Компьютерная графика началась с точки, и у этой точки было имя: Пинхолл. Так мы назовём крошечный просвет в тёмной стене, пропускающий свет.
Два открытия физики являются фундаментом современной компьютерной графики: это удивительная камера обскура и изменение свойств некоторых веществ на свету
Небольшое отверстие может действовать как линза, фокусируя свет.
Долгое время считалось, что современные художники каким-то образом сильно уступают потрясающим мастерам прошлого, таким, как, к примеру, - Ян ван Эйк, - считая, что нынешние не способны так же точно выстраивать перспективу, интерьеры в деталях, лицо человека в три-четверти, а тело в пространстве.
Исследователь искусства Дэвид Хокни выдвинул гипотезу о времени появления в Европе первых оптических устройств, используемых художниками.
Как будто внезапно все стали лучше рисовать, случилось это почему-то в 1420 году, судя по датировкам картин.
В сети встречается утверждение, что Леонардо да Винчи написал трактат о применении первых оптических трюков, а также, разумеется, использовал их сам, но, возможно в силу того, что это была информация явно "для внутреннего пользования", посвящённые не раскрывали своих тайн публике.
BBC сделали об этом фильм. На восьмой минуте Дэвид Хокни говорит, какой именно прибор использовали художники во второй половине XVI века ещё до появления фотографии, - это camera lucido: оптический прибор, преобразовывающий поток света в горизонтальную проекцию; разновидность camera obscura.
Wikipedia сообщает, что знание об этом эффекте намного древнее, чем мы думаем. Конечно, китайцы всё знали об этом ещё в пятом веке до нашей эры. А в одиннадцатом веке арабский учёный Ибн аль-Хайсам (Альхазен) из Басры использовал маленькое отверстие в стене для наблюдения затмения солнца.
Тема интересная, но я оставляю вам возможность покопаться в ней самостоятельно. Может быть, - даже поставить опыт. А нам надо отметить то, что история компьютерной графики и история фотографии в этом явлении берут своё начало.
Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.
Свет
Свет в физической оптике — электромагнитное излучение, которое человек способен воспринимать, длина волны воспринимается как цвет.
Итак, первый компонент в истории компьютерной графики, - свет. Ну, а как его причуды закрепить? На светочувствительном материале, конечно. А есть такой материал?
На то, чтобы сопоставить одно наблюдение с другим, у человечества ушло изрядно времени. Кроме того, похоже, затемнение серебряной пасты на свету периодически открывали заново разные люди в разное время, но до появления фотографии дело как-то не доходило.
Вторым компонентом стало свойство некоторых веществ меняться под воздействием света.
Считается, что первым, кто доказал, что вещества могут быть светочувствительными, был Альберт Великий, учитель Фомы Аквинского, философ и богослов, комментатор Аристотеля. Ему приписывают в том числе и эксперименты с химическими веществами, включая нитрат серебра.И было это точно до 1280 года, когда он умер.
Четыре с лишним века об изменениях серебра на свету, похоже, никто не вспоминал, но вот...
В 1717г, в Германии разносторонне - образованный учёный-универсал Johann Heinrich Schulze . продемонстрировал,
что затемнение пасты из мела, азотной кислоты и серебра происходит не по причине нагревания, а по причине воздействия света. Для опыта была взята бутылка, смесь, которой она была обмазана , трафарет с прорезаными буквами, котрые предоставили солнечному свету.
К сожалению, всё это осталось лишь в описании.
В 1717 году фотография ещё не появилась, но немцы считают, что именно с Генриха Шульце началась фотография. Но потребовалось ещё сто лет, и французы объявили о создании устойчивой технологии производства снимков.
Француз Жозеф Ньепс сознательно трудился над получением первого образца зафиксированной реальности с 1816 года. Через десять лет он продемонстрировал публике вид из своего окна, запечатлённый на медную пластинку, покрытую тонким слоем битума. Но это ещё не было изобретением фотографии как технологии.
Цитата:"Франсуа Жан Доминик Араго стал первым, кто объявил о создании фотографии, прочитав доклад о работах Дагера и Ньепса 7 января 1839 года на заседании Французской академии наук. Он же способствовал покупке изобретения правительством Франции, сделавшей дагеротипию общественным достоянием. Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни".
Здесь я хочу пропустить истории Дагера и Тальбота и отличия дагеротипии и калотайпа. Развитие технологии шло опять примерно сто лет, пока не дошло до изобретения Электрофотографии Честером Карлсоном.
Chester Carlson
Это был заядлый изобретатель, который жил довольно непростой жизнью. Работая на других по пять дней в неделю, он занимался наукой по выходным и десять лет ждал признания уже готовой идеи. Когда фирма Haloid решила купить его изобретение, это был риск, но в итоге ежегодно компания зарабатывает миллиарды долларов, а сам Честер Карлсон умер уважаемым человеком с огромным состоянием, отдав на благотворительность сто пятьдесят миллионов долларов.
Рассмотрим, что же было причиной появления его изобретения.Это был третий компонент. Появились теоретические знания о природе света и об электричестве.
Фотоэффект
Фотоэффект, или фотоэлектрический эффект, — явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества. В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний (поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы вещества) и внутренний (электроны, оставаясь в веществе, изменяют в нём своё энергетическое состояние) фотоэффект. Фотоэффект в газах состоит в ионизации атомов или молекул под действием излученияСам фотоэффект был открыт Генрихом Герцем в 1887 году, русский учёный Александр Григорьевич Столетов систематически изучал фотоэффект, ему принадлежит открытие первого закона фотоэффекта. Но объяснить это явление смог только Эйнштейн пятнадцать лет спустя после смерти Столетова. Произошло это в 1905 году, а в 1921 году Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за эту работу.
Это уже второй Альберт, вложившийся в дело развития компьютерной графики.
Фотоэффект имел место, были разработаны некоторые его основные законы, в 1900—1902 годах исследования фотоэффекта Филиппом Ленардом в показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения. Но никто, включая А.Г.Столетова, не мог объяснить явления, которое наблюдали.
И вот, Эйштейн предложил долгожданное объяснение.
Оно основывалось на предположении о дуализме состояния света: он выступает как поток фотонов, которые характеризуются энергией, а также как волна, имеющая частоту.
Накопленные знания привели к созданию прибора, использующего для работы свет:
Фотоэлемент
Фотоэлемент (фотоэлектрический элемент) — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.
Возвращаясь к изобретателю ксерокса Честеру Карлсону, надо сказать, что на использование свойств света для решения сложной задачи офисного копирования документов его вдохновила не только насущная потребность , но и статья в газете, которая описывала эксперименты венгерского физика Пала Зелени, в которых он исследовал дифракцию, интерференцию и поляризацию света. Таким образом свет, рисующий нам картины через дырочку в стене, свет, изменяющий свойства материи. - снова стал причиной и процессом, сначала поселившись в головах учёных и изобретателей как идея, а позже явившийся в виде очень удобного и нужного оборудования.
XEROX
XEROX CORPORATION
Обычно именно с этой огромной американской корпорации начинается рассказ об истории крмпьютерной графики. Жила-была в Рочестере маленькая фирма по производству комплектующих для фотографии и решила апгрейдиться. Долго ли - коротко ли, - встретила фирма изобретателя. И вложилась в него. А теперь с этим названием, с 1959 года правильно звучащим как "Зирекс", - тесно связана истроия компьютера, компьютерной графики, история ADOBE.
Официальная история такова:
В 1938 году американский физик изобретатель Chester Calson изобрёл метод сухой печати, напрямую переносящий позитив на лист бумаги, в 1942 запатентовал его, а впоследствии продал фирме Haloid под названием XEROX.
Первоначально название звучало "электрофотография". Его сначала сократили до "электрографии", а потом Карлсон с помощью лингвиста изменил это название на греческое "ксерография",что означает "сухая печать", затем сократив до XEROX.
В начале шестидесятых, доведя весь процесс до полной автоматизации и совершенствуя механизм, Haloid переименовала себя в XEROX CORPORATION.
Когда с процессу ксерокопирования в 1969 году Гари Старквезер добавил метод засветки лазером, руководство впервые проявило нежелание вводить новшество из за боязни повредить налаженному бизнесу, но со временем этот процесс подтолкнули конкуренты.
Hewlett Packard - конкуренты XEROX
По настоящему недорогие и малогабаритные офисные принтеры лазерные принтеры, которые стали незаменимы во всех бизнес-процессах, появились в начале 80. Их производила компания-конкурент Hewlett Packard.
И пришлось шевелиться и переходить на лазер.
Печатные машины закупал американский военно-промышленный комплекс, что держало фирму на плаву и позволило создать большой и знаменитый отдел разработчиков и технических специалистов XEROX PARC.
То же самое произошло и скомпанией Evansamp;#38Sutherland, занимавшейся "компьютерной графикой" в семидесятых.
Военные испытательные комплексы и симуляции для пилотов сильно подогрели её развитие.
XEROX PARC
Знаменит этот исследовательский центр, созданный в 1970 году, тем, что его разработки легли в основу компьюерных технологий.
Но воспользоваться ими компания не смогла или не захотела, сосредоточившись на рынке печатных машин.
Лично для меня это остаётся нерешённым ребусом. Сам этот факт очень интересен и достоин серьёзного расследования. В любом случае, - компания не бедствует: было ли это ошибкой недальновидных менеджеров или грамотным подходом к жизни настоящих мудрецов.
Их идеями воспользовались другие люди, которые смогли сделать на разработках XEROX огромные деньги.
Это Apple, ADOBE, Microsoft.
Корпорация XEROX в 1981 году показала такое устройство, как мышь. Она была представлена вместе с мини-компьютером Xerox 8010 Star Information System. Мышь фирмы Xerox имела три кнопки и стоила 400 долларов США.Большие по тем временам деньги. За два года фирме Apple удалось создать мышь, в разы дешевле и удобней. На основе этого. В 1983 году фирма Apple выпустила свою собственную однокнопочную мышь для компьютера Lisa, она стоила $25. Это устройство импользовалось Apple Macintosh и позднее в ОС Windows для IBM PC.
Сама метафора рабочего стола, объектно-ориентированный язык программирования, графический пользовательский интерфейс, технология WYSIWYG (Что видишь, то и получаешь), - недаром Стив Джобс отдал миллион за то, что ему позволили следить за ходом работ в ислледовательском центре..
Рождение индустрии по созданию программ для компьютерного проектирования
связано с лазерными (электрофотографическими) принтерами.
Для их работы потребовалось создать протокол описания изображений.
А, когда он был написан, его создатели Джон Уорнок и Чак Гешке
John Warnock и Charles Geschke в 1982 году покинули компанию Xerox
поняли, что он содержит в себе нечто большее, чем служебный процесс и, не найдя способов монетизации этого языка внутри XEROX, создали компанию ADOBE, а язык POST SCRIPT превратили впоследствии в общеизвестный стандартизированный формат .PDF.
Компания XEROX бурно и творчески отработала сто с лишним лет, внеся огромный вклад в офисное делопроизводство, в 2018 году её поглотила Fujifilm.
В 1947 не самая богатая и не самая известная фирма –производитель фотокопировального оборудования Haloid приобрела патент копировального устройства. Процесс состоял из засвечивания заряженного барабана, благодаря чему получалась матрица изображения, нанесения тонера, переноса тонера на лист или плёнку, запекания тонера и вплавления в бумагу, очистки барабана от излишков тонера. Особенности технологии: возможна печать на нетрадиционных материалах. Некоторые типы принтеров могут печатать на глянцевой бумаге, конвертах, наклейках, прозрачной плёнке.Но материалы должны обладать устойчивостью к высоким температурам, иметь определённую структуру, плотность, толщину, гибкость. Все принтеры предназначены для работы со стандартной офисной бумагой с плотностью около 80 г/м². Типы любых других материалов следует использовать только из списка, рекомендованного производителем.
70-е: Принцип электрографической печати
Барабан покрыт полупроводниковым светочувствительным слоем (сначала это был селен, позже появились органические полупроводники). Он заряжается положительным электростатическим зарядом иногда более 1000 В. Луч лазера или другой (светодиодный, к примеру), пробегает светочуствительную поверхность и, в зависимости от яркости засветки, меняет её заряд методом построчной развёртки. На небольшом расстоянии от светочувствительной поверхности проворачивают магнитный валик с положительно заряженным тонером (красящим порошком).
Тонер прилипает к фоточувствительному барабану, как наэлектризованные бумажки притягиваются к стеклянной палочке. Прокатываясь по бумаге, барабан оставит тонер на ней, после чего бумага попадает в печь, где частицы тонера плавятся и окончательно прилипают к бумаге.
Из этого краткого описания понятно, что лазерный принтер устроен довольно сложно (отсюда относительная дороговизна аппаратов в сравнении со струйными).
В Evans and Sutherland Computer Corporation, Джон Гэфни создал язык Design System. Там же работал Джон Уорнок, впоследствии перешедший в XEROX. Этот язык лёг в основу следующей системы JaM, которую Джон создал совместно с новым коллегой по имени Марти
JaM развился и превратился в протокол печати InterPress. В семидесятые годы началось соперничество в индустрии развития лазерной печати. Протокол InterPress был разработан для лазерных принтеров XEROX, но не отставали IBM, Hewlett Packard, Canon и другие.
В течении десятилетия эти компании выпускали разнообразные принтеры, к каждому из которых прилагалосьсвоё программное обеспечение Например, IBM ProPrinter, CaPSL (Canon Printing System Language), язык RENO в принтерах Agfa, а немецкой компании Mannesmann Tally даже удалось утвердить спецификацию ANSI 3.64 на основе собственного языка MTPL
Hewlett Packard/Adobe - PCL /PostScript -TrueType/Postscript (шрифты)
В дальнейшем эти компании поделили влияние на рынке. Hewlett Packard печатал шрифтом True Type, встроенным в систему, в то время как шрифт Postscript требовалось загружать, однако, в случае печати изображений, предпочтительней была система с "настоящим PostScript", а не его эмуляцией, которую тоже предлагали сторонние фирмы.
В основе ухода из XEROX сотрудничества Уорнока и Гешке лежало желание развивать и продавать Interpress, и то, что у них получилось, стало называться PostScript.
Первоначально PostScript широко использовался в принтерах для перевода изображения в ряды растровых точек, со временем он потерял свою актуальность. Например, струйные принтеры вообще обходятся без него. Основной заслугой языка PostScript стала повсеместная замена ручного макетирования компьютерной версткой.
Несмотря на то, что технологии WYSIWYG, /ˈwɪziwɪɡ/ ,что означает: "What You See Is What You Get", уже существовали в умах, например, - XEROX PARC, и других электронно-ориентированных компаний, в полную меру эпоха стартовала именно тогда, когда в 1984 году язык описания страниц PostScript в сочетании с аппаратным обеспечением от Apple сформировал первую коммерчески успешную
систему настольных издательских систем (DTP),
где любой мог создавать свои настройки печати, составлять документы и печатать их так, как они появляются на экране в электронном виде.Произошло это потому, что Стив Джобс первоначально не имел на своих "Макинтошах" такой системы и вложил два с половиной миллиона долларов в ADOBE, что позволило последней создать новый продукт-язык описания страниц POSTSCRIPT. Часть денег получила компания Aldus, разработавшая первую программу вёрстки PageMaker.
PDF: Portable Document Format
Конец восьмидесятых: возникло всё, из чего ныне состоит наш мир: компьютеры и программы, а значит - был совершён прыжок в новые технологии. Он принёс с собой новые форматы, постепенно формировавшие систему стандартов для производителей и пользователей печатного оборудования.
Хочу обратить ваше внимание на то, что задача коммуникации в очередной раз сыграла на стороне прогресса Люди захотели перевести бумажные процессы в электронный вид и обмениваться документами удалённо без посредников и папок с тесёмочками.
Но в мире производителей электроники царил первобытный хаос, в последующие десятилетия мир понял,
что нужна согласованность, стал тяготеть к стандартам.
Например, был создан ресурс для web-разработчиков, ориентирующий их по написанию кода
W3C.
Согласовать разнообразие подходов к обработке информации. Одна из проблем – как вывести её из компьютера в печать, другая – как её передать по интернету, как её открыть, как прочитать.
В условиях быстроразвивающейся отрасли – электронные устройства стали появляться во всех бизнесах, людям надо было передавать друг другу документы. И компания поступила просто: чтение своего формата она сделала бесплатным, распространив программу Acrobat; Reader – и получила миллионы пользователей, заинтересованных в приобретении полного пакета. До сих пор просмотр и печать публикаций без возможности редактирования доступна бесплатно.
ACROBAT
Братья Нолл рассказывают, как случайно изобрели Фотошоп
Джон Уорнок, создатель Illustrator, рассказывает о первых днях векторной графики
Его жена Марва, профессиональный графический дизайнер, говорит - всё началось со скруглённых углов.
Дизайнеры прошлого для своей работы покупали переводные картинки, так называемые typesets с элементами шрифта и оформления и кропотливо переводили их вручную, создавая макет. Часами.
После выпуска первых версий Adobe Photoshop и Illustrator, дизайнеры получили в свои руки мощнейший инструмент для работы, замечательный тем, что в нём можно создавать и редактировать как пиксели, так и кривые Безье.
Искусственный Интеллект, Машинное обучение, Большие данные, Автоматизация
Занятно, что для развития искусственного интеллекта понадобились графические процессоры - видеокарты. Цитируя Ивана Ямщикова:
Это, пожалуй, одна из моих любимых тем: когда в 90-е годы вы играли в шутеры, вы неосознанно помогали развитию ИИ. Видеокарты (GPU) апргейдились для развития графических интерфейсов и игр, но в какой-то момент люди разобрались, что их можно использовать для параллельных вычислений, появилась CUDA. Изначально, в научной сфере в гидрогазодинамике, где ряд моделей можно хорошо обсчитывать на графической карте, подобный расчет на CPU вышел бы в несколько раз дороже. А через несколько лет выяснилось, что нейронные сети тоже отлично параллелизуются и обучаются с использованием графических карт. И этот бум развития научных вычислений позволил создавать нейронные сети таких размеров, которые раньше были недоступны.