человека, благодаря мощному воздействию
цвета на неё.
Совершенно
изменилась архитектура программ. Если раньше отец программирования Вирт
говорил, что любая программа это алгоритм + структура данных, то с появлением
компьютерной графики на персональном компьютере программа–это алгоритм +
структура данных + интерфейс пользователя (графический).
Программирование
называют теперь визуальным программированием, т.е. компилятор дает большое
количество диалоговых окон, где вводятся координаты и виден прообраз
результата, и можно менять прообраз программы. Переход к графическому
интерфейсу был вынужден тем фактом, что человек воспринимает 80% данных через
картинку, и лишь 20% - через ум, чувства и т.д.
