Развитие компьютерной графики и первая советская анимация
Впервые термин «компьютерная графика» ввел инженер-дизайнер Уильям Феттер, сотрудник авиастроительной компании «Боинг», в 1960 году. Он занимался отрисовкой дизайна кабины пилотов и именно так описал свою деятельность в отчетных документах. Спустя четыре года Феттер создал первую графическую модель человека, получившую название «человека Боинга».
В 1963 году Айвен Сазерленд, американский программист из МТИ создал первый графический интерфейс — комплекс Sketchpad. Он стал первым векторным редактором, который позволял работать с точками, линиями и окружностями, с помощью светового пера. В этом же году программист Эдвард Зейджек представил миру первую компьютерную анимацию. Она показывала движение спутника вокруг Земли. Для ее создания использовалась программа ORBIT, а обработка осуществлялась на компьютерах серий IBM 7090 и 7094.
Первая советская анимация была создана в 1968 году кафедрой учебной и научной фотографии и кинематографии МГУ. Это небольшой анимационный этюд о кошке, полностью созданный Большой электронной вычислительной машиной, или БЭСМ-4, которая решала дифференциальные уравнения.
В 1972 году Эдвин Катмулл представил первое в мире 3D-изоображение. Им стала его собственная левая рука, текстурированная в виде проволочной структуры. Сейчас Эдвин Катмулл — один из ведущих сотрудников анимационных корпораций Pixar и Walt Disney Animation Studios. Именно Pixar в 1995 году создали первый в истории мультфильм, выполненный только средствами компьютерной графики (иными словами, технологии CGI) — «Историю Игрушек».
В конце семидесятых годов индустрия персональных компьютеров приближается к пику своего развития. Теперь устройства есть не только на рабочих места и в специализированных учреждениях, но и дома у каждого желающего. Именно в это время зарождается индустрия видеоигр и компьютерных игр, для которых компьютерная графика — один из решающих факторов.
С развитием видеосистемы персональных компьютеров в восьмидесятые графика становится более детализированной и лучше передает цвет. Графическое моделирование позволяет создавать полноценные трехмерные объекты. Для этого необходимо пройти через пять последовательных технических этапов. Начать необходимо с создания трехмерной математической модели, которой назначаются растровые или процедурные текстуры — прозрачность, шероховатость и другие свойства материалов. После этого происходит работа с установкой источников света и анимированием модели. Для того, чтобы достичь максимального уровня реализма разработчики пользуются динамической симуляцией, а после приступают к рендерингу — отрисовке изображения по модели с помощью одной из компьютерных программ.
В современных компьютерных играх и фильмах бывает сложно отличить графику от реального изображения. Во многом это связано с развитием технологии захвата изображения, или motion capture — метод анимации персонажа, при котором движения реального человека оцифровываются и переносятся на трехмерную модель. Так, одним из самых известных современных проектов, использовавших в графике технологию захвата движения, стала игра французской компании Quantic Dreams «Детройт: стать человеком». В создании игры приняло участие 250 актеров, на основе мимики и действий которых создавалась графика.
Как детали заставляют игрока поверить в реальность виртуального мира
Сергей Иванов, эксперт в области компьютерной графики студии Gaijin, не понаслышке знает о том, как создается игровой мир.
«Каждый день я и мои коллеги, в первую очередь, поддерживаем работоспособность игры, чиним баги, решаем проблемы с оптимизацией или нюансами на отдельных платформах и компьютерах. Одновременно с этим, у нас есть большая задача — придумать что-то новое: графическую технологию, визуальный эффект, а иногда и режим отображения. Наш основной проект — игра War Thunder — это бесплатная многопользовательская онлайн-игра, посвященная боевой технике Второй мировой войны и периода Холодной войны.
На мой взгляд, самым важным этапом в истории развития компьютерной графики был переход игр в трехмерное пространство. Именно это обеспечило новый уровень интерактивности и погружения игрока в среду. После этого был серьезный скачок в дизайне и реализме. Первый и второй DOOM, Duke Nukem 3D, первый и второй Quake — красивые игры, но их технология и дизайн были нарочито нереалистичными.
Если же обратить внимание на игру Half-Life, то там и в дизайне, и в визуальной составляющей эффектов разработчики стремились к максимальному правдоподобию картинки с реалистичной гаммой и текстурами.
В 2003-2004 году начала создаваться полноценная лицевая анимация и в игры пришла физика. Это следующий важный этап в развитии графики. Графические программисты — это люди с физико-математическим образованием. Вся компьютерная графика — сочетание линейной алгебы, интегралов, производных, дифференциальных уравнений. Реальность, в которой мы живем, подчиняется законам физики, написанным на математическом языке. Эта физика переносится в виртуальные миры, насколько это позволяют современные технологии. Иногда игрока приходится обманывать — и вместо настоящей и честной физики показывать что-то, что лишь выглядит правдоподобно.
Примером лучшей игры с точки зрения графики и дизайна я считаю Half-Life 2. Я был в нее влюблен, именно она определила мое желание заниматься играми и графикой. Для 2004 года там была применена масса новых технологий — самая совершенная на тот день физика, лицевая анимация, обилие карт нормалей и отражений. Эти достижения были так прочно вплетены в игровой процесс и сцены, так грамотно использованы, что казалось, что эта игра из будущего, а не из 2004 года. И даже сегодня из-за грамотного использования этих средств игра выглядит хорошо и стильно — хотя, конечно же, она давно устарела».
В будущем в компьютерной графике должен произойти новый скачок в области интерактивности и переплетении визуальной части картинки и ее физики, считает Сергей. «Физика всегда 'отстает' — в играх появляется все больше маленьких деталей и элементов, но с ними зачастую нельзя по-настоящему взаимодействовать, например, скосить траву или поворочать камень в ручье. Сами камни и трава есть, но их интерактивность очень ограничена.
Поэтому такой восторг у пользователей вызывает появление в игре какой-то мелочи, которая дает возможность взаимодействовать с собой. В упомянутой Half-Life 2 можно было сложить кучу из мусора и забраться на нее, швырнуть мелкую банку в полицейского. Это не обязательные задания, чтобы пройти сюжет или раскрыть персонажей, но именно такие детали заставляют верить в реальность виртуального мира».
Это тоже интересно: