امتیاز کاربران

ستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعال
 

 

1. تاریخچه

 

علوم پیشرویی که باعث توسعه گرافیک کامپیوتری امروزی شده اند، پیشرفت هایی در مهندسی الکتریک، الکترونیک و تلویزیون بوده که در نیمه ابتدایی قرن بیستم به وقوع پیوسته اند. صفحه نمایش ها، از زمان برادران لومیر (Lumiere brothers) با استفاده از matte (نام تکنیکی در صنعت فیلم) به منظور ساخت جلوه های ویژه برای اولین فیلم ها از سال 1895 ،هنر رو به تصویر میکشیدن، اما چنین صفحه نمایش هایی محدود بودن و قابلیت تعامل (interactive) نداشتن. میشه گفت Oscilloscope و صفحه کنترل های ارتش در این زمینه به دلیل اینکه اولین صفحه نمایشهای دو بعدی الکترونیکی بودن که به برنامه از پیش نوشته شده یا ورودی کاربر واکنش نشان میدادن، پیشرو بوده اند. تا دهه 1950 گرافیک های کامپیوتری به عنوان یک رشته تقریباً ناشناخته بود و در دوران پس از جنگ جهانی دوم، این رشته از ترکیب تحقیقات آزمایشگاهی آکادمیک و دانشگاهی و پیشرفت های بیشتر ارتش ایالات متحده در تکنولوژی هایی مثل رادار، هواپیماهای پیشرفته، و توسعه پرتاب موشک در زمان جنگ، به کامپیوترهای پیشرفته تر راه پیدا کرد. صفحه نمایش های جدیدی نیاز بود تا اطلاعات با ارزش چنین پروژه هایی رو پردازش کنه، و این باعث توسعه گرافیک های کامپیوتری به عنوان یه رشته شد.

 

 

1.1 دهه 1950

پروژه های ابتدایی مثل Whirlwind و SAGE Projects صفحه نمایش (display) های CRT رو به عنوان گزینه ای مناسب و رابط کاربری تعاملی، و light pen رو به عنوان یک دستگاه ورودی معرفی کردن. Douglas T.Ros از سیستم Whirlwind Sage در سال 1954 تجربه ای شخصی رو اجرا کرد که در اون برنامه ای که خودش نوشته بود حرکات انگشتش رو ذخیره (capture) کرد و به شکل مسیر (vector) (اسم خودش را به شکل حرکت) روی صفحه نمایش نمایان کرد. یکی از اولین بازی های تعاملی کامپیوتری (videogames) با گرافیک تعاملی قابل تشخیص برای oscilloscope توسط William Higinbotham برای سرگرم کردن بازدیدکنندگان سال 1958 از Brookhaven National Laboratory (آزمایشگاه ملی بروک هیون) ساخته شده بود و یک بازی تنیس رو شبیه سازی میکرد. در سال 1959، Douglas T . Ross یک بار دیگه در زمان کار در دانشگاه MIT تبدیل مختصات ریاضی به خطهای جهت دار تولید ابزار کامپیوتر رو ابداع کرد و یک شخصیت کارتون والت دیزنی رو روی صفحه نمایش خلق کرد.

شرکت پیشگام الکترونیک Hewlett-Packard در سال 1957 بعد از یک دهه، و برقراری روابط مستحم با دانشگاه استنفورد (Stanford University) از طریق بنیان گذارانش که از دانشجوهای استنفورد بودند، به یک شرکت سهامی عام تبدیل شد. این شروع یک دهه از تغییرات در خلیج سن فرانسیسکو (San Francisco Bay Area) و تبدیل شدنش به مرکز پیشتاز تکنولوژی کامپیوتری، معروف به Silicion Valley، بود. رشته گرافیک کامپیوتری با ظهور سخت افزارهای گرافیک کامپیوتری توسعه یافت. پیشرفت های بیشتر در پردازش به پیشرفت های بسیار بیشتر در گرافیک کامپیوتری تعاملی منجر شد. در سال 1959، کامپیوتر TX-2 در MIT’s Lincoln Laboratory (آزمایشگاه لینکلن دانشگاه MIT) ساخته شد. TX-2 تعدادی از رابط های انسان-ماشین رو ساختار دهی کرد. یه Light pen میتونست در کامپیوتر برای کشیدن طرح، با نرم افزار انقلابی Sketchpad از Ivan Sutherland استفاده بشه. با استفاده از light pen ، نرم افزار Sketchpad به شخص اجازه رسم اشکال ساده روی صفحه نمایش کامپیوتر، ذخیره اونها و بعد باز کردن مجددشون رو میداد. Light pen سلول فتوالکتریک (photoelectric cell) کوچکی در سر قلم داشت. سلول هر بار که روبروی صفحه کامپیوتر قرار میگرفت از خودش یک پالس الکترونیکی ساطع میکرد و تفنگ اکترونی (electron gun) صفحه نمایش به صورت مستقیم به اون شلیک میکرد. به سادگی با زمانبندی پالس الکترونیکی با محل تفنگ الکترونی، تعیین مکان تنفگ الکترونی روی صفحه در هر لحظه ممکن بود. وقتی محل مشخص شد، کامپیوتر باید یک مکان نما (cursor) روی اون محل رسم میکرد. به نظر میرسید Sutherland راه حلی عالی برای بسیاری از مشکلات گرافیکی که با آنها روبرو بود پیدا کرده باشه. حتی امروز، بسیاری از استاندارهای رابط گرافیکی کامپیوتر از این برنامه Sketchpad اولیه الهام میگیرند. یک مثال رسم محدوده هاست. برای مثال اگر کسی بخواد یه مربع رسیم کنه، نیازی نیست نگران این باشه که هر چهار ضلع مربع رو به شکلی عالی رسم کنه. میتونه بگه که میخواد یه مکعب بکشه، و بعد مکان و اندازه اون را معین کنه. نرم افزار یک مکعب عالی با ابعاد و مکان دقیق اون میسازه. یه مثال دیگه این هست که نرم افزار Sutherland اشیاء رو مدلسازی کرد – و نه فقط تصویری از اشیاء. به بیان دیگه، با مدلی از یک ماشین، شخص میتونه اندازه لاستیک ها رو بدون تاثیرگذاری روی سایر بخش های ماشین تغییر بده. میتونه بدنه ماشین رو بدون تغییر در شکل لاستیک ها کِش بیاره.

 

 


 اتاق کنترل بخش SAGE


 

 

1.2 دهه 1960

اصطلاح "گرافیک کامپیوتری" (computer graphics) در سال 1960 توسط William Fetter ، طراح گرافیکی شرکت بویینگ (Boeing) مطرح شد. این عبارت قدیمی در بسیاری منابع به صورت کامل با این جمله میاد: "Fetter گفته که این اصطلاح در اصل توسط Verne Hudson از Wichita Division از Boeing بهش گفته شده." در سال 1961 دانشجوی دیگری در MIT، یعنی Steve Russell، دومین بازی ویدیویی به نام Spacewar رو ساخت. Spacewar به سرعت به موفقیت دست یافت و با اینکه برای DEC PDP-1 نوشته شده بود، نسخه های کپی اون به دست دارندگان دیگه PDP-1 رسید و در نهایت خود شرکت DEC یک کپی از اون را دریافت کرد. مهندسان DEC از این بازی به عنوان یک برنامه عیب یاب برای هر PDP-1 جدیدی که میساختند، قبل از فروشش استفاده میکردند. واحد فروش از این فرصت استفاده کرد و هنگام نصب سیستم های جدید، اولین بازی ویدیویی دنیا رو برای مشتریان جدید خودشون اجرا میکردند.

E. E. Zajac، دانشمندی در Bell Telephone Laboratory (آزمایشگاه تلفن بل یا به اختصار BTL)، فیملی به نام Simulation of a two-giro gravity attitude control system (شبیه سازی یک سیستم کنترل حالت جاذبه دو گیرویی) رو در سال 1963 ساخت. در این فیلم تولید کامپیوتر، Zajac نشون داد که چطور حالت یک ماهواره در چرخش به دور زمین تغییر میکنه. او انیمیشن خودش رو روی یک کامپیوتر پردازنده مرکزی IBM 7090 ساخت. همینطور Ken Knowlton، Frank Sinden و Michael Noll در BTL شروع به کار در زمینه گرافیک کامپیوتری کردند. Sinden فیلمی به نام Force, Mass and Motion (نیرو، جرم و حرکت) ساخت که قوانین حرکتی نیوتن را به نمایش میگذاشت. تقریباً در همون زمان دانشمندان دیگه، گرافیک های کامپیوتری رو برای نمایش تحقیقات خودشون میساختند. در Lawrence Radiotion Laboratory (آزمایشگاه تشعشات لارنس)، Nelson Max فیلم هایی به نام های Flow of a Viscous Fluid (جریان سیالات ویسکوز) و Propagation of Shock Waves in a Solid Form (انتشار امواج شک در حالت جامد) رو ساخت. Boeing Aircraft (صنایع هوایی بویینگ) فیلمی با عنوان Vibration of an Aircraft (ارتعاشات یک هواپیما) ساخت.

همینطور در اوایل دهه 1960، اتومبیل ها از کارهای اولیه Pierre Bezie در شرکت Renault (رنو) ، کسی که از منحنی های Paul de Casteljau استفاده کرد – منحنی هایی که امروزه بعد از کارهای Bezier در این زمینه به نام Bezier Curves (منحنی های بِزییِر) شناخته میشن – برای توسعه تکنیک های مدلسازی 3D برای بدنه خوردوهای Renault استفاده میکردند. این منحنی ها اساس بیشتر مدلسازیهای بر پایه منحنی رو در این زمینه تشکیل میده، چون منحنی ها – برخلاف Polygons (چند وجهی ها) – از لحاظ ریاضی موجودیت های پیچیده ای برای رسم و مدلسازی هستند.

چیزی به علاقه نشون دادن شرکت های بزرگ به گرافیک کامپیوتری نمونده بود. TRW، Lockheed-Georgia، General Electric و Sperry Rand در بین شرکتهایی هستند که در اواسط دهه 1960 در زمینه گرافیک کامپیوتری شروع به فعالیت کردند. IBM به سرعت با معرفی پایانه گرافیکی IBM 2250 ، اولین کامپیوتر گرافیکی قابل خرید از بازار، به این علاقه مندی واکنش نشون داد. Ralph Baer، مهندس ناظر در Sanders Associates، در سال 1966 یک بازی ویدیویی خانگی رو معرفی کرد که بعد با مالکیت Magnavox و به نام بازی Odyssey شناخته شد. با اینکه بسیار ساده بود، و تقریباً نیاز به قطعات اکترونیکی ارزان داشت، به بازیکن اجازه میداد تا نقطه های نورانی رو روی صفحه نمایش حرکت بده. این اولین محصول مصرفی گرافیک کامپیوتری بود. David C. Evans سرپرست مهندسی در بخش کامپیوتر Bendix Corporation از سال 1953 تا 1962 بود، بعد از اون به مدل پنج سال به عنوان پروفسور مهمان در دانشگاه Berkeley (برکلی) تدریس میکرد. اونجا علایقش رو در زمینه کامپیوترها و اینکه چطور با مردم ارتباط برقرار کردن ادامه داد. در سال 1966، University of Utah (دانشگاه یوتا) از Evans برای تشکیل یک برنامه علوم کامپیوتر استفاده کرد و گرافیک کامپیوتری به سرعت تبدیل به اولین علاقه مندی او شد. این دپارتمان جدید تبدیل به اولین مرکز تحقیقاتی دنیا در زمینه گرافیک کامپیوتری شد.

 


 بازی آرکید Pong


 

همینطور در سال 1966، Ivan Sutherland به نوآوری در MIT ادامه داد و اولین کامپیوتر کنترل شده با head-mounted display (نمایشگر سربندی یا به اختصار HMD) رو اختراع کرد. این دستگاه به خاطر سخت افزار مورد نیاز برای پشتیبانی Sword of Damocles (شمشیر داموکلس) نام گرفت. برای هر چشم دو تصویر قالب سیمی (wireframe) جداگانه نمایش میداد. این به بیننده اجازه میداد تا صحنه کامپیوتری را به صورت Stereoscopic 3D (سه بعدی برجسته) ببینه. بعد از گرفتن مدرک دکترا از دانشگاه MIT، Sutherland مدیر پردازش اطالاعات در ARPA (Advanced Research Projects Agency ) (آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته) ، و بعد از اون پروفسور در دانشگاه Harvard شد. در سال 1967 Sutherland توسط Evans دعوت شد تا به برنامه علوم کامپیوتر دانشگاه یوتا بپیونده. در اونجا، پروژه HMD خودش رو تکمیل کرد. بیست سال بعد، NASA از تکنیکهای او برای تحقیقات واقعیت مجازی (Virtual Reality) خودش استفاده کرد. در دانشگاه یوتا، Sutherland و Evans به شدت به دنبال مشاوره از شرکت های بزرگ بودند اما از نبود سخت افزارهای گرافیکی در اون زمان نا امید شدند، بنابراین شروع به برنامه ریزی برای ساخت شرکت خودشون کردند. در سال 1969، ACM ، A Special Interest Group on Graphics ( یک گروه ویژه علاقه مند به گرافیک یا به اختصار SIGGRAPH) را آغاز کرد که همایش ها، استاندارهای گرافیکی و انتشارات در زمینه گرافیک کامپیوتری رو سازمان دهی میکرد. در سال 1973، اولین همایش سالیانه SIGGRAPH برگزار شد، که تبدیل به یکی از نقاط تمرکز سازمان گردید. SIGGRAPH چه از لحاظ اندازه و چه اهمیت در زمینه گرافیک کامپیوتری در طول زمان رشد کرده است.

 

 


 Spacewar! عکس از Joi Ito ، Inbamura ، ژاپن


 

 

1.3 دهه 1970

بسیاری از مهمترین پیشرفت های اولیه در تبدیل گرافیک از ابزار به واقعیت در دانشگاه یوتا در دهه 1970 اتفاق افتاد، که با به خدمت گرفتن Ivan Sutherland از دانشگاه MIT بود. کلاسهای گرافیکی Sutherland به تعداد قابل توجهی از پیشگامان این رشته کمک کرد، از جمله دانشجویی به نام Edwin Catmull – بعدها به یکی از موسسان Pixar تبدیل شد. به خاطر وجود David C. Evans و Sutherland، دانشگاه یوتا (به اختصار UU) به عنوان محلی برای تحقیقات رشته گرافیک کامپیوتری شهرتی کسب کرد که به همین دلیل Catmull برای یادگیری انیمیشن 3D به اونجا رفت. Catmull از شرکت Boeing اومده بود و روی مدرکش در رشته فیزیک کار میکرد. به خاطر بزرگ شدن در Disney، Catmull عاشق انیمیشن بود اما متوجه شد که استعدادی در ترسیم نداره. حالا Catmull (در کنار بسیاری دیگران) کامپیوتر رو به عنوان پیشرفت طبیعی انیمیشن میدیدند و میخواستند جزئی از این تغییر انقلابی باشند. اولین انیمیشنی که Catmull دید ، انیمیشن خودش بود. او انیمیشنی از دست خودش در حال باز و بسته شدن ساخته بود. ساخت یک فیلم بلند با استفاده از گرافیک کامپیوتری تبدیل به یکی از اهداف او شد. در همون کلاس، Fred Parke انیمیشنی از صورت همسر خودش ساخت.

همینطور که آزمایشگاه گرافیک کامپیوتری UU مردم رو از مناطق به خودش جذب میکرد، John Warnock یکی از این پیشگامان اولیه بود؛ او بعدها Adobe Systems رو تاسیس کرد و در دنیای چاپ و نشر با زبان توصیف PostScript انقلابی ایجاد کرد، و کار Adobe ادامه پیدا کرد تا استاندارد صنعت نرم افزار ادیت عکس رو در Adobe Photoshop و استاندارد صنعت جلوه های ویژه فیلم ها رو در Adobe After Effects ایجاد کنه. Tom Stockham گروه پردازش عکس رو در UU رهبری میکرد که با آزمایشگاه گرافیک کامپیوتری به صورت نزدیک همکاری میکرد. Jim Clark هم اونجا بود؛ او بعدها Silicon Graphics, Inc. رو تاسیس کرد. اولین پیشرفت بزرگ در گرافیک کامپیوتری 3D در UU توسط این پیشگامان اولیه رقم خورد، hidden-surface algorithm (الگوریتم سطح پنهان). برای ترسیم نمایشی از یک شیء 3D روی صفحه نمایش، کامپیوتر باید مشخص کنه از دید بیننده کدام سطوح "پشت" شیء قرار دارند، و بنابراین در هنگام ایجاد (یا رندر) این تصویر باید "پنهان" باشند. 3D Core Graphics System (سیستم گرافیک هسته 3D یا به اختصار Core) اولین استاندار گرافیکی توسعه داده شده بود. گروهی از 25 متخصص از ACM Special Interest Group SIGGRAPH این "چهارچوب مفهومی" رو توسعه دادند. جزئیات در سال 1977 منتشر شد و تبدیل به پایه ای برای بسیاری از توسعه های آینده در این زمینه شد.

همینطور در دهه 1970، Henri Gouarud، Jim Blinn و Bui Tuong Phong به ایجاد پایه های shading (سایه زنی) در CGI از طریق توسعه مدلهای Gouraud shading و Blinn-Phong shading کمک کردن، که به گرافیک اجازه داد تا به فرای مرز "تخت" بودن بره و دقیق تر عمق رو به تصویر بکشه. همچنین Jim Blinn در سال 1978 Bump Mapping (نگاشت برجستگی) رو ابداع کرد، تکنیکی برای شبیه سازی سطوح ناهموار، و پیشگام بسیاری از انواع پیشرفته تر نگاشت که امروزه استفاده میشن.

بازی های ویدویی arcade (آرکید) مدرن به شکلی که امروزه شناخته میشن در دهه 1970 متولد شدند، با اولین بازی آرکید بلادرنگ دو بعدی (real-time 2D) با گرافیک sprite. بازی Pong در سال 1972 یکی از اولین بازی های آرکید کابینتی (cabinet game) بود. Speed Race در سال 1974 شامل حرکات sprite روی جاده ای که عمودی حرکت میکرد بود. Gun Fight در سال 1975 شامل شخصیت های شبیه به انسان با گرافیک sprite بود، در حالی که Space Invaders در سال 1978 تعداد بسیار زیادی sprite رو روی صفحه نمایش میداد؛ هر رو از یک ریزپردازنده Intel 8080 و video shifter (تغییر دهنده ویدیویی) Fujitsu MB14241 برای تسریع ترسیم گرافیک sprite استفاده میکردند.

 


Utah Teapot از Martin Newell و رندر استاتیکش به نشانه ای از توسعه CGI در دهه 70 تبدیل شده


 

 

1.4 دهه 1980

دهه 80 میلادی شاهد مدرن سازی و تجاری سازی گرافیک کامپیوتری بود. با افزایش کامپیوترهای خانگی، موضوعی که تا قبل از اون فقط یه رشته دانشگاهی بود توسط افراد بسیار بیشتری استفاده شد، و تعداد توسعه دهندگان گرافیک کامپیوتری به طرز چشم گیری افزایش یافت.

در اوایل دهه 1980، وجود ریزپردازنده های bit-slice و 16-bit شروع به انقلابی در پایانه های گرافیک کامپیوتری با تفکیک پذیری بالا (high-resolution) کردند، ایستگاه های کاری (workstation) نیمه مستقل (semi-standalone) و مستقل (standalone) که اکنون به طور فزاینده ای خودپردازشی (intelligent) میشدن. پردازش های گرافیکی و برنامه ای به جای اینکه به تکیه بر کامپیوتر مرکزی (mainframe) و کامپیوترهای کوچک (mini-computers) ادامه بدن، به طور فزاینده ای به سمت خودپردازشی در ایستگاه های کاری منتقل میشدند. حرکت ابتدایی نمونه اولیه این حرکت به سمت ایستگاه های کاری خودپردازشی گرافیک کامپیوتری با تفکیک پذیری بالا برای بازارِ "مهندسی به کمک کامپیوتر"، ایستگاه های کاری Orca 1000، 2000 و 3000 بودند، که توسط Orcatech از Ottawa ، شاخه ای از Bell-Northern Research، و به رهبری David Pearson یه پیشگام اولیه در ساخت ایستگاه کاری ، توسعه داده شده بود. Orca 3000 بر پایه Motorola 68000 و پردازنده های AMD bit-slice ساخته شده بود و سیستم عامل Unix داشت. به طور مستقیم قسمت پیچیده بخش مهندسی طراحی رو هدف قرار داده بود. هنرمندان و طراحان گرافیکی، کامپیوترها به طور خاص Commodore Amiga و Macintosh رو به عنوان ابزارهای طراحی جدی ای تلقی کردند، ابزارهایی که میتونن زمان رو ذخیره کنن و از روش های دیگه دقیق تر رسم کنن. Macintosh در بین استودیوهایی طراحی و تجاری محبوبیت بالاش رو حفظ کرد. کامپیوترهای مدرن، از دهه 1980، اغلب برای نمایش داده و اطلاعات با نمادها، آیکون ها و عکس ها از graphical user interface (رابط کاربر گرافیکی یا به اختصار GUI) استفاده میکنن.

دانشگاه Osaka ژاپن در سال 1982، LINKS-1 Computer Graphics System ، یه ابرکامپیوتر (supercomputer) که از 257 ریزپردازنده Z8001 برای هدف رندر گرافیک کامپیوتری 3D واقعی (realistic) استفاده میکرد رو توسعه داد. بر طبق اطلاعات Processing Society (جامعه پردازشگری) ژاپن: "اساس رندر تصاویر 3D، محاسبه نورِ (luminance) هر پیکسل برای ساخت سطح رندر شده از نمای داده شده، منابع نوری و محل شیء هست. سیستم LINKS-1 برای تحقق بخشیدن به روش رندرگیری تصویر که در اون هر پیکسل باید به صورت موازی و مستقل با استفاده از روش ray tracing (رهگیری نور) پردازش میشد، توسعه داده شد. با توسعه یه روش نرم افزاری جدید مخصوص رندرگیری با سرعت بالای تصاویر، LINKS-1 توانایی رندر سریع تصاویر به شدت واقعی رو داشت. ازش برای ساخت اولین ویدوی شبه افلاک نمای 3D از تمام آسمان استفاده شد که کاملاً با گرافیک کامپیوتری ساخته شده بود. ویدیو در غرفه Fujitsu در نمایشگاه بین المللی سال 1985 در Tsukuba ارائه شد." LINKS-1 قدرتمندترین کامپیوتر تا سال 1984 بود.

در ادامه محبوبیت فیلم Star Wars (جنگ ستارگان) و مجموعه های علمی تخیلی دیگه که به CGI سینمایی در اون دوران مربوط میشد، Lucasfilm و Industrial Light & Magic به عنوان "هدف" برای بسیاری از استودیوهای دیگه برای رسیدن به نقطه اوج گرافیک کامپیوتری در فیلم شناخته شدند. پیشرفت های مهمی در chroma keying ("پرده آبی" و...) برای فیلم های بعدی سه گانه اصلی استفاده شد. دو ویدیوی دیگه هم از این دوره ماندگار شدن: Dire Straits یه ویدیو تقریباً کامل CGI مثال زدنی برای موسیقی "Money For Nothing" در سال 1985، که CGI رو در بین طرفداران موسیقی در اون دوران محبوب کرد، و صحنه ای از Young Sherlock Holmes در همون سال که اولین کاراکتر کاملاً CGI رو در یک فیلم استفاده کرد (یه شوالیه متحرک سازی شده). در سال 1988، اولین shader ها – برنامه های کوچکی که برای انجام بعضی سایه پردازی های ویژه با الگوریتم های مجزا طراحی شده بودند – توسط Pixar توسعه داده شد، که اون زمان به عنوان یک شرکت از Industrial Light & Magic مستقل شده بود – گرچه عموم مرد نتیجه پیشرفت این تکنولوژی رو تا دهه آینده ندیدند. در اواخر دهه 80، کامپیوترهای SGI برای ساخت بعضی از فیلم های کوتاه کاملاً تولید کامپیوتر درPixar استفاده شدن، و ماشین های Silicon Graphics در این دهه به عنوان بهترینِ این رشته شناخته میشدن.

دهه 80 همینطور golden era (دهه طلایی) بازی های ویدویی نام گرفت؛ فروش میلیون ها سیستم از Atari، Nintendo و Sega در بین دیگر شرکت ها، گرافیک کامپیوتری رو برای اولین بار برای بینندگان جوان و تأثیر پذیر به نمایش گذاشت – مثل کامپیوترهای شخصی برپایه MS-DOS، Apple IIs و Macs و Amigas که به کاربرانی که توانایی های لازم رو داشتن، اجازه نوشتن بازی خودشون رو میدادن. بازی های Demoscenes و shareware گسترش پیدا کردن؛ John Carmack، کسی که در آینده یه مبتکر 3D شد، شروع به توسعه بازی های برپایه sprite خودش کرد. در آرکید ها، پیشرفت هایی در گرافیک 3D بلادرنگ تجاری پیدا شد. در 1988، اولین graphics boards (بردهای گرافیکی) بلادرنگ 3D در آرکیدها با Namco System 21 و Taito Air System معرفی شدند. این نوآوری، مقدمه ای بر graphics processing unit (واحد پردازش گرافیکی) یا به اختصار GPU های خانگی بود، تکنولوژی که در اون یک چیپ جداگانه و بسیار پر قدرت برای پردازش موازی با CPU برای بهبود گرافیک استفاده میشد.

 

 


موزیک ویدیو  Dire Straits برای ترانه معروف Money For Nothing – ترانه "MTV خودم رو میخوام" – یکی از اولین نمونه های تصاویر تولید کامپیوتر کاملاً سه بعدی متحرک سازی شده بود


 

1.5 دهه 1990

بزرگترین نکته در دهه 90، ظهور مدلسازی 3D در ابعاد وسیع و بهبود قابل توجه در کیفیت کلی CGI بود. کامپیوترهای خانگی قادر به انجام رندرهایی شدند که قبل از این فقط محدود به ایستگاه های کاری (workstation) و با هزینه چند صد دلاری میشد؛ با در دسترس بودن مدلسازی 3D در سیستم های خانگی، محبوبیت ایستگاه های کاری Silicon Graphics کاهش پیدا کرد و به اهمیت دستگاه های قدرتمند Microsoft Windows و Apple Macintosh که محصولات Autodesk مثل 3D Studio یا سایر نرم افزارهای رندر خانگی رو اجرا میکردند افزوده شد. تا آخر این دهه، برتری GPU شروع شد و تا به امروز ادامه داره.

اولین گرافیک های رندر شده ای که برای چشمهای غیر آزموده واقعی (photorealistic) به نظر میومد پدیدار شدند (هنوز برای هنرمندان CGI که به این مسائل آشنا بودند اینطور به نظر نمیرسید) و گرافیک های 3D در بازی، چند رسانه ای و انیمیشن بیشتر محبوب شدند. در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90، اولین سریال های تلویزیونی با گرافیک کامپیوتری در فرانسه به نام La Vie de betes از استودیوی Mac Guff Ligne (1988)، سریال Les Fables Geometriques از استودیو Fantome (1989-1991) و Quarxs اولین سریال گرافیک کامپیوتری HDTV از Maurice Benayoun و Francois Schuiten (استودیوی Z-A سال 1990-1993) ساخته شدند.

در فیلم، Pixar فعالیت های تجاری جدیش رو در این دهه زیر نظر Edwin Catmull با انتشار اولین فیلم بلندش در 1995 یعنی Toy Story (داستان اسباب بازی ها) شروع کرد و در زمینه موفقیت تجاری و جلب نظر منتقدان یک زلزه نُه ریشتری ایجاد کرد. استودیوی که shader های قابل برنامه ریزی رو ساخته بود، آثار انیمیشنی موفق بیشتری تولید کرد و کارش روی انیمیشن ویدیوی پیش رندر شده همچنان در این صنعت جلودار و در زمینه تحقیقات پیشتاز بود.

در بازی های ویدیویی، در 1992، Virtual Racing که روی Sega Model 1 arcade system board اجرا میشد، پایه گذار بازی های مسابقه ای کاملاً 3D بود و 3D polygonal graphics رو در بین طیف وسیع تری از مخاطبان صنعت بازی های ویدیویی به محبوبیت رسوند. Sega Model 2 در 1993 و Sega Model 3 در 1996 به صورت پیوسته مرزهای گرافیک 3D بلادرنگ تجاری رو جابجا کردند. روی PC هم Wolfenstein 3D، Doom و Quake، سه تا از اولین بازی های اول شخص تیراندازی 3D به شدت محبوب، توسط id Software با تحسین منتقدان و علاقه مندان در طول این دهه با استفاده از موتور رندری که در ابتدا به وسیله John Carmack ابداع شده بود، منتشر شدند. Sony Playstation و Nintendo 64 در بین سایر کنسول ها، میلیون ها نسخه به فروش رفتند و گرافیک 3D رو برای بازیکن های خانگی به محبوبیت رسوندند. اولین نسل بازی های 3D در اواخر دهه 90 تأثیر زیادی در محبوبیت گرافیک 3D در بین کاربران کنسول ها داشتند، مثل بازی های پلتفرمی Super Mario 64 و The Legend of Zelda: Ocarina Of Time و اولین بازی های 3D مبارزه ای مثل Virtua Fighter، Battle Arena Toshinden و Tekken.

تکنولوژی و الگوریتم های رندرگیری به شدت بهبود پیدا میکردن. در 1996، Krishnamurty و Levoy نسخه بهبود یافته bump mapping از Jim Blinn رو با نام normal mapping (نگاشت نرمال) اختراع کردند. 1999 شرکت Nvidia، GeForce 256 اولیه رو منتشر کرد، اولین کارت ویدیویی که با عنوان graphics processing unit (واحد پردازنده گرافیکی) یا به اختصار GPU شناخته میشد، که به گفته خودشون شامل " جابجایی، نورپردازی، راه اندازی/clipping مثلثی، و موتورهای رندر یکپارچه شده" بود. تا اواخر این دهه، کامپیوترها به چهارچوبی معمول برای پردازش های گرافیکی مثل DirectX و OpenGL تبدیل شدند. از اون زمان، گرافیک کامپیوتری به خاطر سخت افزارهای گرافیکی قدرتمند و نرم افزارهای مدلسازی 3D فقط واقعی تر و جزئیاتشون بیشتر شده. AMD هم به توسعه دهنده پیشرو بردهای گرافیکی در این دهه تبدیل شد، و duopoly رو در این زمینه ساخت که تا به امروز وجود داره.

 

 


 پوستر سری Quarxs، Maurice Benayoun، Francois Schuiten، سال 1992


 

1.6 دهه 2000

CGI در این دهه در همه جا به صورت جدی حظور داشت. بازی های ویدیویی و CGI سینمایی در اواخر دهه 90 از گرافیک کامپیوتری به همه جا راه پیدا کرده بودند، و این روند در دهه 2000 با سرعت بیشتری ادامه پیدا کرد. به یکباره CGI برای تبلیغات تلویزیونی هم به طور گسترده در اواخر دهه 90 و دهه 2000 استفاده شد و به همین دلیل افراد زیادی باهاش آشنا شدن.

افزایش مداوم و رضایت روزافزون از واحد پردازش گرافیکی به شدت در این دهه تعیین کننده بود، و همینطور که GPU های گرافیکی 3D به عنوان یک ضرورت برای سازندگان کامپیوترهای خانگی درنظر گرفته میشدند، قابلیت های رندرگیری 3D به یک ویژگی استاندارد تبدیل شد. خط تولید کارت های گرافیکی Nvidia GeForce با رقابت هر از چندگاهی ATI، بازار رو در اوایل این دهه تحت سلطه خودش گرفت. با پیشروی در این دهه، با معرفی چیپست های ارزان قیمت و ادامه بر تسلط به بازار از سوی هر دوی Nvidia و AMD، حتی کامپیوترهای با مشخصات پایین هم معمولاً شامل یک GPU با قابلیت 3D میشدند. Shader ها که در دهه 1980 برای اجرای اختصاصی روی GPU معرفی شده بودند تا اواخر این دهه توسط بیشتر سخت افزارهای مصرف کنندگان پشتیبانی میشدند و به طور قابل توجهی به گرافیک ها سرعت بخشیدن و در texture و shading، از طریق به کارگیری وسیع normal mapping، bump mapping، و چندین تکنیک دیگه که اجازه شبیه سازی جزئیات زیادی رو میدادند، اجازه بهبود بسیار زیادی رو در گرافیک کامپیوتری دادند.

گرافیک کامپیوتری استفاده شده در فیلم ها و بازی های ویدیویی به تدریج شروع به واقعی شدن کردند و به مرز دره وهمی (uncanny valley) رسیدند. فیلم های CGI با فیلم های کارتونی انیمیشنی سنتی مثل Ice Age و Madagascar و تعدادی هم از Pixar مثل Finding Nemo گسترش پیدا کردند و گیشه سینماها رو اشغال کردند. Final Fantasy: The Spirits Within اولین فیلمی که به صورت کامل توسط کامپیوتر تولید شده بود و شخصیت های شبه واقعی CGI ای که با motion capture ساخته شده بودند داشت هم در سال 2001 منتشر شد. گرچه فیلم در گیشه موفق نبود. بعضی از مفسران این نظر رو داشتند که یکی از دلایل این میتونه باشه که شخصیت های اصلی CGI ویژگی های حالت های چهره ای داشتند که به دره وهمی میفتاد. فیلم های انیمیشنی دیگه ای مثل The Polar Express هم در این دوره توجه ها رو به خودشون جلب کردند. Star Wars هم پیش درآمد سه گانه خودش رو معرفی کرد و جلوه ها در فیلم به بالا بردن انتظارات از CGI ادامه دادند.

در بازی های ویدیویی، Sony PlayStation 2 و 3 ، کنسول های بازی Microsoft Xbox و تولیدات Nintendo مثل GameCube و همچنین Windows PC طرفداران زیادی پیدا کردند. عنوان های CGI مثل سری های Grand Theft Auto، Assassin’s Creed، Final Fantasy، Bioshock، Kingdom Hearts، Mirror’s Edge و موارد بسیار دیگه به سمت واقعی تر شدن رفتند، صنعت بازی های ویدیویی رو بزرگ تر کردند تا اینکه سود این صنعت با سود صنعت فیلم قابل مقایسه شد. شرکت Microsoft تصمیم گرفت تا DirectX رو با برنامه XNA راحت تر در اختیار توسعه دهندگان مستقل قرار بده، اما موق نبود. DirectX خودش یک موفقیت تجاری باقی موند. گرچه، OpenGL هم به بلوغ خودش ادامه داد، و هم OpenGL و هم DirectX به شدت بهبود داده شدن. زبان های shader نسل دوم HLSL و GLSL در این دهه محبوبیت پیدا کردند.

در پردازش های علمی، تکنیک GPGPU که مقادیر زیاد داده رو بین GPU و CPU مبادله میکرد ابداء شد؛ باعث سرعت بخشید به کار تحقیق در بسیاری از بخش های بیولوژی مولکولی و بیوانفورماتیک شد. این تکنیک همینطور برای Bitcoin و بینایی کامپیوتری مورد استفاده قرار گرفت.

 

 


 تصویری از Final Fantasy: The Spirits Within، سال 2001


 

 

1.7 دهه 2010

در نیمه ابتدایی دهه 2010، CGI تقریبا در همه ویدیوها وجود داره، گرافیک های پیش رندر شده از نظر علمی تقریباً واقع نمایانه (photorealistic) هستند، و گرافیک بلادرنگ روی سیستم مناسب با مشخصات خوب ، میتونه برای چشمان غیرآزموده واقع نمایی رو شبیه سازی کنه.

Texture mapping به پردازشی چند مرحله ای با چندین لایه رسیده؛ در کل استفاده از texture mapping، bump mapping یا isosurfaces، normal mapping، lighting maps شامل specular highlights و تکنیک های reflection و shadow volumes در یک موتور رندر با استفاده از shader ها که به طور قابل توجهی به بلوغ میرسند، کاملاً معمول هست. Shader ها حالا برای کارهای پیشرفته در این زمینه تقریباً خیلی ضروری هستند، پیچیدگی قابل توجهی رو در دستکاری پیکسل ها، نقاط و تکستچرها، و افکت های بیشمار بر پایه هر عنصر فراهم میکنه. زبان های shader اونها یعنی HLSL و GLSL رشته های فعال در زمینه تحقیق و توسعه هستند. Phyically-Based Rendering (رندر بر پایه فیریک) یا به اختصار PBR، که حتی نگاشت های بیشتری برای شبیه سازی واقعی جریان نور به کار میگیره هم یکی از محدوده های تحقیقاتی فعال به حساب میاد. تجربیاتی در زمینه قدرت پردازشی مورد نیاز برای فراهم کردن گرافیک بلادرنگ در حالت تفکیک پذیری بسیار بالا (urtla-high-resolution) مثل Urtla HD شروع شده، گرچه بیشتر روی سخت افزارهای پرقدرت هست و نه در دسترس همگان.

در سینما، بیشتر فیلم های انیمیشنی CGI هستند؛ تعداد زیادی فیلم های انیمیشنی CGI هر سال ساخته میشن، اما اگر نگیم هیچ کدوم، میشه گفت فقط تعداد کمی به خاطر ترس از دره وهمی سعی در واقع نمایانی (Photorealism) دارن. بیشترشون کارتون های 3D هستند.

 

 


 هنر روی بسته بندی Titanfall، سال 2014


  

در بازی های ویدویی، Xbox One از Microsoft، Sony Playstation 4 و Nintendo Wii U در حال حاظر فضای خانه ها رو پر کردن و قابلیت گرافیک 3D بسیار پیشرفته ای رو دارند؛ Windows PC هم همچنان یکی از فعال ترین پلتفرم های بازی هست.

 

جستجو

مقاله تصادفی

شناخت Flat Design

 


طراحی تخت (Flat Design ) مینیمال بوده (minimal) و از برجستگی ها ، رنگهای شیب دار (gradient) و سایه ها برای ایجاد ظاهری 2D و بدون هر افکت اضافی استفاده میکنه. مینیمالیسم (minimalism) و بازدهی (efficiency) در حال حاظر حرف اول رو میزنن ، به خصوص با تمرکز روی تایپوگرافی و محتوی.استفاده از طراحی تخت در طراحی وب  فراگیر شده اما در حال گسترش به تمامی جنبه های طراحی هست.

 

ادامه مطلب...

دانلود کنید

Facebook
Facebook
Google
Google

Go to top

CGCube. استفاده از مطالب سایت تنها با ذکر منبع مجاز است