1960 年代的電腦圖學

Jul 5 2009

animation

原文:HISTORY OF COMPUTER GRAPHICS – 1960~1969

電腦圖學(Computer Graphics)的出現,全來自於一位當時 MIT 的學生 – Ivan Sutherland。Sutherland 在 1961 年開發出一套叫 Sketchpad 的電腦繪圖程式。Sketchpad 允許使用者透過一個叫光筆(light pen)的東西,在電腦螢幕上畫一些簡單的圖形,同時提供存檔與日後的讀取。(譯注:略過不有趣的光筆介紹)

Sutherland 的 Sketchpad 這個程式,很巧妙地把一些圖學的問題給解決掉了,即便現在,很多電腦圖學的界面與使用方式,都是借鏡於 Sketchpad 而來的。(譯注,我想原因之一是,它是史上第一個公開的繪圖軟體,另一方面,那時侯的 HCI 也才剛發跡。)舉個例子來說:如果有個人想要畫一個正方形的話,他(她)並不需要擔心如何畫好那四條線,而是透過滑鼠,指定左上角與右下角,或是直接透過可以輸入的界面輸入位置與大小,然後由程式幫他(她)畫出一個完全的正方形來。(譯注,這個想法在 1961 年就有了!)另一個例子是,Sutherland 把畫的內容當成一個個的物件,所以你可以針對每個你畫過的東西做處理。舉個例子,你可以只放大一個輪胎而不去影響到車身的其它部位,反之亦然。(譯注,這也可以說是巧合,因為那個年代的電腦圖學,因為硬體上的設計與限制,所以只提供向量圖學,所以就比較容易發展出以物件來處理的概念了。)

(譯注,跳過這一段闡訴有關向量與點陣之間的差異。)

又,1961 年,另一位 MIT 學生 – Steve Russel 創造了堪稱史上第一套(或至少是最早的幾套之一)電腦遊戲 – Spacewar。是在 DEC PDP-1 這套電腦系統上開發出來的。(譯注,PC 個人電腦還沒問世)Spacewar 非常的成功,而且被其它很多 PDP-1 的使用者/開發者(譯注,我猜大部分是 MIT 的教職生)拿去用(兼玩)。DEC 這家公司的一些工程師甚至拿他來當作電腦系統的測試程式之一,後續出產的 PDP-1 都會先跑過 Spacewar 然後做一些分析! 當然了,Spacewar 也跟著賣出去的 DEC 系統一併賣給顧戶了。(譯注,這算是非常早的 hardware bundle software 的案例了,而且 bundle 的還是遊戲,而不是 OS!)

接下來的兩三年,非常多的研究機構,公司也都利用電腦繪圖來製作了不少影片(更精確一點的說法,是一些會動的畫面,但內容與我們現在想的,有故事劇情的影片,是截然不同的。)像是來自 Bell Telephone Laboratory 的工程師,就利用電腦展現了一些像是牛頓力學的模擬(這很有可能是 particle system 第一次在電腦圖學界上出現的樣貌)。然後波音航空(Boeing Aircraft)的技術人員則是製作了兩段模擬用的影片:一段是阻泥的流體模擬;另一段是衝擊波的模擬。

1966 年,Ralph Baer 製作出了一套叫 Odyssey 的家用電腦遊戲系統出來,隨後賣給了 Magnavox,而有了 Magnavox Odyssey 這一套家用電腦遊樂器問世。(譯注:比任天堂還早的遊樂器系統還來得早,事實上,任天堂是後來這套系統在日本的代理商,不過它選擇不發行這一個系統,而是自行設計一套,而這也間接造就出後來的宮本茂大師出現。最後我們都曉得,任天堂成了世界知名的遊戲公司。)

1966 年,Sutherland 又完成了一件非常偉大的事,他設計發明出了史上第一套頭戴式顯像系統(Head-Mounted Display, HMD),取名為 The Sword of Damocles。這個系統是一個像頭盔的東西,戴在頭上,眼睛前頭會有兩塊顯示螢幕,可以分別顯示不同的畫面。當時只能秀一些 wireframe 的簡單幾合,但因為兩眼的訊號分開來的,所以可以做到立體視覺!!(譯注,也就是說,Sutherland 的功績在他剛畢業時,就很可怕了。先是他開創了 Computer Graphics 這個領域的可能性給世人;同時他也秀出了第一套電腦繪圖系統來;接著,他還發明了 HMD,間接地帶起了 Virtual Reality, Augmented Reality;喔,對了,他同時是繪圖板的先驅~)

1968 年,猶它大學(University of Utah)邀請了 Dave Evans 成立資訊系所,Evans 那時腦子裏最最感興趣的,就是 Computer Graphics 了,也因此,Utah 成立了世界第一個針對 CG 的學術研究單位。(譯注,這也造就了之後 Utah Teapot 的出現)

1967 年,Evans 邀請了 Sutherland 到猶它大學參與資訊學院,Sutherland 在那邊讓它的 HMD 更佳地完備了。20 年後,美國航太總署(NASA)將會重新發現 HMD 這個技術在虛擬實際中的重要性,同時將之發揚光大。Sutherland 與 Evans 在猶它這段時間,前前後後擔任非常多家公司的電腦圖學技術顧問,他們從中發現,當時缺乏一個有力而確實的圖學硬體公司,於是他們兩個人開始思考起創立一間公司,而這就是後來的 Evans & Sutherland

1970,猶它大學資訊系來了一位學生,他修了 Sutherland 的電腦圖學課。這個學生才剛從波音航空出來,當時他正在準備他的學位論文,主題與物理有關。這個學生的生長背景很有趣,他出身在 Disney 大本營的地區,從小就愛死了 Disney 那一套美侖美幻的動畫,但是他很快就發現他一點兒都沒有繪畫的天份,一點兒都沒有,真的。但就在修 Sutherland 的電腦圖學課中,他(連同其它人)發現到,製作動畫對電腦來說,可能是一件非常順理成章,很自然的事! 這個學生想參與這個計畫,成為未來使用電腦來創造動畫的成員之一。這個學生的第一個動畫是他自己做的,他做了一段他自己的手張開再合起來的動畫,他自己的手。最後,因為猶它大學在 Evans 與 Sutherland 的大力推行下,成了全美的圖學重鎮,於是這位學生,連同很多學生都加入這裏,追求他們的夢想。這個學生,就是未來創立了 Pixar 的 Ed Catmull。同期還有像是 SGI 的創辦人Adobe 的創辦人,都師法於這裏。

這時期,在猶它大學資訊系裏頭,最最重要的發展,莫過於是 hidden-surface 演算法了。

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