Коротка історія

У цьому короткому історичному нарисі ми будемо згадувати алгоритми й методи, з якими читач зможе познайомитися в даному курсі. Ці попередні згадування не повинні бентежити при першому прочитанні. По завершенні курсу можна повернутися до цього розділу й пройти його заново.

Комп'ютерна графіка в початковий період свого виникнення була далеко не настільки ефектної, який вона стала в справжні дні. У ті роки комп'ютери перебували на ранній стадії розвитку й були здатні відтворювати тільки найпростіші контури (лінії). Ідея комп'ютерної графіки не відразу була підхоплена, але її можливості швидко росли, і поступово вона стала займати одну з найважливіших позицій в інформаційних технологіях.

Першою офіційно визнаною спробою використання дисплея для виводу зображення з ЕОМ з'явилося створення в Масачусетському технологічному університеті машини Whirlwind-I в 1950 м. Таким чином, виникнення комп'ютерної графіки можна віднести до 1950-х років. Сам же термін "комп'ютерна графіка" придумав в 1960 р. співробітник компанії Boeing У. Феттер.

Перше реальне застосування комп'ютерної графіки зв'язують із ім'ям Дж. Уїтні. Він займався кіновиробництвом в 60-х роках і вперше використовував комп'ютер для створення титрів до кінофільму.

Наступним кроком у своєму розвитку комп'ютерна графіка зобов'язана Айвену Сазерленду, що в 1961 р., ще будучи студентом, створив програму малювання, названу їм Sketchpad (альбом для малювання). Програма використовувала світлове перо для малювання найпростіших фігур на екрані. Отримані картинки можна було зберігати й відновлювати. У цій програмі було розширене коло основних графічних примітивів, зокрема, крім ліній і крапок був уведений прямокутник, що задавався своїми розмірами й розташуванням.

Спочатку комп'ютерна графіка була векторної, тобто зображення формувалося з тонких ліній. Ця особливість була пов'язана з технічною реалізацією комп'ютерних дисплеїв. Надалі більше широке застосування одержала растрова графіка, заснована на поданні зображення на екрані у вигляді матриці однорідних елементів (пикселей).

У тім же 1961 р. студент Стів Рассел створив першу комп'ютерну відеогру Spacewar ("Зоряна війна"), а науковий співробітник Bell Labs Едвард Зеджек створив анімацію "Simulation of a two-giro gravity control system".

У зв'язку з успіхами в області комп'ютерної графіки великі корпорації почали проявляти до неї інтерес, що у свою чергу стимулювало прогрес в області її технічної підтримки.

Університет штату Юта стає центром досліджень в області комп'ютерної графіки завдяки Д.Евансу й А.Сазерленду, які в цей час були самими помітними фігурами в цій області. Пізніше їхнє коло стало швидко розширюватися. Учнем Сазерленда став Э.Кетмул, майбутній творець алгоритму видалення невидимих поверхонь із використанням Z-Буфера (1978). Тут же працювали Дж.Варнок, автор алгоритму видалення невидимих граней на основі розбивки області (1969) і засновник Adobe System (1982), Дж.Кларк, майбутній засновник компанії Silicon Graphics (1982). Всі ці дослідники дуже сильно просунули алгоритмічну сторону комп'ютерної графіки.

У тім же 1971 р. Гольдштейн і Нагель уперше реалізували метод трасування променів з використанням логічних операцій для формування тривимірних зображень.

В 1970-і роки відбувся різкий стрибок у розвитку обчислювальної техніки завдяки винаходу мікропроцесора, у результаті чого почалася мініатюризація комп'ютерів і швидкий ріст їхньої продуктивності. І в цей же час починає інтенсивно розвиватися індустрія комп'ютерних ігор. Одночасно комп'ютерна графіка починає широко використовуватися на телебаченні й у кіноиндустрії. Дж.Лукас створює відділення комп'ютерної графіки на Lucasfilm.

В 1977 р. з'являється новий журнал "Computer Graphics World".

У середині 1970-х років графіка продовжує розвиватися убік все більшої реалістичності зображень. Э.Кетмул в 1974 р. створює перші алгоритми текстурування криволінійних поверхонь. В 1975 р. з'являється згаданий раніше метод зафарбовування Фонга. В 1977 р. Дж.Млинець пропонує алгоритми реалістичного зображення шорсткуватих поверхонь (мікрорельєфів); Ф.Кроу розробляє методи усунення східчастого ефекту при зображенні контурів (антиелайзинг). Дж.Брезенхем створює ефективні алгоритми побудови растрових образів відрізків, окружностей і еліпсів. Рівень розвитку обчислювальної техніки до цього часу вже дозволив використовувати "жадібні" алгоритми, що вимагають більших обсягів пам'яті, і в 1978 р. Кетмул пропонує метод Z-Буфера, у якому використовується область пам'яті для зберігання інформації про "глибину" кожного пікселя екранного зображення. У цьому ж році Сайрус і Бек розвивають алгоритми клипірування (відсікання) ліній. А в 1979 р. Кей і Грінберг уперше реалізують зображення напівпрозорої поверхні.

В 1980 р. Т.Уіттед розробляє загальні принципи трасування променів, що включають відбиття, переломлення, затінення й методи антиелайзинга. В 1984 р. групою дослідників (Горел, Торренс, Гринберг і ін.) була запропонована модель випромінювальності, одночасно розвиваються методи прямокутного кліпування областей.

В 1980-і роки з'являється цілий ряд компаній, що займаються прикладними розробками в області комп'ютерної графіки. В 1982 р. Дж.Кларк створює Silicon Graphics, тоді ж виникає Ray Tracing Corporation, Adobe System, в 1986 р. компанія Pixar відокремлюється від Lukasfilm.

У ці роки комп'ютерна графіка вже міцно впроваджується в кіноіндустрію, розвиваються додатки до інженерних дисциплін. В 1990-е роки у зв'язку з виникненням мережі Internet у комп'ютерної графіки з'являється ще одна сфера додатка.

Тут перераховані далеко не всі серйозні кроки на шляху розвитку графіки, але більше докладне знайомство з її історією вимагає досить гарного подання про теорію й алгоритми цієї дисципліни, тому ми обмежуємося лише коротким оглядом. Неважко помітити, що пріоритет у розвитку даного напрямку в інформаційних технологіях досить міцно втримують американські дослідники. Але й у вітчизняній науці теж були свої розробки, серед яких можна назвати ряд технічних реалізацій дисплеїв, виконаних у різні роки:

1968, ОЦ АН СРСР, машина БЕСМ-6, імовірно, перший вітчизняний растровий дисплей з відеопам'яттю на магнітному барабані;

1972, Інститут автоматики і електрометрії (Іаіе), векторний дисплей "Символ";

1973, Іаіе, векторний дисплей "Дельта";

1977, Іаіе, векторний дисплей ЕПГ-400;

1982, Київ, НДІ периферійного встаткування, векторний дисплей СМ-7316, 4096 символів, дозвіл 2048?2048;

1979-1984, Інститут прикладної фізики, серія растрових кольорових напівтонових дисплеїв "Гама". Останні дисплеї даної серії мали таблицю кольоровості, підтримували вікна, плавне масштабування.

Таким чином, у процесі розвитку комп'ютерної графіки можна виділити кілька етапів.

В 1970-і роки вона формувалася як наукова дисципліна. У цей час розроблялися основні методи й алгоритми: відсікання, растрове розгорнення графічних примітивів, зафарбування візерунками, реалістичне зображення просторових сцен (видалення невидимих ліній і граней, трасування променів, що випромінюють поверхні), моделювання освітленості.

В 1980-е графіка розвивається більше як прикладна дисципліна. Розробляються методи її застосування у всіляких областях людської діяльності.

В 1990-е роки методи комп'ютерної графіки стають основним засобом організації діалогу " людина-комп'ютер" і залишаються такими по теперішній час.