Počítačová grafika - historie Vít Pászto vit.paszto(at)mvso.cz 19. 10. 2022 Období do 60. let 20. století • Rozvoj v souladu s rozvojem IT • John Whitney – otec počítačové grafiky – analogový počítač pro animace – video • Benjamin Laposky – první grafické obrázky – pomocí osciloskopu – osciloskop - přístroj vykreslující časový průběh měřeného napěťového signálu, princip FIFO (First In, First Out) – „elektronické abstrakce“ - úpravy elektronových paprsků zaznamenaných na vysokorychlostní film Období do 60. let 20. století • Rozvoj v souladu s rozvojem IT • John Whitney – otec počítačové grafiky – analogový počítač pro animace – video • Benjamin Laposky – první grafické obrázky – pomocí osciloskopu – osciloskop - přístroj vykreslující časový průběh měřeného napěťového signálu, princip FIFO – „elektronické abstrakce“ - úpravy elektronových paprsků zaznamenaných na vysokorychlostní film Období do 60. let 20. století • 1951 – J. Forrester a R. Everett z MIT – systém Whirlwind – sálový počítač zobrazující hrubé obrázky na televizní obrazovce nebo na visual display unit – zobrazování v reálném čase • 1955 – počítač SAGE (Semi-Automatic Ground Equipment) – Vycházel z Whirlwindu, zobrazoval radarová data pomocí vektoru (součást amerického protiraketového systému) • 1955 – tzv. světelné pero – light pen vstupní zařízení počítače umožňující „kreslit“ přímo na CRT (cathode ray tube - katodová trubice) Období do 60. let 20. století • 1951 – J. Forrester a R. Everett z MIT – systém Whirlwind – sálový počítač zobrazující hrubé obrázky na televizní obrazovce nebo na visual display unit – zobrazování v reálném čase • 1955 – počítač SAGE (Semi-Automatic Ground Equipment) – Vycházel z Whirlwindu, zobrazoval radarová data pomocí vektoru (součást amerického protiraketového systému) • 1955 – tzv. světelné pero – light pen vstupní zařízení počítače umožňující „kreslit“ přímo na CRT Období do 60. let 20. století • 1957 – počítačový pionýr Russell Kirsch – bubnový skener pro zaznamenání intenzity povrchu fotografie – první digitální obrázek získaný z analogové předlohy • 1959 – GM a IBM – DAC1 – Design Augmented by Computers-1 - pro vytváření návrhů automobilů – v podstatě první CAD (Computer-aided design) systém • 1960 – finite element method (metoda konečných prvků) – již ve 40. letech 20. století, až v 60. letech publikovány první seriózní práce – slouží k vytváření simulací a testování fyzikálních vlastností jakýchkoliv objektů z reálného světa – dělení na dílčí elementy Období do 60. let 20. století • 1957 – počítačový pionýr Russell Kirsch – bubnový skener pro zaznamenání intenzity povrchu fotografie – první digitální obrázek získaný z analogové předlohy • 1959 – GM a IBM – DAC1 – Design Augmented by Computers-1 - pro vytváření návrhů automobilů – v podstatě první CAD (Computer-aided design) systém • 1960 – finite element metody (metoda konečných prvků) – již ve 40. letech 20. století, až v 60. letech publikovány první seriózní práce – slouží k vytváření simulací a testování fyzikálních vlastností jakýchkoliv objektů z reálného světa Období do 60. let 20. století • 1960 – poprvé použito sousloví „počítačová grafika“ – připisováno Williamu Fetterovi (Boeing) – vývoj ergonomického popisu lidského těla - první 3D animovaný „drátový“ model – ikonické obrázky rané historie počítačové grafiky – tzv. Boeing Man Období do 60. let 20. století • 1961 – student MIT Steve Russell – první graficky-počítačová hru Spacewar! – využití osciloskopu Období do 60. let 20. století • Sketchpad – Počítač Lincoln TX-2, Ivan Sutherland z MIT, pracoval i se světelným perem – Jednoduché tvary na počítačovou obrazovku, uložit a znovu otevřít!!! – První program s GUI (graphical user interface) – Jeden z TOP programů v historii – vliv na budoucí vývoj v IT (mj. OOP – objektově orientované programování) Období 60. let – 70. let • Popularizace Bézierova algoritmu (Bézierova křivka) – Pierrem Bézier pracující v Renaultu – Pro kreslení 3D modelů karoserií automobilů • Bresenhamův liniový algoritmus – dokázal určit, které body na mřížce rastru budou vykreslovány tak, aby vytvořily přímou linii mezi počátečním a koncovým místem (rasterizace) Období 60. let – 70. let • 1963 – vyrobena první počítačová myš – Doug Engelbart – stojí i za rozvojem hypertextu, poč. sítí a GUI • 1966 – VICAR (Video Image Communication and Retrieval) – Program pro zpracování obrazu vyvinutý v NASA – Umožňoval zpracovávat snímky Měsíce zaznamenaných raketoplány • IBM – aktivní na poli počítačové grafiky – jako první uvedla na komerční trh grafický terminál IBM 2250 • Další „inovátoři“ v počítačové grafice – průmysl (Renault, Citroën, Boeing), IT (IBM), vládních instituce (NASA) + univerzity (MIT, University of Utah) Období 60. let – 70. let • Utah – David Evans – Laboratoř na počítačovou grafiku – Mnoho dnes základních technik vytvořeno zde – například Gouraudovo, Phongovo a Blinnovo stínování, texturování, algoritmy skrytých povrchů, zakřivený povrch, hardware pro vykreslování linií a rastrových obrázků v reálném čase, první virtuální realita a další – „draftovali“ Sutherlanda z MIT (Sketchpad), aby pracoval na Head Mounted Display (HMD) – Založili firmu – uvádění univerzitních vynálezů do praxe – Ve firmě pracovali – James Clark (zakladatel Silicon Graphics), Edwin Catmull (spoluzakladatel Pixaru), nebo John Warnock (spoluzakladatel Adobe Systems) Období 60. let – 70. let • 1968 – Arthur Appel – Tzv. ray casting, fotorealistické zobrazování 3D prostoru • 1968 – SSSR, Nikolay Konstantinov – pohyblivé zobrazení kočky – stovky obrazových rámců z abecedy – natočeno jako sekvence = první počítačová animace 70. léta • Několik zásadních věcí v oblasti počítačové grafiky – Mnohé spojeno s Edwinem Catmullem (Utah), např. vytvořil (a také poprvé viděl) svou vlastní animaci – John Warnock (Utah) – jazyk PostScript pro standardizovaný popis dokumentů, později byl u Adobe Photoshopu a After Effects • Hlavní pokrok ve 3D grafice – určení neviditelných povrchů (Hidden surface determination) – rozeznání, co je „před“ a „za“ objektem – počítač „ukryl“ tu část obrazu, která je při renderování objektu neviditelná z pohledu uživatele. – 1977 – koncept The 3D Core Graphics System, první standard 70. léta • První využití počítačové grafiky ve filmu – Často drátové modely – Třetí film v historii s počítačovou grafikou – Star Wars (ep. IV Nová naděje) 70. léta • První využití počítačové grafiky ve filmu – Často drátové modely – Třetí film v historii s počítačovou grafikou – Star Wars (ep. IV Nová naděje) 70. léta • Hra Pong na Atari – stolní tenis a v reálném čase • Space Invaders – Využity tzv. sprajty – 2D obrázky umístěné do širší scény hry 70. léta • Prosazuje se i rastrová grafika • První skenery CT ve zdravotnictví • 1977 – Apple II – první osobní počítač s grafickým výstupem • Bump mapping – technika texturování, která vytváří iluzi nerovnosti povrchu bez změny jeho geometrie 80. léta • Prosazují se domácí počítače  počítačová grafika k „lidem“ • Dostupnost „výkonných“ 16bitových procesorů  obliba pracovních stanic (Orca 1000) • Osobní počítače, zejm. Commodore Amiga/64 a Apple Macintosh – 64ka umožňovala práci s rastrovou grafikou a dal se k němu připojit běžný televizor jako zobrazovací zařízení – Apple – první desktop publishing (DTP) • 1985 – MS Paint (Malování) – Rastrově kreslící program 80. léta • 1981 – v oblasti CAD vyvinut 3D balík CATIA (dodnes) • 1982 – AutoCAD (tehdy pouze drátový model) • Většina počítačů má GUI – pro obrázky, symboly, ikony (místo textu) • LINKS-1 Computer Graphics System – Osaka (Japonsko) – 257 mikroprocesorů k vykreslení realistické 3D počítačové grafiky – Do r. 1984 to byl nejvýkonnější počítač na světě 80. léta • Kinematografický tvorba – počítačově generovaná grafika a animace (angl. computer generated graphics – CGI - Computer Generated Imagery) – zavedení barevného klíčování (angl. bluescreen, chroma key, colour keying) • 1988 – první programy pro stínování (tzv. shadery) – později pro tvorbu speciálních efektů a post-procesingu videí • Konec 80. let – počítače od Silicon graphics – Použity pro první kompletně CGI filmy od Pixaru 80. léta • Zlatá éra videoher – Společnosti Atari, Sega či Nintendo – Populární byly grafické programy běžící pod MS-DOS, či na počítačích Apple II, Macintosh, nebo Amiga – Nutno pracovat i s 3D grafikou  inovace  vývoj grafických procesorů (angl. graphics processing unit – GPU) – Zavedeny standardy VGA (Video Graphics Array) a SVGA (Super Video Graphics Array) 90. léta • V duchu 3D modelování v mnoha oblastech • Inovace na poli CGI (Computer Generated Imagery) • Domácí počítače konkurenceschopné „profíkům“ (ale stále drahé) • GPU jako zásadní prvek počítače • Renderovaná grafika, která měla blízko fotorealistickým zobrazením 90. léta • 1992 – Virtua Racing (Sega 1) – položila základy plně 3D závodních her a zpopularizovala real-time 3D grafiku založenou na vykreslení polygonů (mnohostěn) • Na PC slavné hry: – Wolfstein 3D (první tzv. „first-person-shooter“ hra) – Doom – Quake • Konzolové systémy: – Sony Playstation, Sega Saturn a Nintendo 64 – Hry jako Mario 64, Virtua Fighter nebo Tekken 90. léta • 1990 – první verze Adobe Photoshop/Paintshop • 1996 – vylepšen bump mapping (nehladké povrchy) • 1999 – NVidia vydala grafickou kartu GeForce 256 • Implementovány prvky jako DirectX či OpenGL – rychlejší a kvalitnější práce ve spolupráci s hardwarovou komponentou • 1993 – vyvinut první webový prohlížeč s názvem Mosaic – zobrazoval text a obrázky vedle sebe • 1996 – GIMP (GNU Image Manipulation Program) • 1999 – W3C vyvíjí formát SVG 21. století • CGI (Computer Generated Imagery) – nejpoužívanější technologií – Masově například pro reklamy – Ve filmu už tak na úrovni, že nelze rozeznat reálnou scénu a fikci – Klasické animované filmy nahrazovány téměř dokonalou grafikou  popularita filmů jako Doba ledová, Madagaskar nebo Hledá se Nemo – Nové epizody SW  posunutí nasazení CGI o stupeň výše • GPU – zlepšování  realističtější a detailnější grafika • Videohry: – Sony PlayStation, MS Xbox, Nintendo, ale i hry na PC – Například Grand Theft Auto, Assassin’s Creed či Final Fantasy 21. století • Věda: – byla vyvinuta technika GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units)  paralelně posílat velké objemy dat GPU a CPU – GPU už tak dobrý, že „pomáhá“ CPU • 2007 – Apple iPhone a iPod Touch – První mobilní přístroje ovládané dotykem pouze přes GUI 21. století • Texturování 3D objektů jako několika stupňovým proces: – běžné texturování – bump mapping nebo isopovrchy (vykreslování povrchů obarvených na základě stejných hodnot) – tzv. light mapping (obarvená pixelů objektu dle jeho hodnoty) – odrazové techniky, shadery a další • Vykreslování základě reálných předloh (angl. physically based rendering – PBR) – snaha simulovat interakci materiálů a světla, která nastává v reálném světě 21. století • Podpovrchové šíření světla (angl. subsurface scattering) – simuluje částečnou průsvitnosti objektů • Experimentování s real-time grafikou a v UltraHD • CGI (Computer Generated Imagery) tak dobré, že se začaly objevovat v tzv. uncanny valley 21. století • Červenec 2017 21. století • Červenec 2017 Počítačová grafika - historie Vít Pászto vit.paszto(at)mvso.cz 19. 10. 2022