1980 年代的電腦圖學 - 2

Sep 12 2009

animation

原文

Willow @ wikipedia1982 年,一位來自 NYIT(紐約技術學院)的程式設計員兼動畫師 Tom Brigham,靠著一段講述一個女人經過變形而轉化為一隻大山貓的動畫,驚動了整個 SIGGRAPH 會場,自那時起,Morphing這個技術名詞也就跟著出現了。雖然說,Morphing 這個技術是一定會成為電影或動畫產業家喻户曉、衆所周知的技術,但在當時,除了讓會場裏頭觀眾覺得嚇一跳以外,就一直沒有被重視,直到數年後,於 1987 年,由 LucasFilm 在一部叫 Willow (Wikipedia, Lucasfilm) 的電影裏頭使用了這個技術,把一位女巫變成一連串的動物,然後最後又變為人形起,Morphing 才慢慢受到重視。

Willow is a 1988 fantasy adventure film directed by Ron Howard and produced/co-written by George Lucas. Warwick Davis stars in the film, as well as Val Kilmer, Joanne Whalley, Jean Marsh and Patricia Hayes. With a sword and sorcery setting, Davis stars as the eponymous lead character and hero Willow, a reluctant Nelwyn (halfling) farmer who plays a critical role in protecting a special baby from a tyrannical queen.

1983 年,Scott Fischer, Brenda Laurel, Jaron Lanier 和 Thomas Zimmerman 這四個人當時在 Atari Research Center(ARC)(譯注:當時的 Atari 就有研發中心了,真是先進的遊戲公司呀)工作,裏頭的 Jaron Lanier 開發了一套叫 DataGlove 的系統。DataGlove 是一個像手套一樣的裝置,上頭有一些機制裝置,透過它,可以把一隻手的動作轉成訊號傳給電腦,然後再進行分析與加以使用,像是可以使用 DataGlove 來模擬手部的動作、操作遠端的機器手臂,或是在虛推的 3D 環境裏頭抓取一個東西。1985 年他離開原來的公司,與 Jean-Jacques Grimaud 成立了一家叫 VPL Research 的公司,開發一些虛擬實際的產業。透過 DataGlove 與一個由 MIT 的學生 Zimmerman 開發的空氣吉它(Air Guitar),實現出了第一套虛擬吉它出來。

1984 年,AT&T 成立了一個 Electronic Photography and Imaging Center (EPIC) 中心,並且針對 PC 開發了一個顯示設備出來,之後,EPIC 開始販賣一個代號 TARGA 的顯示卡供 PC 使用,自那時起,個人電腦的使用者有機會在 32bit 的彩色環境下工作了。同時,EPIC 還發佈了一個叫 TGA(Targa)的檔案格式來。(譯注:Targa 在 1980 年代發表時,檔案格式非常的簡單,其實就是顯示卡裏頭的像素內容加上一點點標頭而已,有點像是把整個顯示卡裏頭的記憶體 copy 一份成檔案而已。因為 Targa 簡單,直接對應到記憶體的樣貌,很快獲得很多軟體的支援,也大量地在接下來的軟體與遊戲中被採用,所以一路紅到現在。撇開這個因素,其實 Targa 是個非常陽春的格式,與 BMP 幾乎沒啥兩樣,但因為它紅太久了,電視產業也都一路使用它來交換影像,到現在都還是如此。事實上,太極影音的委製部分至今也還在用 Targa 檔!)

接下來,發生了件影響非常深遠的事。

早期的電影動畫公司,像是 Triple-I, Digital Productions, 或是 Lucasfilm,這些公司的工作過程,幾乎完全仰賴自行開發的工具軟體,而這個情況在 1984 年有了改變。當時在加州的 Santa Barbara,一家叫 Wavefront 的公司成立。Wavefront 是一家軟體公司,開發了第一套商業用的動畫軟體。這套軟體的成功,造成了未來電影動畫產業的一個改更,同時預告了,這個產業的軟體將有專門的公司開發,不再需要什麼事情都從無到有獨立開發了。

Cornell Box @ Wikipedia1984, 由康乃爾大學(Cornell University)的 Cindy Goral, Don Greenberg 和其它人,共同發表了一篇 Modeling the Interaction of LIght Between Diffuse Surfaces 的論文。這篇論文描述了一個叫Radiosity的演算法,它借了來自「模擬熱能在空間中的狀況」的想法,來處理光在空間中的傳遞與分佈,然後最後再計算出最後的結果。聽起來本質中和 ray tracing 沒什麼差別,事實上,要一兩句話來介紹的話,的確是無法很漂亮地將他們兩分分隔開來。

Ray tracing 的作法是,透過從鏡頭的角度射出去的 ray,偶爾加上來自光源射出來的 ray,經過一系列的反射與折射,最後算出結果來;Radiosity 完全不考慮鏡頭的位置,由光源出發,使用 Finite Element 的方法來計算能源的分佈情況,是以一種像是統計學的方式在運作,等最後算到一個程度後,再把鏡頭放進來,然後去看空間中每一個小區塊(非常的小,小到投影到 screen 上可能只有一個 pixel)上頭的能量是多少,然後得出顏色來。

Ray tracing 適合處理 deterministic effects,像是比較正確而清楚的影子與反射;而 Radiosity 則擅長於處理比較不明確(統計上)的效果,像是做出漂亮的 ambient occlusion 結果、模糊的陰影與 shading。是以,比較成熟的 renderer,都是同時使用兩種方法,來做到混搭的結果。(事實上,現在比較成熟的 renderer,全部都是混搭。)

The Cornell Box is a test aimed at determining the accuracy of rendering software by comparing the rendered scene with an actual photograph of the same scene. It was created by Cindy M. Goral, Kenneth E. Torrance, Donald P. Greenberg, and Bennett Battaile at the Cornell University Program of Computer Graphics for their paper Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces published and presented at SIGGRAPH‘84.

1986, 在加拿大蒙特利(Montreal, Canada)的 Daniel Langlois,成立了 Softimage 的公司,隨後,隔年他應徵了幾位工程師來開發他理想中的商業 3D 軟體。最後,在 1988 年(譯注,短短三年不到)於 SIGGRAPH 會場(Atlanta, Georgia)發表了同名軟體 Softimage,這個軟體在接下來的幾年,Softimage 在歐洲世場大紅大紫,然後於 1993 年左右,整個產業使用了 1,000 套左右。(譯注,不過他們那時可能沒料想到,同樣在美西的後起之秀 Maya 會成為他們最大的勁敵)

接著,這個產業發生了件大事,有關產業惡意併購然後最後倒閉的,這部分就跳過吧。

大約在這段時間,Lucasfilm 的狀況有點複雜。Lucasfilm 的電腦圖學部門(譯注:Ed Catmull 等人待的地方)打算開始進行下一步,製作一部院線片長度的影片出來,然後同時,ILM(Lucasfilm 原有的技術部門,但他們當時其實沒什麼電腦技術可言,有的反而是比較多的傳統膠捲的技巧。)也開始對電腦圖學感興趣,想試試它的潛力可以到哪種程度。對於當時的 Lucas 來說,他覺得他的一整個公司變得有點複雜了(除了電腦圖學部門與 ILM、Lucasfilm 還有很多相關部門),他打算回歸到比較純脆的電影人的公司。於是當 Ed Catmull 等人提出,他們想獨立出來,以另一家公司的形式執行業務時,Lucas 很爽快地答應了。

接著,Pixar 花了約莫一年或更久一點的時間,自 ILM 分家出來,條件是,Lucasfilm 得以繼續使用 Pixar 的 rendering 技術。之後,Pixar 分家出來後,眾所皆知地,Steve Jobs 成了最大的股東(majority stockholder)、Ed Catmull 成了公司的總理/總經理(president),而鬼才 Alvy Ray Smith 則是副總。Pixar 持續投入人力(其實也很少,因為他們後來還是得接接一些案子,賣賣機器,做些有的沒的來維持生計…)在他們的 renderer,最後,這個 renderer 成了 Renderman。

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