Критична история на компютърната графика и анимация |
Раздел 5: | ||||
|
|
| ||||
|
Федералното правителство и индустрията се интересуват от развиващата се област на компютърната графика и видяха в нейните основи стойност и засилиха проучването на приложенията за получаване на нови решения на проблемите, които съществуват. Финансирането на тези изследвания стана приоритет и университетите по целия свят реагираха, като дадоха подкрепа на студентите и преподаватели. Специализирани лаборатории са били установени, и академични програми се създали в резултат на тези лаборатории. Няколко от началнитеа лаборатории вече са били обсъдени (Охайо, Университета на Юта, Харвард и Масачузетския) в предните ни публикации. Следните университети и лаборатории, са представени в този раздел (MIT, Харвард, Юта и Охайо, са обхванати в раздела 4):
|
| ||||
|
Един от водещите лаборатории в света за компютърна графика е програмата (PCG) в университета Корнел в Итака, Ню Йорк. Директора Доналд Грийнбърг води програмата от основаването си през 1974 година. Грийнбърг, неговия персонал и студенти са развили теоретичната основа за много от практическите приложения, които експертите и практиците по компютърната графика вече използват рутинно.
Грийнбърг по образование е архитект и инженер, завършил в Университета Корнел и Колумбия. Като инженер консултант в Severud Associates, архитектурна и инженерна фирма, той е бил замесен с проектирането на Сейнт Луис Arch, Madison Square Garden, както и други проекти.
През 1960-те, за Грийнбърг става интересен потенциала за проектирането с компютри, но е нетърпелив по отношение на цифровия изход, предоставени от инженерните приложения. Неговите усилия за писане на софтуер за показване на резултатите в графичен вид доведоха до създаването на мултидисциплинарна програма по компютърна графика, със значително финансиране от Националната научна фондация.
Преди до 1973 г., голяма част от научните изследвания в компютърната графика са провеждани в GE в Сиракуза.
Програмата по компютърната графика получила първото си финансиране от Националната научна фондация през есента на 1973 г., което позволило на д-р Грийнбърг да поръча оборудване за първата зала за компютърна графика. Това оборудване пристигнало в началото на януари 1974 г., и е първата лаборатория в Ранд на Корнел Кампус. Грийнбърг публикува статия за SIGGRAPH 77 описващи Корнел Lab.
Корнел PCG е най-известен с новаторска работа по реалистичния синтез на образ, включително radiosity метод за изчисляване на преки и косвени светлини в синтетични сцени. Дългосрочната цел на лабораторията е да се развият физически базирани модели и осветление и прави процедури за производство на изображения, които са визуално и измеримо неразличими от реалните изображения. Тяхната работа е е основата на много от възможностите за осветление, които сега се предлагат в търговския софтуер. Рой аулата бе ключова за развитието на изображението Abel Image Researche, и допринесе за Renderer Wavefront (той също пише важнa книга "Осветление и цвят в генерираните компютърни изображения" публикувана от Springer-Verlag през 1989г.) Популярният Renderer Lightscape също е резултат от изследванията в Корнел.
От основаването на лабораторията тя се превръща в рамка за глобалните изследвания на ефектите на осветяване, включващи ефекта на отразяване, симулация за двищеши се обекти и визуализация на алгоритмите на дисплея. Настоящата цел е да се разрешат тези компютърни взискателни симулации в реално време чрез експерименти с процесори и специализиран хардуер. Те са постиганалина тази цел, като са се възползвали от увеличаването на мощноста на чиповете, разпределената обработка с помощта на споделени общи ресурси от памет, както и паралелизъм на ниво на алгоритми.
Изследователската дейност също така включва и намиране на начини за триизмерното моделиране на много сложни среди и нови подходи за моделиране на архитектурни проекти.
През 1991 г. Програмата на компютърната графика се премести в новия инженерен и теоритичен център сграда в колежа, сега преименуван на зала Родос в знак на почит към д-р Франк HT Родос, бившият президент на Корнел.
Също така през 1991 г., Корнел се превръща в един от петте университета, участващи в новата Национална научна фондация за наука и технологичен център за компютърна графика и научна визуализация. Тази дългосрочна работа по изследванията е създадена от Дон Грийнбърг с четири академични колеги, и той е работил тук като директор на Центъра от неговото създаване през юли 1995.
Грийнбърг получи ACM-SIGGRAPH Coons награда през 1987 г. за неговия принос към компютърната графика и интерактивните ефекти.
|
Част от този материал е взет от статия в Architecture Week за графична програма в Корнел, както и от историята на програмата на уеб сайта Крис Корнел.
Корнел и студент Марк Levoy са отговорни за системата за 2D анимация на анимационното филмово студио на Хана-Барбъра. Виж Забележка 1 по-долу.
| ||||
|
Алекс Шюре, богат предприемач от Westbury Ню Йорк, е бил заинтересован да направи пълнометражен филм, и за целта е искал да се използват компютри. През 1974 г. той се ангажира с проекта чрез създаване на лаборатория за компютърна графика (CGL) в Ню Йоркския технологичен институт (NYIT), който той основава и става негов президент. Той събират най-изтънченото студио на времето, с използване на CGI оборудването и компютри, но също така най - върхови аналогови устройства в лаборатория за специални ефекти. Той също е заинтересован от манирането на таланти, и пътува към Университета на Юта, за да ги намери. Той наел Ед Catmull (тогава в Applicon) и Малкълм Blanchard, към които скоро се присъединиха Ланс Уилямс, Фред Парк, Гарланд Стърн, и други от Юта. Той също така привлякъл и други технически специалисти и изпълнители, сред които Ралф Гугенхайм, Дейвид DeFrancisco, Alvy Рей Смит и Ед Emshwiller. Персоналът на NYIT CGL бил много плодотворен в проектирането на влиятелни софтуери през периода от 1975 до 1979 г., включително и анимационна програма Туин, програмата Paint, анимационната програма SoftCel и др. Те също са допринесли за техниките при обработването на снимки, включващи анимация, фрактали, графични композиции, картографирана текстура (прочутата MIP-Карта подход) и много други. Персоналът NYIT, най-вече Джийн Милър, Ланс Уилямс и Михаел Чоу, са отговорни за иновативната техника, наречена "карта на отраженията", която се използва за предоставяне на реализъм на обекти за телевизия и филми (например, Полет на Навигатор, Терминатор, и The Abyss). Едно от първите изображения (показан в дясно) е било направено от Чо. NYIT прави публикация по въпроса през 1982 г. и 1984 г., а през 1985 г. са използвали техниката в кратък видеоклип, озаглавен интерфейс. Програмата Paint е била продадена на Ampex и се превръща в основния компонент на системата Ampex АВА, който е бил използван от художника LeRoy Ниман, за да направи интерактивна живописта по време на Супербоул 78. Програмата оказала много силно влияние върху последващите системи, включително и системата на Lucasfilm и системите CAPS разработени за "Дисни" от Lucasfilm. Няколко видеа от NYIT са станали доста известни: Sunstone, от Ед Emshwiler, във вътрешността на Quark, от Нед Грийн, и работи, както и някои документални работи на Ребека Алън. Голяма част от усилията на NYIT са отишли в развитието на филма "The Works", който е написан от Ланс Уилямс. По много причини, включително липсата на кино експертиза, той никога не е завършен. Последователностите от текущата работа още стоят, тъй като те се явяват някои от най-изумителните анимирани изображения.
Качеството на изображения, заедно с другата работа в NYIT привлече вниманието на Джордж Лукас, който се интересува от развитието на CGI специалния механизъм за ефекти при неговата компания Lucasfilm. Той наел Top Talent от NYIT, включително Catmull, Смит и Гугенхайм, които формирали неговия отряд. Ед Catmull и Ланс Уилямс получи ACM-SIGGRAPH Coons награда през 1993 г. и 2001 г. за цялостен принос за компютърна графика и интерактивни ефекти. Уилямс също получил награда за технически постижения в 2002 г. за влиянието му в областта на компютърно генерирани анимации и ефекти за филми. Гарланд Стърн получи награда за технически постижения в 2001 г. за Cel Paint системен софтуер. Alvy Рей Смит получи ACM-SIGGRAPH Компютърна графика Ачийвмънт награда през 1990 г. за изключителен принос за компютърна графика и интерактивни ефекти. Той също така получи и награда за технически постижения в 1997 г. за неговата Paint система.
|
| ||||
 Ant от The Works | |||||
|
А Ню Йоркския офис на CGL NYIT беше създаден, за да предлага и продава на технология, разработена в Westbury. Наречен CGL, тя се съсредоточи върху нововъзникващата телевизионна реклама и промоциите за индустрията. CGL продава хардуер и лицензи към Образи и Картинки II на много места, включително на Омнибус в Торонто и JCGL в Япония.
|
| ||||
|
UNC Хенри Фукс пристигна в Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил през 1978 г., след завършване на докторска степен в Университета на Юта. Сега той е "Федерико Жил" професор по компютърни науки и професор по радиация в онкологията. Той започва в компютърната графика и обработката на изображения през 1969 година. Фукс получи 1992 Награда за Компютърна графика от ACM чна академична асоциация. Той е също ACM сътрудник. През 1980 г. преподаватели и студенти в анализа на графики и изображения в специалния изследователски център в UNC започнаха проучване на компютърни архитектури за 3D графики, които са значително по-бързи в сравнение с традиционните архитектури за приложения, които изискват висока производителност, като медицинската визуализация например. Проектът, който започна Фукс се нарича Pixel-Самолети и бе с акцент върху скалируемостта и рендерирането в реално време. Принципът на използваните техники се върти около процесора, всеки с няколко байта в собствената си памет, работещи в унисон. Всеки пиксел (снимков елемент) на екрана, е бил свързано с уникален процесор. Тъй като всеки процесор си знае X и Y координатите на екрана, системата изпраща уравнението за една линия и всеки процесор изчислява коя е страната на линията, която е подадена. Изпращането на уравнения за три линии позволява на пресмятането с процесори на точки, които са вътре в реда, както и представянето на перспективен изглед. За отразяване на светлосенките и текстурите на всеки от пикселите, е направена технология, действаща по същия бърз начин. Първата машина построена в UNC в рамките на проекта е "пиксел плейн 2". Неговата разделителна способност на екрана е 4x64 пиксела, а паметта е 16 бита за пиксел, и може да показва само няколко полигона в секунда. И все пак, дори и с тези статистики, този ранен прототип показва силата на концепцията. Pixel плей - 4 е една машина, която е масив от 512x512 процесори, работещи в синхрон. Всеки пиксел процесор има 72 бита от паметта на негово разположение. Видео изображението е било произведено директно от това, което се съхранява в тази памет, а водещия процесор се основава на чип Weitek, който е извършил първоначалните изчисления на геометрията. Тази машина може да покаже до 40 000 триъгълници в секунда. Pixel-плейн 5 решева някои от проблемите на Pixel-плейн 4. Вместо да имаедин масив от 512x512, има множество масиви 128x128 (до около 20 от тях). Всеки един от процесорите има 208 бита наличната памет на 1-во ниво, плюс 4096 бита на второ. В допълнение, вместо на един процесор, има много (до около 50) Intel i860 процесори. Вместо да се генерират видео изображение от паметта на процесорните масиви, данните бяха изпратени в отделен буфер. Така се разрешава използването на много буфери от различни видове, включително и такива с висока разделителна способност (1280x1024). В резултат на това системата постига степен да опресняване от над 2 милиона триъгълника в секунда. Следващото поколение машини, PixelFlow (PxFl), използват чифт от процесори и масиви, които работят самостоятелно, за да създават изображения въз основа на набор от триъгълници, които те имат. Частичните изображения бяха обединени в едно, подредени по дълбочина, с помощта на специална високоскоростна мрежа за композиция на изображения. Освен Pixel-Planes, UNC група работи и върху виртуалните среди и други подобни проекти. Фред Брукс, който постави началото на компютърните науки в катедра UNC през 1964 г. ръководи тази работа. Интересите на Брукс са широки, от компютърна архитектура, през взаимодействието човек - компютър, до виртуалните среди. Той е публикува на широко (той е автор на прекрасна книга, The Mythical Man Month (1975)). Той е получил много награди за дейността си, включително и Националния медал за технологии, AM Тюринг награда от ACM, Джон фон Нойман медал от IEEE, и е сътрудник ACM и IEEE. Брукс извършва изследване на реалното време, триизмерната компютърна графика и спомага за задвижването на тази област напред, движен от целта да създаде инструменти, които позволяват на учените и инженерите да се справят с проблемите рано, още на ниво проектиране. Екипът на UNC построява първата молекулярна графична система. Те разработиха няколко системи, включително и Grip, Grope и Docker.
|
| ||||
|
|
| ||||
|
Университетът в Торонто, проекта по Динамика на графиката (DGP) е основан през 1967 г. от проф. Лесли Mezei. Той се присъедини към проф. Рон Baecker през 1972 г., които измисли името Динамична графика на проекта през 1974 г., когато получи първата ни самостоятелна машина, PDP11/45 с високо-интерактивен дисплей, неофициално наречен "Графичен Уондър". Лабораторията е била предназначена да внуши на духа на мястото, и да обхваща както Компютърна графика, така и техники за динамично взаимодействие. Под ръководството на Baecker, Ален Фурние, Бил Бъкстон и Юджийн Fiume, DGP се превръща в световен академичен лидер в компютърната графика, така и във взаимодействието човек - компютър. Възпитаници на лабораторията и сега преподават във факултети на най-добрите университети в целия свят и работят в най-големите индустриални лаборатории и научните изследователски центрове. Ранните работи включват Genesys анимационна система и Shazam Smalltalk анимационна система. Един ранен анимационен филм, създаден от Baecker, наречен Sorting out Sorting, показва стойността на анимацията в учебния комплекс.
|
|||||
|
Калифорнийския технологически институт В катедра компютърни науки в Калифорнийския технологически институт стартира през 1976 г. с Робърт Кенън, тогава заместник-секретар за разработването на системи и технологии. Той организира комисия, която да търси за наемане нови хора за новия факултет, и един от първите му избори е Иван Съдърланд (който е назначен за Флетчър Джоунс професор по компютърни науки). Джим Kajiya е бил нает от Съдърланд през 1979 г., а към тях по-късно се присъединяват Ал Бар и Джим Barr Blinn, които с Kajiya формират ядрото на Кал изследвателската Техническа група в компютърната графика, която е може би най-сериозната математическа компютърна група, занимаваща се с графика в САЩ тогава. Групата, разработвала основните математически подходи за пресмятане на симулация на физически обекти. Kajiya е д-р в Юта, но области му на интерес са били езиците за високо ниво на програмиране, теоретичните компютърни науки, както и обработка на сигнали. Интересът му към компютърната графика започва през 1981 г., след като той представи доклад на национална конференция SIGGRAPH за различни начини на манипулиране на пиксела (отделни елементи снимката) за да се получи по-рязко изобразяване на символите на CRT екраните. Kajiya се среща с Ал Бар през лятото на 1983 година, когато и двамата са били лекторите на SIGGRAPH семинар за състоянието на техниката в компютърната графика. По това време Barr е бил главен изследовател на Растер Technologies, Inc и е довършвал дисертация в Rensselaer Polytechnic Institute. Той е на път да приеме позиция при факултет в Масачузетския технологичен институт, но Kajiya го убеждава да дойде в Калифорнийския технологически институт. Kajiya също се интересуваше от анизотропията, от отраженията от повърхности като плат, коса, или кожа. Те работиха по математическите методи, използвани както Kajiya ги нарича "обект - проблем", симулацията на косата, пожар, тъкани и пръски вода, както и симулиране формите и външният вид на растенията и животните. Групата също така създава 4 от 19-те успеха с принос към филма през 1985 г. Omnimax, показан на SIGGRAPH 95. Третият филм, който създават е поредица въз основа на съзвездията, със софтуер, написан от Blinn. Kajiya, с Тим Кей и Брайън фон Херцен, заедно с помощта на студенти от Арт център, имат принос от 30 секундна анимация на полет в космоса (който стана в сградата на Калифорнийския технологически корпус). 1986, Kajiya въведежда уравнението за рендер, като начин за моделиране на глобалното осветление в околната среда, произтичащи от взаимодействието на светлините и повърхностите. Предоставянето на това уравнение в различните му форми, става благодарение на основа на физически базирани прави, които дават възможност на ново ниво на реализъм. Други изследователи от Калифорнийския технологически институт, са Тимотей Кей, Андрю Witkin, Брайън фон Херцен, Дейвид Кърк, Курт Fleischer, Ronen Barzel, Дейвид Laidlaw, Джон Плат и др. Джим Kajiya получи ACM-SIGGRAPH награда през 1991 г. за изключителен принос за развитието на компютърната графика и интерактивните ефекти. Той и Тим Кей също получиха "Оскар" за технически постижения в 1996 г. за работата си в генериране на реалистични изображения на кожа и коса за филми.
|
| ||||
|
Програма за графиката на държавен университет в Северна Каролина има сравнително кратък живот, но изследвания, които бяха проведени там оказаха дългосрочно въздействие върху дисциплината. Проф. Джон Staudhammer (сега Graphics Symbolic и Geometric Computation Program at NSF) създава изследователска група в катедра "Електротехника" около 1970 г. Студентите, включени са Whitted Търнър, Ник Англия, Мери Whitton, Джеф Eastman, Марк Хауърд, Ед Трип и др. Те имаха известен успех в научните публикации и развиват някои трайни хардуерни конфигурации. Eastman, Дейв Wooten, и Трип развиват много бързо асинхронни паралелни процесори за графични операции, които са проектирани и построени в Англия по системата Ikonas, програмируем 32-битов графичен процесор (на базата на AMD 2901) и буфер ( 512x512x2 или 256x256x8), който бе публикуван в документ на SIGGRAPH 78. Staudhammer формира една компания, наречена Digitec и построява в реално време система за възпроизвеждане на кодирана рамка - буфер за CGRG в щата Охайо, а в Whitton в Англия започна работа Ikonas Graphics Systems на базата на програмируеми процесори за растерни дисплея. След като получава докторска степен от NCSU през 1978 г., Търнър Whitted заминава за Bell Labs и продължава да разтърсва света на CGI с алгоритми за изображения. Whitted също беше много инструментален в разработването на различни алгоритми за сканиране на линия, както и подходи за организиране на геометрични данни за бързо обработване на изображенията. През 1983 г., Whitted изоставил Bell Labs, за да се върне в Северна Каролина и да се установи в Числени дизайни, Ltd в Чапъл Хил. НЛД е създадена с Робърт Whitton на Ikonas графика за разработване на инструменти за 3D CGI. Ключови за развитието на НЛД са
Whitted също водеше и факултет, а през 1997 г. се присъединява към графичния отдел на Microsoft. Той е ACM сътрудник, от 1986 г. и получи SIGGRAPH Графика Ачийвмънт награда за алгоритъма му за проследяване на лъчи. В момента той е водещ контакт на отдела по графичен хардуер на "Майкрософт", където се изследват алтернативни устройства за потребителски интерфейс.
|
| ||||
|
Университет на Илинойс - Чикаго окръг Дан Sandin дойде в Университета на Илинойс в Чикаго от университета в Уисконсин през 1971 г. и развива Sandin Image Processor, който може да се мисли като визуален предтеча на Moog синтезатора. Той се присъедини следващата година към Том Defanti, който е развил Graphics Symbiosis System (GRASS), като част от докторската си работа с д-р Чък Csuri в CGRG в щата Охайо. Заедно те организираха кръг Графичен Хабитат, който беше среда за експериментална компютърна графика, видео продукция, както и образователни материали за развитие. Някои от най-важните работи в началото на хабитатите се въртят около Z Box (Z-50 процесор), който води до развитието на ZGRASS, който бе един от първите РС базирани графични системи - компютъра Bally (1981). По думите на Джейн Veeder, при условие че
Кутията има NTSC видео изход, който предоставя видеозапис и възможности на дисплея за художници. Defanti се опита да комерсиализира продукта чрез фирмата си Real Time Design, Inc. По-късно услията бяха насочни към математическа визуализация и виртуална реалност, включително среда на ПЕЩЕРА и Immersadesk. Defanti и групата в Чикаго започнаха проект за архив на всички филми и видео, показани на конференцията SIGGRAPH, в резултат на SIGGRAPH Видео Преглед (SVR). |
| ||||
|
Университета на Пенсилвания Норман Badler получи докторска степен в Университета на Торонто. Той се присъединява към Университета на Пенсилвания през 1974 г., и започна работа в Computer Graphics Research Laboratory към Information Science Department (през 1994 г. лабораторията става център за моделиране и симулация на човека). Изследвания са фокусирани върху изследванията върху човешката фигура и нейната анимация, включително и моделиране на човешката фигура, манипулация и контрол над анимацията, интуитивен потребителски интерфейс, и изчислителни връзки между език и действие. Лабораторията постигамеждународно признание за своите изследвания и по-специално за софтуер, Джак (сега на пазара като търговски продукт от Engineering Animation, Inc). Джак предоставя 3-D интерактивна среда за контролиране на съчленени цифри. С неговата способност като човека да се достига и хваща, както и със способността му да разкрива и избягва "сблъсък" с обектите си във виртуална среда, Джак може да се оживи и да изпълнява различни задачи, които инженерите могат да наблюдават и оценяват. Джак има характеристики подробно на човешки модел, който се държи реално в различни виртуални среди. Дизайнерите могат да тестват място, обхват на движение, както и други характеристики, независимо от големината на хората, тъй като той или тя ще се вмести в рамките предназначени за пространството. За пример, инженера ще използва Джак, за да определи дали е от решаващо значение разположението на инструментите в рамките на пилотската кабина, дали те попадат в обсега и са удобни за пилота, като по този начин се спестява време и разходи, в изграждането на прототипи. Други изследователи са Кари Филипс, Димитри Метаксас и др.
|
| ||||
|
Eihichiro Nakamae и неговата група в EML Университета в Хирошима в Япония, проведено проучване за осветление и атмосферното разсейване на светлината. |
| ||||
|
Назначаването на Чарлс Ийстман през 1968 г. във Факултета по архитектура и компютърни науки в университета Карнеги Мелън, постави началото на серия от научни проекти, които са основите в областта на компютърно-подпомагания архитектурен дизайн. Eastman, в Института за териториалното планиране в Карнеги Мелън, разработва система Glide с Макс Henrion и генералният космическа Planner (ОСП), софтуерна система за решаване на проблемите на космическите полети. Ийстман и Кевин Вайлер публикуваха книга за използването на операторите на Ойлер за геометрично моделиране. Следват изследователски дейности, съсредоточени върху общата схема за моделиране на сгради. Анди Ван Дам създал програма в университета Браун.
|
|||||
| През 1991 г., Националната научна фондация, финансирана от NSF Science and Technology Center for Computer Graphics and Scientific Visualization като консорциум от пет от тези важни университети (Корнел, Браун университет, Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил, в Университета на Юта, и Калифорнийския технологически институт).Оригиналът на мисията на ФНИ Центъра е да възстанови основите на компютърната графика, и тя да стане още по-важна в следващите години. Освен това, центърът е служил като експериментална база сред петте университета, свързани с видео, аудио и връзки за данни, използвани за обучение, администрация, както и за научните изследвания. Тесни връзки между членовете са повлияли на научните изследвания и са разширили експозицията на специализанти. |
 | ||||
|
Бележки 1.Корнел е студент Марк Levoy си бакалаври и магистри и работят по 2D анимацията. Неговата работа беше на системата за производство на Хана Барбъра. Както Levoy заяви в интервю през 1976 г.:
|
http://graphics.stanford.edu/ ~ levoy / sands_award.html
Корнел Прилагането на системата на Хана-Барбъра е документирано в компютърна графика през 1985 | ||||
|
|
| ||||
