Історія комп'ютерної анімації

Історія комп'ютерної анімації бере свій початок в 1940—1950 роках, коли дослідники почали експериментувати в області комп'ютерної графіки, найбільш значним був внесок Джона Вітні. Але справжній розквіт відбувся у 60-х роках завдяки поширенню комп'ютерів. Спочатку комп'ютерна графіка використовувалася здебільшого для наукових, інженерних та інших науково-дослідницьких цілей, трохи згодом, у середині 1960-х років почалися мистецькі експерименти. Вже на середину 70-х років багато з напрацювань почали застосовувати у засобах масової інформації. Більшість комп'ютерної графіки, яка використовувалась у цей час, була 2-вимірною. Проте зі зростанням потужності комп'ютерів, зростав реалізм 3D-анімації. На кінець 1980-х років в кіно почали з'являтися фото-реалістична 3D-анімація. Вже у середині 90-х років було пройдено точку, коли 3D-анімацію можна було використовувати для повного циклу виробництва художнього фільму.

Піонери 1940-х — середини 1960-х років

Джон Вітні

Джон Вітні (1917—1995) американський аніматор, композитор і винахідник, вважається одним з батьків комп'ютерної анімації[1]. У 40-х і 50-х роках разом зі своїм братом Джеймсом створили серію експериментальних фільмів зроблених за допомогою пристрою, розробленого на основі старих аналогових протиповітряних комп'ютерів (Kerrison Predictor), з'єднаних сервомеханізмами для управління рухом вогнів та освітлених предметів — це перший приклад зйомки з контролем руху. Одна з найвідоміших робіт Вітні цього раннього періоду була анімація для фільму Альфреда Хічкока «Запаморочення»[2], над яким він співпрацював із графічним дизайнером Солом Бассом. У 1960 році Вітні заснував свою компанію Motion Graphics Inc, яка в значній мірі була зосереджена на виробництві титрів з назвами для кіно і телебачення, та продовжували експериментальну роботу. У 1968 році його новаторська техніка управління рухом камери була використана у фільмі Стенлі Кубрика «Космічна одіссея» 2001 року, а також для методу фотозйомки slit-scan, яка використовується у фіналі фільму «Зоряні ворота». Джон Вітні помер в 1995 році.

Bell Labs

Bell Labs в Мюррей-Гілл, штат Нью-Джерсі, був провідним науковим центром розробки комп'ютерної графіки, анімації та електронної музики з моменту її зародження на початку 1960-х років. Чисельними розробками компанія Bell Labs завдячує своїм колишнім співробітникам: Едварду Заяку, Майклу Ноллу та Кену Ноултону.

В 1963 році Е. Заяк створив один з перших згенерованих комп'ютером фільмів A Two Gyro Gravity Gradient System в Bell Labs, який демонстрував роботу штучного супутника відносно Землі[3].

Кен Ноултон розробив систему анімації BEFLIX (Bell Flicks) в 1963 році, яка була використана для виробництва десятків художніх фільмів[4]. Замість опрацювання лише коду, Beflix працював з використанням простих «графічних примітивів», таких як: намалювати лінію, скопіювати область, заповнити область, збільшити площу, тощо.

У 1965 році Майкл Нолл створив згенеровані комп'ютером стереографічні 3D-фільми, в тому числі балет дерев'яних фігур, що рухалися на сцені[5]. Також варто зазначити, що деякі фільми Майкла Нолла також показували чотиривимірні гіпер-об'єкти, які проектувалися на три виміри[6]. Близько 1967 року Нолл застосував техніку 4D-анімації для створення комп'ютерних мультиплікаційних послідовностей комерційного фільму «Неймовірна машина» (Incredible Machine, виробництва «Bell Labs») та спеціальної телевізійної програми «Невияснене» (The Unexplained, продюсер Уолт ДеФарія)[7]. В цей час також було здійснено багато проектів в інших сферах.

Вільям Феттер

У 1960-х роках Вільям Феттер працював графічним дизайнером Boeing у Вічиті, і йому приписують введення фрази «Комп'ютерна графіка», для описання того, що він робив у Boeing у той час (хоча сам Феттер вважав це досягненням Верна Хадсона)[8][9]. Робота Феттера 1964 року включала в себе розробку ергономічних описів людського тіла, які є точними і пристосованими до різних середовищ, це призвело до появи перших 3D-анімованих фігур «каркасна модель»[10][11]. Такі людські фігури стали одним із найбільш знакових образів ранньої історії комп'ютерної графіки, часто їх називали «людиною Боїнга». Феттер помер у 2002 році.

Айван Сазерленд

Айвен Сазерленд вважається основоположником інтерактивної комп'ютерної графіки. Він працював в лабораторії Лінкольна в Массачусетському технологічному інституті (Массачусетський технологічний інститут) в 1962 році, де він розробив програму під назвою Sketchpad I, який дозволяв користувачеві взаємодіяти безпосередньо із зображенням на екрані. Це був перший графічний інтерфейс користувача, і вважається одним з найвпливовіших комп'ютерних програм, написаних коли-небудь фізичною особою[12].

Середина 1960-х до середини 1970-х

Університет штату Юта

В цей період Юта була головним центром комп'ютерної анімації. В 1965 році, за участі Девіда Еванса, тут було створено факультет інформатики, в якому були розроблені базові технології комп'ютерної 3D-графіки на початку 70-х років завдяки фінансуванню АRPA. Серед результатів досліджень були: затемнення по Гуро, по Фонгу та по Бліну, текстурування, алгоритми визначення невидимої поверхні, розбиття викривленої поверхні, зображення лінії у реальному часі та апаратне забезпечення для растрових зображень, а також ранні роботи з віртуальною реальністю[13]. Як пише Роберт Рівлін (англ. Robert Rivlin) в книзі 1986 року The Algorithmic Image: Graphic Visions of the Computer Age: «майже кожна впливова людина сучасної спільноти комп'ютерної графіки або пройшла через університет штату Юта, або якось контактувала з ним».[14]

Evans & Sutherland

У 1968 році Айвен Сазерленд об'єднався з Девідом Евансом (англ. David Evans), щоб створити компанію Evans & Sutherland. Обидва були професорами кафедри комп'ютерних наук університету штату Юта. Компанія була створена для виробництва нового обладнання, призначеного для роботи систем, які розроблялися в університеті. Багато з алгоритмів були пізніше втілені у різному визначальному апаратному забезпеченні, це — геометричний конвеєр, дисплей з кріпленням до голови, кадровий буфер та авіаційний тренажер[15]. Більшість співробітників були нинішніми або колишніми студентами, серед них був Джим Кларк (англ. Jim Clark), який заснував Silicon Graphics у 1981 році, Едвін Кетмелл, який став спів-засновником Pixar у 1979 році, та Джон Варнок, спів-засновник Adobe Systems у 1982 році.

Перший комп'ютерний анімаційний персонаж — Микола Константінов

У 1968 році група радянських фізиків і математиків з М. Константіновим створила математичну модель руху кота. На комп'ютері БЭСМ-4, вони розробили програму розв'язання звичайних диференціальних рівнянь для цієї моделі. Комп'ютер надрукував сотні кадрів на папері, використовуючи символи алфавіту, які були впорядковані у послідовність кадрів першої комп'ютерної анімації — кота, який йде[16][17].

Перша цифрова анімація у художньому фільмі

Першим анімаційним фільмом, який застосував цифрову обробку зображень став фільм «Дикий Захід» 1973 року. Це був науково-фантастичний фільм, написаний режисером-постановником Михайлом Кріктоном, в якому люди-роботи живуть серед людей[18].

Зображення кінематографічного блоку було виконано за допомогою смуглого процесу техніколор для кольорового відокремлення кожного кадру вихідних зображень, потім сканування їх для перетворення у прямокутні блоки відповідно до його значень, та, нарешті, виведення результату назад у плівку. Цей процес висвітлюється в статі американського кінематографіста «За лаштунками Дикого Заходу»[19].


Середина 1970-х до 1980-х років

Рання 3D-анімація у кіно

Перше використання каркасних 3D-зображень у кінотеатрі було продовженням до «Дикого Заходу», Futureworld (режисер Річард Хефрон, 1976). Ця картина була створена тодішніми аспірантами університету штату Юта: Едвіном Кетмеллом та Фредом Парке, які вперше з'явились у своєму експериментально-короткометражному фільмі «Комп'ютерна анімація рук» 1971 року[20]. Короткий мультиплікаційний фільм «Great», який отримав Оскар, знято про життя вікторіанського інженера Ісамбарда Кіндома Брунеля 1975 року містить «коротку послідовність» обертової моделі каркаса остаточного проекту Брунеля — залізного парового корабля SS Great Eastern. Ще одним фільмом, який використовував цю технологію, був «Зоряні війни» (1977), написаний Джорджем Лукасом із зображенням каркасних кадрів у сценах із планами Зірки-смерті.

Волт Дісней у фільмі «Чорна діра» 1979 року використовував каркасне зображення для ілюстрації чорної діри, застосовуючи обладнання інженерів Діснея. Того ж року науково-фантастичний фільм жахів «Чужий» режисера Рідлі Скотта також використав графічну модель каркасної рамки, щоб зробити навігаційні монітори на космічному кораблі. Кадри були зроблені Коліном Емметтом у комп'ютерній лабораторії «Атлас»[21].

Нельсон Макс

Ліверморська національна лабораторія в Каліфорнії в основному відома, як центр наукових досліджень високого рівня, головною метою якої було досягнення значних успіхів у комп'ютерній анімації. Нельсон Макс, який приєднався до Лабораторії в 1971 році, створив серію «реалістичних» анімаційних молекулярних моделей, які продемонстрували майбутню роль CGI у науковій візуалізації («CGI» = Комп'ютерно-створені зображення)[22]. Його наукові інтереси були зосереджені на реалістичності зображень природи, молекулярної графіки, комп'ютерної анімації та 3D-наукової візуалізації. Пізніше він працював директором комп'ютерної графіки для павільйонів Fujitsu на виставках 85 та 90 в Японії[23][24].

NYIT

Лабораторія комп'ютерної графіки (CGL) при Нью-Йоркському технологічному інституті (NYIT) була створена заможнім підприємцем Алексом Шуре (англ. Alex Schure) у 1974. Він зібрав найвишуканішу студію того часу з сучасними комп'ютерами, а також найняв експертів-технологів та художників для керування нею — Едвін Кетмелл, Малкольм Бланшард, Фред Парке (всі вони зі штату Юта) та інші представники з усієї країни — Ральф Гуггенхайм, Елві Рей Сміт та Ед Емшвіллер. Наприкінці 70-х років були зроблені численні інноваційні вклади в техніку візуалізації зображень та у підготовку впливових програм, включаючи анімаційну програму Tween, програму для малювання Paint та анімаційну програму SoftCel. Останній фільм, написаний Ленсом Вільямсом у 1978 році мав стати першим повнометражним фільмом CGI, але він так і не був завершений, хоча трейлер до нього показали на SIGGRAPH у 1982 році. У ці роки лабораторію NYIT CG розглядали, як провідну групу досліджень і розробок комп'ютерної анімації у світі[25][26].

На якість роботи NYIT звернув увагу Джордж Лукас, який був зацікавлений у розробці спеціальних засобів CGI у своїй компанії Lucasfilm. У 1979 році він набрав групу найталановитіших людей з Нью-Йорку, включаючи Кетмулла, Сміта та Гуггенхайма, щоб утворити власний підрозділ, який пізніше від'єднався під назвою Pixar, профінансований у 1986 році співзасновником Apple Inc. Стівом Джобсом.

Фреймбуфер

Фреймбуфер — графічний екран, який налаштований буфером пам'яті, що містить дані для повного екранного зображення. Як правило, це прямокутний масив (растр) пікселів. Значення кольорів, що зберігаються у пікселях, можуть бути від 1-бітових (монохромний), до 24-бітових, а також 32-кольорові. Раніше всі графічні дисплеї були векторними (простежують прямі лінії від однієї координати до іншої). У 1948 році на комп'ютері «Манчестер Бебі» було використано трубку Вільямса, де 1-бітний дисплей також був пам'яттю. Ранній (можливо перший відомий) приклад фреймбуфера був розроблений в 1969 році Майклом Ноллом в Bell Labs. Ця рання система мала всього 2 біти, що дало їй 4 рівня сірого масштабу. Пізніше дизайн мав колір, використовуючи більше біт. Лаурі Шпігель реалізувала просту програму з фарбою в Bell Labs, що дало можливість користувачам «малювати» одразу на фреймбуфер[27].

Розробка мікросхем напівпровідникової пам'яті (пам'ять металевих оксидів-напівпровідників), особливо мікросхем високої щільності DRAM (динамічна пам'ять з випадковим доступом) з принаймні 1 кб пам'яті, зробила практичним створення цифрової системи пам'яті зі здатністю кадрів зберігання відеозображення стандартної чіткості (SD)[28][29].Це призвело до розвитку системи SuperPaint у Xerox PARC протягом 1972—1973 роках[28]. Він використовував рамбуфер, що відображає 640 × 480 пікселів (стандартна роздільна здатність NTSC) з восьми бітною глибиною (256 кольорів). Програмне забезпечення SuperPaint містило всі необхідні елементи пізніших пакетів фарб, дозволяючи користувачеві малювати та змінювати пікселі, використовуючи палітру інструментів та ефектів, і тим самим роблячи це першим повним комп'ютерним апаратним та програмним рішенням для малювання та редагування зображень. Кадрбуфер SuperPaint також може використовуватися для зйомки вхідних зображень із відео[30][31].

Перший комерційний фреймбуфер був виготовлений у 1974 році компаніями Evans & Sutherland. Він коштував близько 15 000 доларів з роздільною здатністю 512 на 512 пікселів у 8-бітному відтінку сірого кольору і добре продається дослідникам графіки без ресурсів для створення власного фреймбуфера[32]. Трохи пізніше NYIT створив перший повнокольоровий 24-розрядний кадрбуфер RGB, використовуючи три рамбуфери Evans & Sutherland[25].

У 1975 році британська компанія Quantel, заснована в 1973 році Пітером Майклом[33], випустила перший комерційний повнокольоровий кадрбуфер, Quantel DFS 3000. Вперше він був використаний у 1976 році під час трансляції по телебаченню Олімпіади в Монреалі для створення картинки в картинці олімпійського палаючого факела, а на іншій частині був зображений бігун, який заходить на стадіон. Саме технологія Фреймбуфер послужила основою майбутнього розвитку цифрових телевізійних продуктів[34].

До кінця 1970-х років в персональних комп'ютерах (таких як Apple II) стало можливим розміщення низькокольорових фреймбуферів. Однак, лише в 1980-х роках відбулася справжня революція в цій галузі, і фреймбуфери, здатні вмістити стандартне відеозображення, були включені в автономні робочі станції. Фреймбуфери з часом стали стандартом для всіх персональних комп'ютерів.

Примітки
  1. SIGGRAPH Whitney Profile page (retrieved 20 April 2012)
  2. Alex Through the Looking-Glass: How Life Reflects Numbers and Numbers Reflect Life
  3. Edward Zajac on CompArt database (retrieved 2012/04/20)
  4. Knowlton, K. C., «Computer Generated Movies», Science, Vol. 150, (November 1965), pp. 116—1120.
  5. Noll, A. Michael, «Computer-Generated Three-Dimensional Movies», Computers and Automation, Vol. 14, No. 11, (November 1965), pp 20-23.
  6. Noll, A. Michael, «A Computer Technique for Displaying n-Dimensional Hyperobjects», Communications of the ACM, Vol. 10, No. 8, (August 1967), pp 469—473.
  7. Noll, A. Michael, «Computer Animation and the Fourth Dimension», AFIPS Conference Proceedings, Vol. 33, 1968 Fall Joint Computer Conference, Thompson Book Company: Washington, D.C. (1968), pp. 1279—1283.
  8. University of Washington History: William Fetter (retrieved 2012/04/20)
  9. http://www.elysiuminc.com/gpdis/2014/DX28_Boeing-Kasik-Senesac-Visualization-DX-Open.pdf Boeing-Wichita
  10. Something worth seeing. Boeing Innovation Quarterly. Boeing. November 2017. Процитовано 9 квітня 2019. «In 1964, William Fetter, a Boeing technical illustrator, created the first digital model of a human body to evaluate engineering designs for ergonomic quality. Exploring reach and visual field issues, he plotted a series of individual models of “The Boeing Man,” which later came to be known simply as “Boeman,” and produced early computer animation sequences.»
  11. William Fetter's Boeing Man. Boeing Images. Boeing. Процитовано 9 квітня 2019. «William Fetter (1928-2002), a Boeing art director, was the first person to draw a human figure using a computer. This figure is known as the "Boeing Man." In 1960, Fetter coined the term "computer graphics" in a description of his work on cockpit design for the Boeing Company.»
  12. Sketchpad: A man-machine graphical communication system (retrieved 2012/04/22)
  13. Utah — Computer Graphics history (retrieved 2012/04/22)
  14. The algorithmic image: graphic visions of the computer age, Harper & Row Publishers, Inc. New York, NY, USA 1986. ISBN 0914845802
  15. Evans and Sutherland history page (retrieved 2012/04/22)
  16. КОНСТАНТИНОВ, Н. Н.; МИНАХИН, В. В.; ПОНОМАРЕНКО, В. Ю. (1974). [Program simulating MECHANISM And drawing a CARTOON ABOUT IT] |trans-title= вимагає |title= (довідка). Проблемы кибернетики (Problems in Cybernetics) (Russian) (28): 193–209. Процитовано 27 лютого 2014. Проігноровано невідомий параметр |script-title= (довідка)
  17. Kitty. - N.Konstantinov.. youtube.com. 7 квітня 2007. Процитовано 27 лютого 2014.
  18. A Brief, Early History of Computer Graphics in Film Архівовано 2012-07-17 у Wayback Machine. Larry Yaeger, 16 August 2002 (last update, retrieved 24 March 2010)
  19. American Cinematographer 54(11):1394-1397, 1420—1421, 1436—1437. November 1973.
  20. Pixar founder's Utah-made Hand added to National Film Registry. The Salt Lake Tribune. 28 грудня 2011. Процитовано 8 січня 2012.
  21. «My Work on the Alien», Bryan Wyvill (retrieved 30 June 2012)
  22. Nelson Max, «Turning a Sphere Inside Out», International Film Bureau, Chicago, 1977 (video)
  23. Nelson Max, University of California, (retrieved 27 July 2012).
  24. «A History of Sphere Eversions» — Turning a sphere inside out, (retrieved 27 July 2012).
  25. Brief History of the New York Institute of Technology Computer Graphics Lab (retrieved 30 June 2012)
  26. A compilation of NYIT images and information can be found on Paul Heckbert's site(retrieved 30 June 2012)
  27. A. Michael Noll, «Scanned-Display Computer Graphics», Communications of the ACM, Vol. 14, No. 3, (March 1971), pp. 145—150.
  28. Richard Shoup (2001). SuperPaint: An Early Frame Buffer Graphics System (PDF). Annals of the History of Computing. IEEE. Архів оригіналу за 12 червня 2004.
  29. Goldwasser, S.M. (June 1983). Computer Architecture For Interactive Display Of Segmented Imagery Computer Architectures for Spatially Distributed Data. Springer Science & Business Media. с. 75–94 (81). ISBN 9783642821509.
  30. Dealers of Lightning: Xerox PARC and the Dawn of the Computer Age, 1999, Michael A. Hiltzik, HarperBusiness, ISBN 0-88730-891-0
  31. Richard Shoup personal website — The SuperPaint System (1973—1979) Архівовано 2015-09-01 у Wayback Machine. (retrieved 20 August 2012).
  32. «Company: Evans and Sutherland Computer Corporation», at Computer History Museum, California (retrieved 20 August 2012).
  33. «Radiohead», biography of Sir Peter Michael, by Darius Sanai, The Independent, 27 September 2000 (retrieved 24 August 2012)
  34. Quantel company web site (retrieved 24 August 2012).
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.