رسومات ثلاثية الأبعاد ومبادئ العمل. تطور البكسل: حقائق غير معروفة حول تاريخ رسومات الكمبيوتر. إنشاء الرسوم المتحركة وظهور "الحركة الحية"

من المحتمل أنك تقرأ هذه المقالة على شاشة كمبيوتر أو جهاز محمول - شاشة بها الأبعاد الفعلية، الطول والعرض. ولكن عندما تشاهد ، على سبيل المثال ، الرسوم المتحركة Toy Story أو تلعب لعبة Tomb Raider ، ترى عالماً ثلاثي الأبعاد. أحد أكثر الأشياء المدهشة حول العالم ثلاثي الأبعاد هو أن العالم الذي تراه يمكن أن يكون العالم الذي نعيش فيه ، أو العالم الذي سنعيش فيه غدًا ، أو العالم الذي يعيش فقط في أذهان المبدعين في فيلم أو لعبة. ويمكن أن تظهر كل هذه العوالم على شاشة واحدة فقط - وهذا مثير للاهتمام على الأقل.

كيف يخدع الكمبيوتر أعيننا في التفكير في أننا ننظر إلى شاشة مسطحة لرؤية عمق الصورة المعروضة؟ كيف يصنعها مطورو الألعاب بحيث نرى شخصيات حقيقية تتحرك في مشهد حقيقي؟ سأخبرك اليوم عن الحيل البصرية المستخدمة مصممي الجرافيك، وكيف يعمل كل شيء ويبدو بسيطًا جدًا بالنسبة لنا. في الواقع ، كل شيء ليس بسيطًا ، وللتعرف على شكل الرسومات ثلاثية الأبعاد ، انطلق تحت القص - ستجد هناك قصة رائعة ، وأنا متأكد من أنك ستغرق فيها بسرور غير مسبوق.

ما الذي يجعل الصورة ثلاثية الأبعاد؟

الصورة التي تحتوي على ارتفاع وعرض وعمق أو تظهر أنها ثلاثية الأبعاد (3D). الصورة التي لها ارتفاع وعرض ولكن بدون عمق تكون ثنائية الأبعاد (2D). ذكرني أين ترى صورًا ثنائية الأبعاد؟ - عمليا في كل مكان. تذكر حتى الرمز المعتاد على باب المرحاض ، والذي يشير إلى حجرة لطابق أو آخر. تم تصميم الرموز بطريقة تمكنك من التعرف عليها والتعرف عليها في لمح البصر. لهذا السبب يستخدمون فقط الأشكال الأساسية. المزيد من المعلومات التفصيلية حول أي رمز يمكن أن تخبرك بنوع الملابس التي يرتديها هذا الرجل الصغير ، أو المعلقة على الباب ، أو لون الشعر ، على سبيل المثال ، رموز باب المرحاض الخاص بالنساء. هذا أحد الاختلافات الرئيسية بين طريقة استخدام الرسومات ثلاثية الأبعاد وثنائية الأبعاد: الرسومات ثنائية الأبعاد بسيطة ولا تنسى ، بينما تستخدم الرسومات ثلاثية الأبعاد مزيدًا من التفاصيل وتناسب المزيد من المعلومات في كائن يبدو عاديًا.

على سبيل المثال ، تحتوي المثلثات على ثلاثة خطوط وثلاث زوايا - كل ما تحتاجه لمعرفة ما يتكون منه المثلث وما هو في الواقع. ومع ذلك ، انظر إلى المثلث من الجانب الآخر - الهرم عبارة عن هيكل ثلاثي الأبعاد بأربعة جوانب مثلثة. يرجى ملاحظة أنه في هذه الحالة يوجد بالفعل ستة خطوط وأربع زوايا - وهذا ما يتكون منه الهرم. شاهد كيف يمكن أن يتحول كائن عادي إلى كائن ثلاثي الأبعاد ويحتوي على المزيد من المعلومات اللازمة لرواية قصة مثلث أو هرم.

لمئات السنين ، استخدم الفنانون بعض الحيل البصرية التي يمكن أن تجعل صورة مسطحة ثنائية الأبعاد نافذة حقيقية على العالم الحقيقي. عالم ثلاثي الأبعاد. يمكنك أن ترى تأثيرًا مشابهًا في الصور العادية التي يمكنك مسحها ضوئيًا وعرضها على شاشة الكمبيوتر: تظهر الأشياء الموجودة في الصورة أصغر عندما تكون بعيدة ؛ يتم التركيز على الكائنات القريبة من عدسة الكاميرا ، مما يعني ، وفقًا لذلك ، أن كل شيء خلف العناصر في التركيز البؤري ضبابي. تميل الألوان إلى أن تكون أقل حيوية إذا لم يكن الهدف قريبًا. عندما نتحدث عن الرسومات ثلاثية الأبعاد على أجهزة الكمبيوتر اليوم ، فإننا نتحدث عن الصور التي تتحرك.

ما هي الرسومات ثلاثية الأبعاد؟

بالنسبة للكثيرين منا ، اللعب على جهاز كمبيوتر شخصي أو جهاز محمول أو نظام ألعاب متقدم بشكل عام هو المثال الأكثر لفتًا للنظر والطريقة الأكثر شيوعًا التي يمكننا من خلالها التفكير في الرسومات ثلاثية الأبعاد. يجب أن تمر كل هذه الألعاب ، وهي أفلام رائعة تم إنشاؤها بمساعدة الكمبيوتر ، بثلاث خطوات أساسية لإنشاء وتقديم مشاهد ثلاثية الأبعاد واقعية:

1. إنشاء عالم افتراضي ثلاثي الأبعاد
2. تحديد أي جزء من العالم سيتم عرضه على الشاشة
3. تحديد شكل البكسل على الشاشة بحيث تظهر الصورة الكاملة بأكبر قدر ممكن من الواقعية

إنشاء عالم افتراضي ثلاثي الأبعاد
العالم الافتراضي ثلاثي الأبعاد ، بالطبع ، يختلف عن العالم الحقيقي. يعد إنشاء عالم افتراضي ثلاثي الأبعاد عملاً معقدًا على تصور الكمبيوتر لعالم مشابه للعالم الحقيقي ، حيث يتم استخدام عدد كبير من الأدوات والذي يتضمن تفاصيل عالية للغاية. خذ ، على سبيل المثال ، جزءًا صغيرًا جدًا من العالم الحقيقي - يدك وسطح المكتب الموجود أسفله. تتمتع يدك بصفات خاصة تحدد كيف يمكنها التحرك والشكل الخارجي. تنحني مفاصل الأصابع باتجاه راحة اليد فقط وليس عكسها. إذا ضربت الطاولة ، فلن يحدث لها أي إجراء - الطاولة صلبة. وفقًا لذلك ، لا يمكن أن تمر يدك عبر سطح المكتب الخاص بك. يمكنك إثبات صحة هذا البيان من خلال النظر إلى شيء طبيعي ، ولكن في العالم الافتراضي ثلاثي الأبعاد ، تختلف الأشياء تمامًا - لا توجد طبيعة في العالم الافتراضي ، ولا توجد أشياء طبيعية مثل يدك ، على سبيل المثال. الكائنات في العالم الافتراضي اصطناعية تمامًا - وهذه هي الخصائص الوحيدة التي تُمنح لها باستخدامها البرمجيات. يستخدم المبرمجون أدوات خاصة ويصممون عوالم ثلاثية الأبعاد افتراضية بعناية فائقة بحيث يتصرف كل شيء فيها دائمًا بطريقة معينة.

أي جزء من العالم الافتراضي يظهر على الشاشة؟
في أي لحظة ، تظهر الشاشة جزءًا صغيرًا فقط من العالم الافتراضي ثلاثي الأبعاد الذي تم إنشاؤه للعبة الكمبيوتر. ما يظهر على الشاشة عبارة عن مجموعات معينة من الطرق التي يتم من خلالها تعريف العالم ، وأين تقرر أين تذهب وماذا تراه. بغض النظر عن المكان الذي تتجه إليه - للأمام أو للخلف ، لأعلى أو لأسفل ، لليسار أو لليمين - يحدد العالم الافتراضي ثلاثي الأبعاد من حولك ما تراه عندما تكون في وضع معين. ما تراه يبدو منطقيًا من مشهد إلى آخر. إذا كنت تنظر إلى شيء من نفس المسافة ، بغض النظر عن الاتجاه ، يجب أن يبدو مرتفعًا. يجب أن ينظر كل كائن ويتحرك بطريقة تجعلك تعتقد أن له نفس كتلة الجسم الحقيقي ، وأنه صلب أو ناعم مثل الجسم الحقيقي ، وما إلى ذلك.

المبرمجون الذين يكتبون ألعاب الكمبيوتر، بذل الكثير من الجهد في تصميم عوالم افتراضية ثلاثية الأبعاد وصنعها بحيث يمكنك التجول فيها دون أن تصطدم بأي شيء يجعلك تعتقد أن "هذا لا يمكن أن يحدث في هذا العالم!". آخر شيء تريد رؤيته هو جسمان صلبان يمكنهما المرور من خلال بعضهما البعض. هذا تذكير صارخ بأن كل ما تراه مزيف. تتضمن الخطوة الثالثة على الأقل عددًا من العمليات الحسابية مثل الخطوتين الأخريين ويجب أن تتم أيضًا في الوقت الفعلي.

CGI على اليسار ، ممثل mocap على اليمين

الإضاءة والمنظور

عندما تدخل غرفة ، تقوم بتشغيل الضوء. ربما لا تقضي الكثير من الوقت في التفكير في كيفية عمله بالفعل وكيف ينتشر الضوء من المصباح في جميع أنحاء الغرفة. لكن الأشخاص الذين يعملون باستخدام الرسومات ثلاثية الأبعاد يحتاجون إلى التفكير في الأمر ، لأن جميع الأسطح والإطارات السلكية المحيطة وأشياء من هذا القبيل بحاجة إلى الإضاءة. تتضمن إحدى الطرق ، تتبع الأشعة ، المسارات التي تأخذ أشعة الضوء لأنها تغادر المصباح وترتد عن المرايا والجدران والأسطح العاكسة الأخرى ، وتهبط أخيرًا على أجسام بكثافة متفاوتة من زوايا مختلفة. هذا صعب ، لأنه يمكن أن يكون هناك شعاع واحد من مصباح كهربائي واحد ، ولكن في معظم الغرف يتم استخدام عدة مصادر للضوء - عدة مصابيح ، مصابيح السقف(الثريات) ومصابيح الأرضية والنوافذ والشموع وما إلى ذلك.

تلعب الإضاءة دورًا رئيسيًا في تأثيرين يمنحان المظهر والوزن والصلابة الخارجية للكائنات: التظليل والظلال. التأثير الأول ، التعتيم ، هو المكان الذي يسقط فيه المزيد من الضوء على جانب واحد من الجسم أكثر من الآخر. يمنح التعتيم الموضوع الكثير من الطبيعة. هذا التظليل هو ما يجعل طيات اللحاف عميقة وناعمة ، وتبدو عظام الوجنتين المرتفعة ملفتة للنظر. تعزز هذه الاختلافات في شدة الضوء الوهم العام بأن الهدف له عمق وكذلك ارتفاع وعرض. يأتي وهم الكتلة من التأثير الثاني ، الظل.

المواد الصلبةتلقي بظلالها عندما يضربها الضوء. يمكنك أن ترى هذا عندما تشاهد الظل الذي تلقيه ساعة شمسية أو شجرة على الرصيف. لذلك ، تعودنا على رؤية أشياء حقيقية وأشخاص يلقيون بظلالهم. في 3D ، الظل ، مرة أخرى ، يعزز الوهم من خلال خلق تأثير الوجود في العالم الحقيقي ، بدلاً من شاشة من الأشكال المولدة رياضيًا.

إنطباع
المنظور هو كلمة واحدة يمكن أن تعني الكثير ، لكنها في الواقع تصف تأثيرًا بسيطًا رآه الجميع. إذا وقفت على جانب طريق طويل ومستقيم ونظرت إلى المسافة ، فيبدو كما لو أن كلا جانبي الطريق يتقاربان عند نقطة واحدة في الأفق. أيضًا ، إذا كانت الأشجار قريبة من الطريق ، فإن الأشجار البعيدة ستبدو أصغر من الأشجار الأقرب إليك. في الواقع ، سيبدو أن الأشجار تتقارب عند نقطة معينة في الأفق تكونت بالقرب من الطريق ، لكن هذا ليس هو الحال. عندما تظهر جميع الكائنات في المشهد وكأنها تتقارب عند نقطة واحدة في المسافة ، فهذا منظور. هناك العديد من الاختلافات في هذا التأثير ، ولكن معظمها رسومات ثلاثية الأبعاديستخدم وجهة نظر واحدة وصفتها للتو.

عمق الميدان

تأثير بصري آخر تم استخدامه بنجاح لإنشاء رسومات ثلاثية الأبعاد هو عمق المجال. باستخدام مثال الشجرة الخاص بي ، هناك شيء آخر مثير للاهتمام يحدث إلى جانب ما سبق. إذا نظرت إلى الأشجار القريبة منك ، فإن الأشجار البعيدة تبدو بعيدة عن البؤرة. يستخدم صانعو الأفلام ورسامي الرسوم المتحركة بالكمبيوتر هذا التأثير ، عمق المجال ، لغرضين. الأول هو تعزيز وهم العمق في المشهد الذي يشاهده المستخدم. الهدف الثاني هو أن يستخدم المخرجون عمق المجال لتركيز انتباههم على الموضوعات أو الممثلين الأكثر أهمية. لجذب انتباهك إلى شخص ليس بطلة في فيلم ، على سبيل المثال ، يمكن استخدام "عمق مجال ضحل" ، حيث يكون الممثل فقط هو موضع التركيز. على العكس من ذلك ، فإن المشهد الذي تم تصميمه لإثارة إعجابك سيستخدم "عمق المجال العميق" بحيث يكون أكبر عدد ممكن من العناصر في بؤرة التركيز وبالتالي تكون مرئية للمشاهد.

التنعيم

التأثير الآخر الذي يعتمد أيضًا على خداع العين هو الصقل. تعد أنظمة الرسومات الرقمية مناسبة جدًا لإنشاء خطوط واضحة. ولكن يحدث أيضًا أن يكون للخطوط القطرية اليد العليا (تظهر أيضًا في كثير من الأحيان في العالم الحقيقي ، ثم يعيد الكمبيوتر إنتاج خطوط تشبه السلالم (أعتقد أنك تعرف ما هو السلم عندما تنظر إلى كائن الصورة في التفاصيل)). وبالتالي ، لخداع عينه لرؤية منحنى أو خط ناعم ، يمكن للكمبيوتر إضافة ظلال معينة من الألوان إلى صفوف البكسل المحيطة بالخط. هذه " باللون الرمادي»بكسل الكمبيوتر يخدع عينيك فقط ، وفي الوقت نفسه تعتقد أنه لم يعد هناك خطوات خشنة. تسمى هذه العملية لإضافة وحدات بكسل ملونة إضافية لخداع العين بمضاد التعرج ، وهي إحدى التقنيات التي يتم إنشاؤها يدويًا بواسطة رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد. مهمة أخرى صعبة للكمبيوتر هي إنشاء رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد ، سيتم تقديم مثال لها في القسم التالي.

أمثلة حقيقية

عندما يتم استخدام جميع الحيل التي وصفتها أعلاه معًا لإنشاء مشهد حقيقي مذهل ، فإن النتيجة تستحق الجهد المبذول. يتم دمج أحدث الألعاب والأفلام والأشياء التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر مع الخلفيات الفوتوغرافية - وهذا يعزز الوهم. يمكنك رؤية نتائج مذهلة عند مقارنة الصور والمشهد الذي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر.

تُظهر الصورة أعلاه مكتبًا نموذجيًا يستخدم رصيفًا للدخول. في إحدى الصور التالية ، وُضعت كرة بسيطة صلبة اللون على الرصيف ، وبعد ذلك تم تصوير المشهد. الصورة الثالثة هي بالفعل استخدام برنامج رسومات بالكمبيوتر ، والذي أنشأ الكرة التي لا توجد في الواقع في هذه الصورة. هل يمكنك معرفة ما إذا كانت هناك اختلافات كبيرة بين هاتين الصورتين؟ أعتقد لا.

إنشاء الرسوم المتحركة وظهور "الحركة الحية"

حتى الآن ، نظرنا إلى الأدوات التي تجعل أي صورة رقمية تبدو أكثر واقعية - سواء كانت الصورة ثابتة أو جزءًا من تسلسل للرسوم المتحركة. إذا كان تسلسلًا متحركًا ، فسيستخدم المبرمجون والمصممين حيلًا بصرية مختلفة لإضفاء مظهر "الحدث المباشر" بدلاً من الصور التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر.

كم عدد الإطارات في الثانية؟
عندما تذهب لمشاهدة فيلم فخم في السينما المحلية ، فإن سلسلة من الصور تسمى اللقطات تعمل بمعدل 24 إطارًا في الثانية. نظرًا لأن شبكية العين تحتفظ بالصورة لمدة أطول بقليل من 1/24 من الثانية ، فإن عيون معظم الناس ستدمج الإطارات في صورة واحدة مستمرة للحركة والعمل.

إذا كنت لا تفهم ما كتبته للتو ، فانظر إليه من الجانب الآخر: هذا يعني أن كل إطار في الفيلم عبارة عن صورة فوتوغرافية تم التقاطها بسرعة غالق (تعرض) تبلغ 1/24 ثانية. وبالتالي ، إذا نظرت إلى أحد الإطارات العديدة لفيلم سباق ، فسترى أن بعض سيارات السباق "غير واضحة" لأنها كانت تسير بسرعة عالية بينما كان مصراع الكاميرا مفتوحًا. هذا التعتيم على الأشياء التي تم إنشاؤها بواسطة الحركة السريعة هو ما اعتدنا على رؤيته ، وهو جزء مما يجعل الصورة حقيقية بالنسبة لنا عندما ننظر إليها على الشاشة.

ومع ذلك ، فإن الصور الرقمية ثلاثية الأبعاد ليست صورًا فوتوغرافية بعد كل شيء ، لذلك لا يحدث أي تأثير ضبابي عندما يتحرك كائن عبر الإطار أثناء الالتقاط. لجعل الصور أكثر واقعية ، يجب أن يضيف المبرمجون التعتيم صراحةً. يعتقد بعض المصممين أن الأمر يتطلب أكثر من 30 إطارًا في الثانية "للتغلب" على هذا النقص في الضبابية الطبيعية ، ولهذا السبب دفعوا الألعاب للوصول إلى مستوى جديد - 60 إطارًا في الثانية. في حين أن هذا يسمح لكل صورة فردية بالبحث بتفاصيل رائعة وعرض الكائنات المتحركة بزيادات أصغر ، إلا أنه يزيد بشكل كبير من عدد الإطارات لتسلسل رسوم متحركة معين. هناك أجزاء أخرى محددة من الصور حيث يجب التضحية بالعرض الدقيق للكمبيوتر من أجل الواقعية. هذا ينطبق على كل من الأجسام المتحركة والثابتة ، ولكن هذه قصة أخرى.

دعونا ننتهي

تستمر رسومات الكمبيوتر في إبهار العالم بأسره من خلال إنشاء وإنشاء مجموعة متنوعة من الكائنات والمشاهد الواقعية المتحركة وغير المتحركة. مع 80 عمودًا و 25 سطرًا من النص الأحادي اللون ، قطعت الرسومات شوطًا طويلاً ، والنتيجة واضحة - الملايين من الأشخاص يلعبون الألعاب ويشغلون جميع أنواع المحاكاة باستخدام تكنولوجيا اليوم. ستجعل المعالجات ثلاثية الأبعاد الجديدة تشعر نفسها أيضًا - فبفضلها ، سنتمكن حرفياً من استكشاف عوالم أخرى وتجربة أشياء لم نجرؤ على تجربتها أبدًا الحياه الحقيقيه. أخيرًا ، لنعد إلى مثال الكرة: كيف تم إنشاء هذا المشهد؟ الجواب بسيط: الصورة بها كرة تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. ليس من السهل معرفة أيهما حقيقي ، أليس كذلك؟ عالمنا مذهل ويجب علينا أن نرقى إليه. أتمنى أن تكون مهتمًا وتعلمت لنفسك جزءًا آخر من المعلومات الشيقة.

أولئك المشاركون في تطوير الرسومات ثلاثية الأبعاد يعرفون جيدًا أن النجاح في إتقان هذا المجال يعتمد كليًا على الصبر. من المستحيل إتقان هذا العلم بـ "ضربة سريعة" ؛ فهذا يتطلب إعدادًا طويلاً. من خلال التجربة والخطأ ، وبعد قراءة الكثير من الأدبيات التربوية ، وبعد انتظار كثير مملة لعرض المشهد الأخير ، تظهر البصيرة أخيرًا: "هكذا كان يجب أن يتم ذلك!".

مثل رياضي يشحذ مهاراته معدات رياضية، يستخدم مصمم رسومات الكمبيوتر نفس إنشاءات النماذج مرارًا وتكرارًا ، مما يساعده على فهم تعقيدات العمل مع البرنامج. تم استخدام الصور والنماذج المألوفة لديه لاختبار الوظائف المختلفة للمحرر ثلاثي الأبعاد لفترة طويلة لدرجة أنها تبدو أدوات عادية تمامًا. وفي الوقت نفسه ، لا يشبه الكثير منهم على الإطلاق الوسائل "القياسية". نموذج إبريق الشاي ، رأس قرد ثلاثي الأبعاد وأشياء غريبة أخرى - من أين أتوا؟

يعتقد الكثير من الناس أن التواجد في برامج تطوير رسومات ثلاثية الأبعاد لنماذج غير عادية مثل Suzanne أو Teapot يعد اكتشافًا رائعًا للمطورين. في الواقع ، على عكس الكائنات البسيطة الصحيحة مثل الكرة أو الأسطوانة أو المكعب أو المخروط ، تبدو النماذج ذات الأشكال الهندسية غير العادية أكثر طبيعية. هناك أكثر شكل معقديسمح لك باكتشاف العيوب في الإضاءة والمواد بسرعة. باستخدام هذه الكائنات ، من المريح جدًا تجربة النمذجة وممارستها.

⇡ الحياة الصعبة لإبريق شاي بسيط

أحيانًا يكون مصير بعض الأشياء غير عادي للغاية. عندما اشترى مارتن نيويل وزوجته ساندرا إبريق شاي من متجر في سولت ليك سيتي في عام 1974 ، لم يتخيلوا أبدًا أن العالم بأسره سيعرف حرفياً عن هذا الشيء في المستقبل.

كان أكثر أباريق الشاي الخزفية شيوعًا التي تنتجها شركة ميليتا الألمانية. شكل بسيط للغاية - مدور قليلاً ، مع غطاء. لم يكن به أي تصميم أو نمط ، فقط إبريق شاي أبيض أنيق.

شارك نيويل في تطوير خوارزميات التقديم لمحرر رسومات في جامعة يوتا (جامعة يوتا). ومن هنا جاء اسم إبريق الشاي ، وأصبح يُعرف باسم "إبريق يوتا". من المثير للاهتمام أن نموذج إبريق الشاي في البداية كان مصحوبًا بمجموعة من الأكواب والملاعق الصغيرة. بدا الأمر هكذا.

ثم تم الخلط بين نماذج مجموعة الشاي ، ولم يتبق سوى إبريق شاي واحد. ربما لاحظ المستخدمون الأكثر اهتمامًا أنه بالمقارنة مع إبريق الشاي من برنامج 3ds max ، فإن نسب إبريق الشاي الأصلي في يوتا مختلفة إلى حد ما.

هذا صحيح - الكائن الأصلي أعلى قليلاً من طراز الكمبيوتر. لماذا هذا؟ إن "آباء" نموذج الكمبيوتر الأول أنفسهم مرتبكون في تفسيراتهم. على الأرجح ، السبب هو أن المخزن المؤقت للإطار على الكمبيوتر الذي عمل Newell معه يحتوي على وحدات بكسل غير مربعة. بدلاً من تشويه الصورة ، طلب مارتن من زميله جيم بلين تعديل مقياس النموذج لإزالة التشوهات الممتدة. يدعي جيم نفسه أنهم أحبوا الشكل المصغر عموديًا لإبريق الشاي ، والذي استخدموه في عرض توضيحي في مختبرهم.

أصبح إبريق الشاي كائنًا مفضلًا لمطوري الرسومات ثلاثية الأبعاد. بطريقة ما بشكل غير محسوس ، بدأوا في استخدامه كلما أمكن ذلك. على سبيل المثال ، تم تثبيت برنامج Grafikdemo التجريبي على أجهزة الكمبيوتر Commodore CBM التي تم بيعها في أوائل الثمانينيات. عند تشغيله ، يمكن للمستخدم رؤية إطار إبريق الشاي على الشاشة. يمكن تدوير هذه القاعدة باستخدام لوحة المفاتيح ، وعرضها من جميع الجوانب. كان من المفترض أن تترك مثل هذه التلاعبات البسيطة انطباعًا قويًا لدى المستخدمين وإقناع المشتري المحتمل بعملية شراء باهظة الثمن.

كما شوهدت الغلاية في شاشة توقف 3Dpipes ("Pipeline") الشهيرة من Windows.

ظهر أيضًا في العديد من الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد ، على سبيل المثال ، في فيلم Pixar الشهير Toy Story ، حيث تشرب الشخصية الرئيسية الشاي من إبريق شاي Newell.

حتى الكارتون هومر سيمبسون في إحدى حلقات سلسلة The Simpsons اكتسب فجأة بعدًا ثالثًا ، ودخل إبريق الشاي في يوتا على الفور في الإطار (للجماهير - الحلقة السادسة من الموسم السابع من Treehouse of Horror VI).

وأيضًا إبريق شاي يوتا (بعد قليل من التحرير ، قام بتغيير الشكل) دخل في الإطار عند مشاهدة صورة أخرى لشركة Pixar - "Monsters Inc.".

بالمناسبة ، لدى Pixar أيضًا تقليد مضحك. في كل عام في معرض Siggraph التالي ، يوزعون أقداح الشاي التذكارية في ولاية يوتا - ألعاب المشي التي تعلن عن محرك التقديم RenderMan. عادة ما تكون هذه الأباريق معبأة في علبة شاي. هدية تذكارية رائعة للمعرض لمحبي الـ 3D.

أصبح النموذج ثلاثي الأبعاد لإبريق الشاي السمة المميزة لأحد أشهر برامج التحرير ثلاثية الأبعاد - Autodesk 3ds max. في هذا البرنامج ، يمكن لأي مستخدم إنشاء إبريق شاي بسهولة ، حتى لو لم يشارك مطلقًا في النمذجة ثلاثية الأبعاد.

عادة لا تدوم الأطباق الخزفية لفترة طويلة. لكن هذه القاعدة لا تعمل في حالة إبريق شاي نيويل. ليس فقط أنها لا تزال في حالة ممتازة ، ولكنها انتقلت أيضًا ، إذا جاز التعبير ، إلى المجال العام. تبرع به المالك لمتحف بوسطن للكمبيوتر ، حيث ظل حتى عام 1990. يمكن الآن العثور على هذا المعرض في متحف تاريخ الكمبيوتر في ماونتن فيو ، كاليفورنيا.

من وقت لآخر ، يسافر إبريق الشاي الشهير إلى أحداث مختلفة - مثل معرض Siggraph. على الرغم من منتصف عمره ، إلا أنه يبدو نظيفًا ولامعًا وجديدًا بشكل مثير للريبة. وعلى الرغم من أن مالكي الندرة يقنعون أن هذا هو نفس إبريق الشاي الذي بدأ منه تاريخ الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد ، نظرًا للمسافات التي كان عليها أن تقطعها ، فمن الممكن أنه كان من الممكن استبدالها سرًا بحالة أخرى ، لأن النماذج المماثلة لا تزال موجودة تباع بكميات كبيرة.

⇡ أرنب ستانفورد

بعد ظهور إبريق الشاي في ولاية يوتا ، لفترة طويلة ، لم يكن لدى مطوري الرسومات ثلاثية الأبعاد أي بديل. هل تحتاج إلى اختبار العرض؟ بالطبع ، يتم استخدام إبريق شاي Newell. لكن في التسعينيات تغير الوضع قليلاً. هناك أدوات جديدة لـ 3D النمذجةونماذج جديدة للاختبار. وانضم باحثو جامعة ستانفورد جريج تورك ومارك ليفوي إلى القضية.

في عام 1994 ، في عيد الفصح ، سار جريج في شارع الجامعة وتوقف عند متجر يبيع أدوات منزلية وحديقة. هناك رأى مجموعة من الأرانب الطينية. لقد أحب حقًا لون الطين الأحمر ، وخطر على ترك أن هذا التمثال كان مثاليًا للمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد واستخدامه في التجارب ثلاثية الأبعاد.

"إذا علمت أن هذا الأرنب مشهور جدًا ، نعم ، سأشتريه جميعًا!" - قال جريج بعد سنوات قليلة. اشترى هذا الأرنب وأحضره إلى المختبر ، حيث قاموا مع مارك برقمنة شكله. كان للأرنب عيب واحد فقط - كانت هناك ثقوب في هندسته. لتبسيط شبكة المضلع ، قام جريج ببساطة بتصحيحها يدويًا. احتوى نموذج أرنب ستانفورد ، الذي تم الحصول عليه بعد رقمنة التمثال ، على 69451 سطحًا مثلثيًا ، بينما كان ارتفاع التمثال الأصلي نفسه 19 سم.

منذ ذلك الحين ، يمكن لأي شخص تنزيل هذا النموذج مباشرة من موقع جامعة ستانفورد.

بالإضافة إلى الأرنب ، يستضيف مستودع ستانفورد العديد من النماذج الأخرى ، والتي أصبح العديد منها أيضًا شائعًا جدًا في مجتمعات التطوير ثلاثية الأبعاد. من بين النماذج ثلاثية الأبعاد المجانية المتاحة للتنزيل ، هناك ، على سبيل المثال ، تمثال بوذا سعيد ، وتنين صيني مشهور ، وتمثال تايلاندي جميل ، وما إلى ذلك.

⇡ قرد في الخلاط

محرر Blender ثلاثي الأبعاد لا مثيل له. إنها الحزمة الرسومية ثلاثية الأبعاد الاحترافية الوحيدة التي يمكنها منافسة "الحيتان" مثل Maya أو Lightwave.

قدرات النمذجة مفتوحة المصدر وعبر المنصات الضخمة - يمكنك التحدث عن مزايا هذا البرنامج لفترة طويلة جدًا. لقد بذل المطورون كل ما في وسعهم للتأكد من أن هذا البرنامج ليس بأي حال من الأحوال أدنى من نظرائهم التجاريين. وكما لو كان ردًا على إبريق الشاي في ولاية يوتا ، قام Blender بدمج كائن "غير قياسي" خاص به - وهو قرد يدعى Suzanne.

نموذج هذا القرد له هندسة غير معقدة للغاية ، ولكنها غير تافهة ، وهي مثالية لمشاهد الاختبار ودراسة إعدادات العرض. هذا نموذج بولي منخفض مع 500 سطح.

ظهر رأس الشمبانزي لأول مرة في Blender 2.25. في ذلك الوقت ، في الفترة من يناير إلى فبراير 2002 ، أصبح من الواضح أن شركة NaN ، التي كانت تروج لمحرر Blender ثلاثي الأبعاد الذي كان لا يزال مدفوع الأجر ، قد أفلست ، وبالتالي لن تتمكن من مواصلة تطوير هذا المشروع. أضاف مبرمجوها قردًا كنوع من أنواع ملفات بيضة عيد الفصحإلى أحدث إصدار من البرنامج الذي أنشأته NaN. بعد ذلك ، تم تغيير ترخيص Blender إلى GNU GPL ، وتم جمع الأموال من الدائنين ، وأصبح محرر 3D مجانيًا.

قام بتصميم القرد الشهير ويليم بول فان أوفر بروجن ، المعروف أيضًا باسم مستعار SLiD3. كما أنه أعطى الاسم ، مأخوذًا من الكوميديا ​​الخاصة جدًا لكيفن سميث جاي و The Silent Bob Strike Back. كان هناك انسان الغاب اسمه سوزان في هذا الفيلم.

أصبحت سوزان رمزًا حقيقيًا للمحرر ثلاثي الأبعاد المجاني. في عام 2003 ، تم إنشاء مسابقة خاصة للفنانين العاملين في Blender. تسمى المسابقة السنوية جوائز سوزان ، ويتم منح الفائزين تمثال لسوزان القرد.

⇡ صندوق كورنيل: تجارب مع الضوء

واحدة من أكثر معالمالعمل على مشهد ثلاثي الأبعاد - التصور. وهنا ، يجب أن أقول ، ليس كل شيء يعتمد على المستخدم. في بعض الحالات ، حتى المعرفة الدقيقة بمعلمات العرض لا تعد ضمانًا للواقعية العالية للصورة. يتم تحديد جودة الصورة النهائية من خلال ظروف التصور ، والأهم من ذلك ، من خلال خوارزمية حساب الإضاءة.

في العالم الحقيقي ، يتم التحكم في كل شيء من خلال العمليات الفيزيائية. تحدد قوانين البصريات ، وكذلك خصائص المواد ، صورة العالم من حولنا. ترى أعيننا الأجسام الزجاجية على أنها شفافة ، ويبدو أن قشر الليمون منقوش ، والصقيع الجليدي غير لامع. تحاول خوارزمية التقديم ثلاثية الأبعاد المستخدمة للعرض تكرار كل هذه الظواهر وخصائص المواد عن طريق محاكاة العمليات الفيزيائية. ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن هذه الخوارزمية ليست مثالية ، وكما هو الحال في أي مشكلة مدرسية في الفيزياء ، فهي تستخدم العديد من الافتراضات والاتفاقيات.

على سبيل المثال ، أبسط مبدأ لحساب الظلال هو التتبع. إنه يعطي فكرة فقط عن المكان الذي سيذهب إليه مخطط الظل المصبوب. ومع ذلك ، في الحياة الواقعية ، لا تكون الظلال دائمًا حادة - غالبًا ما يكون هناك انعكاس متعدد للضوء ، عندما ينعكس الشعاع عدة مرات من الكائنات ، وينقل لون الكائنات المجاورة إلى مناطق أخرى ويجعل الظلال "ناعمة". في الرسومات ثلاثية الأبعاد ، يتم وصف هذه الخاصية بواسطة خوارزميات الإضاءة العالمية.

في عام 1984 ، كان فريق من العلماء في قسم الرسومات بجامعة كورنيل يطور خوارزميات جديدة لتتبع الضوء. كان عملهم يسمى "نمذجة تفاعل الضوء مع الأسطح المنتشرة". بالنسبة للشخص العادي ، لن يقول هذا الاسم أي شيء ، لكن متخصصًا في الرسومات ثلاثية الأبعاد سيخمن بدقة في هذه العبارة أحد مبادئ حساب الضوء في مشهد ثلاثي الأبعاد - "الإضاءة الشاملة". في نفس العام ، في معرض Siggraph الشهير ، أظهر خبراء جامعة كورنيل ميزة نظامهم على مثال مشهد بسيط ثلاثي الأبعاد - مكعب مجوف ، توجد بداخله أبسط العناصر الأولية.

لعب هذا المكعب دور غرفة ، غرفة مغلقة ، كانت بمثابة نموذج مبسط لمحاكاة انتشار الضوء الواقعي. النموذج الذي يحتوي على صندوق ، يسمى صندوق كورنيل ، بسيط للغاية ، والضوء الموجود فيه يعطي انعكاسات يمكن التنبؤ بها ، وبالتالي فإن التصميم البسيط اتضح أنه عملي للغاية ومريح. من المريح جدًا أن خبراء الرسومات ثلاثية الأبعاد لا يزالون يستخدمونها حتى يومنا هذا ، حيث يقومون بإعداد خوارزميات التصور واختبار طرق جديدة لحساب الإضاءة.

جدران صندوق كورنيل من الداخل مطلية بألوان مختلفة. لذا، الجانب الأيسرلونه أحمر ، واللون الأيمن أخضر ، والجدار الخلفي ، وكذلك "السقف" و "الأرضية" باللون الأبيض. يعد ذلك ضروريًا حتى يتمكن الباحث الذي يجري تجارب على هذا النموذج من رؤية انتقال اللون إلى الأسطح المجاورة. يمكنك ملاحظة أبسط مثال على هذا التأثير بنفسك - ضع شيئًا أصفر لامع للغاية على ورقة بيضاء نظيفة ، وسترى كيف تكتسب الورقة صبغة صفراء حول محيط هذا الكائن. إذا قمت بالتجسيد باستخدام خوارزميات الإضاءة العامة ، فسيحدث تأثير مماثل في مربع كورنيل.

⇡ أول رسوم متحركة للكمبيوتر ثلاثية الأبعاد

لطالما كانت Bell Laboratories واحدة من أكبر الفرق البحثية الواعدة في العالم. لقد تعاملوا مع أكثر المشاكل إلحاحًا في مختلف مجالات العلوم. على مدار سنوات وجودها ، حصل علماء مختبرات بيل على جائزة نوبل سبع مرات.

ومن الطبيعي أن أول محاكاة ثلاثية الأبعاد تم إجراؤها من قبل المتخصصين في هذا المركز. في عام 1963 ، عرض موظف في معامل بيل يُدعى إدوارد زاجاك برنامجًا مكتوبًا بلغة فورتران لمحاكاة حركة القمر الصناعي.

لم يضع لنفسه هدف إنشاء أول رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد ، لكن اتضح الأمر على هذا النحو.

في ذلك الوقت ، كان يعمل في قسم البحوث الرياضية وكان منخرطًا في النمذجة الرياضية لإنشاء آليات بنظام تثبيت ثنائي الجيروسكوب ، والذي يمكن استخدامه في أقمار الاتصالات الأولى. باستخدام برنامج ORBIT (الذي كتبه موظف آخر في Bell Laboratories) ، قام العالم بمعالجة حساباته ، وتلقى مجموعة من البطاقات المثقوبة مع النتائج. باستخدام مسجل الكمبيوتر من General Dynamics Electronics Stromberg-Carlson 4020 ، قام بطباعة ميكروفيلم الرسوم المتحركة.

مخططها بسيط - جسمان متصلان ببعضهما البعض بقوة الجاذبية وجسم واحد يدور حول الثاني مثل ، على سبيل المثال ، القمر حول الأرض. الرسومات ، كما ترون ، ضئيلة ، لكنها في عام 1963 وهي بالفعل أول رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد.

موظف آخر في مختبرات بيل سعى لإيجاد طريقة لجعل الكمبيوتر يرسم الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد هو مايكل نول (أ. مايكل نول).

باستخدام كمبيوتر IBM 7094 في 1965-1966 ، قام بعمل عدة أفلام قصيرة ، مثل "باليه الكمبيوتر" ، حيث يمكنك ، مع خيال جيد ، رؤية أشكال راقصين أحادي الأرجل يتحركون في فضاء ثلاثي الأبعاد. على الأرجح ، هذا رقص باليه على الجليد. تم اعتبار الهيكل المفصلي المكون من عدة نقاط عقدية بمثابة "الراقصين". سمح لنا هذا الخيار بتبسيط الحسابات الخاطئة.

وحتى لا يشك أحد في أن هذه الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد ، تصورها مايكل نول في الوضع المجسم ، ورسم الفيديو بشكل منفصل للعينين اليمنى واليسرى. بالإضافة إلى "باليه الكمبيوتر" ، كان لدى مايكل بعض الرسوم المتحركة المجسمة الأكثر إثارة للاهتمام مع مكعب رباعي الأبعاد ، وكرة ثلاثية الأبعاد ، وما إلى ذلك. جميع الصور في الرسوم المتحركة "مقلوبة" ، أي على اليسار توجد الصورة صورة للعين اليمنى ، وعلى اليمين صورة للعين اليسرى. لذا ، إذا كنت ترغب في مشاهدتها ، ركز رؤيتك أمام شاشة العرض.

⇡ أول نموذج سيارة ثلاثي الأبعاد: كيفية المسح باليد

كان إنتاج العديد من الأشياء في منتصف القرن الماضي أبطأ بكثير مقارنة بما هو عليه الآن. كانت عملية إنشاء نموذج أولي ، على سبيل المثال ، سيارة ، طويلة جدًا ومعقدة. لكن كل ذلك تغير عندما شرع إيفان إدوارد ساذرلاند في تطوير واجهة تفاعلية من شأنها أن تساعد البشر وأجهزة الكمبيوتر على "التواصل" مع بعضهم البعض.

سُئل إيفان ساذرلاند ذات مرة عن كيفية ابتكار العديد من الأفكار الثورية وخلقها في مثل هذا الوقت القصير ، من مفهوم واجهة جميع أنظمة CAD إلى نهج موجه للكائنات إلى البرمجة. رداً على ذلك ، ابتسم ساذرلاند فقط وبسط ذراعيه: "لكننا لم نكن نعرف حينها أن الأمر كان صعبًا للغاية!"

في عام 1963 ، كجزء من أطروحته ، أظهر إيفان ساذرلاند "روبوت صياغة" (هذا هو الاسم غير الرسمي للمشروع - رسام روبوت). كان هذا البرنامج هو الرابط الأول في تطور أنظمة التصميم بمساعدة الكمبيوتر ، والتي تُعرف اليوم باسم Sketchpad.

بمساعدة جهاز كمبيوتر وقلم ضوئي متصل ، يمكن للصراف الرسم مباشرة على شاشة العرض. حدد الكمبيوتر إحداثيات نقاط اللمس الخاصة بقلم الضوء ، ثم قام بحساب الشكل الهندسي للمنحنى أو الخط المستقيم أو الشكل الهندسيوعرض النتيجة على الشاشة على الفور تقريبًا.

بسيطة وفقًا لمعايير اليوم ، تتطلب Sketchpad قوة الحوسبة الرائعة في ذلك الوقت. تم تشغيله على جهاز كمبيوتر TX-2 احتل عدة غرف في مختبر أبحاث لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

في الفيديو أدناه ، يوضح ساذرلاند إمكانيات واجهة الإنسان والآلة الجديدة.

جعل نظامه من الممكن القيام بأشياء لا تصدق في الستينيات - رسم الخطوط نقطة تلو الأخرى وإنشاء رسومات حقيقية على الشاشة. سمحت لك Sketchpad أيضًا بإجراء تغييرات أثناء عملك وقياس عناصر الرسم المنتهية بالفعل.

كان أحد أهم متطلبات Sketchpad التي طرحها إيفان هو اتباع تعليمات المشغل بالضبط. كان من الصعب جدًا تنفيذه ، نظرًا لأن المستخدم يمكن أن "يخطئ" في النقطة الصحيحة ، وكان جهاز الإدخال نفسه غير كامل. لإصلاح هذه المشكلة ، استخدم Sketchpad نظامًا يسمى المحددات. جعلت هذه القيود من الممكن معالجة تفاصيل الرسم بدقة مطلقة ، على سبيل المثال ، لجعل الخطوط المستقيمة متوازية أو إعطاء جزأين بنفس الطول. لاستخدام هذه المحددات ، تم استخدام مجموعة كاملة من مفاتيح الوظائف ، والتي كانت موجودة بجوار شاشة إدخال البيانات.

ولكن في هذا العرض التقديمي ، يعرض مؤلف أول برنامج CAD بالفعل نسخة كاملة العمل من الواجهة التفاعلية مع العديد من نوافذ الإسقاط ويتحدث بشكل معقول للغاية عن الاحتمالات المحتملة للعمل مع 3D.

لتطوير نظام Sketchpad ، حصل Ivan على أرقى جائزة في علوم الكمبيوتر ، مقدمة من جمعية ماكينات الحوسبة ، جائزة تورينج.

يمكن للمعلمين المعاصرين تعلم الكثير من ساذرلاند. هذا الرجل كرس نفسه بالكامل للعلم. ولكن ماذا عن نفسه - فهو حرفيًا لم يدخر السيارة لهذا الغرض. قام إيفان مع طلابه بإجراء أول مسح رقمي ثلاثي الأبعاد لسيارة فولكس فاجن بيتل يدويًا. نعم باليد.

كانت المهمة صعبة للغاية. ثم لم يكن هناك ماسح ضوئي رقمي أو تصوير رقمي ، لذلك كان لابد من عمل كل شيء بشكل مباشر. قام الطلاب بالزحف مثل النمل فوق السيارة ، وباستخدام مساطر قياس خاصة ، رسموا شبكة متعددة الأضلاع عليها ، وهو ما يسميه خبراء الرسومات ثلاثية الأبعاد اليوم إطارًا سلكيًا ، أو إطار نموذج ثلاثي الأبعاد. قبل بدء العمل ، تمت إزالة بعض التفاصيل من السيارة - العجلات ، والصدمات ، وما إلى ذلك ، حيث تم "رقمنة" قاعدة واحدة - من جميع الجوانب ، من أعلى إلى أسفل. فهل مثل هذه التضحية مبررة؟ بالتأكيد! من خلال التنمر على "الخنفساء" ، طور ساذرلاند تقنية لإسقاط الشبكات متعددة الأضلاع على كائن ، وبفضل ذلك ظهرت الرسومات ثلاثية الأبعاد الحديثة.

تمكن إيفان أيضًا من إثارة اهتمام الكثير من الأشخاص بعمله ، الذين استمروا في تطوير اتجاه رسومات الكمبيوتر ثنائية وثلاثية الأبعاد. وعلى خلفية النجاح ، نسي الجميع بطريقة ما أن سيارة فولكس فاجن بيتل تنتمي بالفعل إلى زوجة إيفان ، وظل رد فعلها على تصرف زوجها لغزا.

ومن هم طلاب "النمل" هؤلاء؟ كان هناك العديد من الشخصيات البارزة بينهم. أحد أولئك الذين صنعوا السيارة النموذجية كان اسمه جون إدوارد وارنوك. بعد مرور عشر سنوات على هذه القصة ، سيصبح أحد مؤسسي شركة Adobe المعروفة.

ساهم الباحث الصغير B˘i T˝ờng Phong أيضًا في إنشاء هذا النموذج. يستخدم نموذج Phong في العديد من المحركات ثلاثية الأبعاد اليوم.

على طراز أول سيارة ثلاثية الأبعاد ، اختبر فونج نظام التظليل الشهير الخاص به ، والذي حصل لاحقًا على اسمه - فونج. في أي محرر ثلاثي الأبعاد لديه القدرة على تخصيص المواد ، من بين خيارات أخرى ، يمكنك تحديد خوارزمية تظليل Phong. تعتمد طريقة Phong على استيفاء الأعراف السطحية بواسطة المضلعات النقطية وتسمح لك بحساب لون البكسل ، مع مراعاة النموذج الطبيعي المحرف ونموذج انعكاس الضوء.

لم يكن لمشروع ساذرلاند نظائرها عمليًا. كان النظام الوحيد الذي كان له مبدأ مشابه هو التطوير التجاري لشركة جنرال موتورز و IBM ، والذي كان يسمى DAC-1 (التصميم المعزز بواسطة أجهزة الكمبيوتر). تم التحكم في وحدة التحكم هذه أيضًا بواسطة قلم خفيف ، ولكنها كانت أقل ملاءمة ومكلفة أيضًا.

⇡ واحد على اليسار: أول رسم متحرك لليد بالكمبيوتر

أدت عادة مطاردة قوة أجهزة الكمبيوتر إلى انتشار واسع بين المستخدمينالاعتقاد بأنه بدون بطاقة فيديو حديثة فإنه من المستحيل الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد. لكن هذا ليس هو الحال على الإطلاق. تخيل أن البعد الثالث كان مهددًا منذ أكثر من نصف قرن. حتى قبل اللحظة التي أصبح فيها الكمبيوتر شخصيًا حقًا ، كان بإمكان المهندسين (وفعلوا) الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد. وكان لمؤسس Pixar ورئيسها المستقبلي ، وكذلك رئيس Walt Disney Animation Studios و DisneyToon Studios ، إدوين كاتمول دورًا في ذلك.

وقد فعل ذلك بالمعنى الحرفي للكلمة - قام برقمنة يده اليسرى وخلق رسمًا متحركًا توضيحيًا لحركات الأصابع عليها.

كان كاتمول مهتمًا بعملية الرسوم المتحركة منذ الطفولة. حتى أنه كان لديه موقف مؤقت خاص به ، حيث حاول إدوين صنع الرسوم الكاريكاتورية البدائية الأولى. ومع ذلك ، مثل العديد من الخريجين الآخرين من أعلى المؤسسات التعليميةلم يجد على الفور دعوته. مباشرة بعد تخرجه من جامعة يوتا ، ذهب أولاً للعمل في شركة Boeing ، ولكن بعد مرور عام ، أجبرت الأزمة الاقتصادية شركة Boeing على تسريح آلاف الموظفين ، وكان إد من بينهم. بعد ذلك عاد الخريج الجديد إلى الجامعة مرة أخرى لمواصلة دراساته العليا.

أصبح إيفان إدوارد ساذرلاند ، الذي كان حينها أستاذًا في جامعة يوتا ، معلمًا لشركة Catmull وشجع طالب الدراسات العليا الشاب على دراسة رسومات الكمبيوتر التفاعلية. استخدم كاتمول نفس طريقة إيفان لرقمنة سيارته. تم إنشاء الرسوم المتحركة للعقرب ثلاثي الأبعاد على عدة مراحل. مقارنة بمشروع رقمنة فولكس فاجن بيتل الواسع النطاق في إيفان ، وجد كاتمول الأمر أسهل قليلاً - لقد قام ببساطة برسم قالب من يده اليسرى ، مع تحديد موقع الحواف والعقد الخاصة بالشبكة متعددة الأضلاع عليها. ثم ، في المختبر ، تمت قراءة هذه الشبكة بواسطة جهاز خاص ، وتم تجميع نموذج ثلاثي الأبعاد بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها.

كتب كاتمول برنامجًا لتحريك هذا النموذج. تم تقديم هذه الرسوم المتحركة واستخدامها كإضافة لطيفة لـ مشروع التخرج. كان سطح اليد مشوهًا ، والأصابع مثنية وغير مثنية ، واليد نفسها كانت تدور على الشاشة. للحصول على تأثير أكبر ، سمح Catmull "بالنظر" داخل النموذج ، موضحًا للمشاهد أن الذراع ثلاثية الأبعاد مجوفة من الداخل.

لم يكن عمل العلماء الشباب عبثًا. تم استخدام نموذج لليد ثلاثية الأبعاد في فيلم الخيال العلمي Futureworld عام 1976. كان يتحدث عن فندق ومنتجع به فريق عمل آلي. لتقليد التقنيات العالية ، تم استخدام كل شيء - كلاً من الرسوم المتحركة والإطار السلكي لنموذج ثلاثي الأبعاد.

بالإضافة إلى هذه اليد ثلاثية الأبعاد ، قام الطلاب بعمل أكثر تعقيدًا - نموذج متحرك لرأس بشري.

أعده صديق وزميل كاتمول فريد بارك ، الذي شارك أيضًا في رقمنة نموذج اليد اليسرى لإدوارد.

حتى أنه حاول مزامنة الصوت وحركة الشفاه في نموذج الكمبيوتر. وهذا عام 1974!

أطلق الطلاب على النموذج البشري بالدي فيما بينهم ، أي "أصلع". يتكون إطارها من 900 مثلثات.

في منتصف الثمانينيات ، واصل مختبر دومينيك ماسارو العمل على هذا النموذج ، وباستخدام تقنية أكثر تقدمًا ، "أحيا" الرأس ، ومنحها مجموعة كبيرة من تعبيرات الوجه الكلامية. قام البروفيسور ماسارو نفسه بتغيير الاسم قليلاً إلى النمط الإيطالي - Baldi وسجله كعلامة تجارية. ومنذ وقت ليس ببعيد ، وتحت قيادته ، تم إطلاق إصدار تطبيق لنظام iOS ، حيث يوجد رأس ثلاثي الأبعاد ناطق ، يعود إلى السبعينيات.

مصطلح "الرسوم المتحركة على الكمبيوتر" في منتصف القرن الماضي كان شيئًا غريبًا جدًا. كانت أجهزة الكمبيوتر ، وكذلك أجهزة الطباعة ، تحت تصرف المنظمات البحثية ، وبالطبع الجيش. حسنًا ، في الاتحاد السوفيتي ، لم يسمع الناس عن الرسوم المتحركة على الكمبيوتر على الإطلاق ، باستثناء مجموعة صغيرة من المتحمسين الذين افترضوا أنه من الممكن تمامًا "رسم" الرسوم المتحركة بمساعدة تكنولوجيا الكمبيوتر. أحد هؤلاء الأشخاص هو عالم الرياضيات نيكولاي نيكولايفيتش كونستانتينوف.

هذا الرجل هو أسطورة حقيقية في الرياضيات الروسية. كونستانتينوف هو واحد من أكثر العلماء الموهوبين وغير العاديين الذين تمكنوا ليس فقط من تقديم مساهمة كبيرة في نظام العلم والتعليم الوطني ، ولكن أيضًا في نقل معرفته إلى الأجيال القادمة. يوجد بين طلابه الكثير من علماء الرياضيات والعلماء البارزين ، ناهيك عن الفائزين في المسابقات الرياضية والأولمبياد.

في عام 1968 ، ابتكر أول رسوم متحركة على الكمبيوتر لمدة دقيقة ونصف. كان موضوع اهتمامه قطة ، ومن هنا جاء اسم الرسوم المتحركة المصغرة - "كيتي".

قرر عالم الرياضيات إنشاء رسم كاريكاتوري عن طريق برمجة حركات قطة وطباعة كل إطار من الرسوم المتحركة مع إعادة رسم صورة ظلية. يمكن أن ينشأ إدراك مثل هذه الفكرة فقط من شخص ليس لديه فهم ممتاز للرياضيات العليا فحسب ، بل يرى أيضًا تطبيقها العملي.

نظرًا لأن عضلات الحيوان ، عن طريق الانقباض ، تتحكم في تسارع أجزاء معينة من الجسم ، قرر كونستانتينوف أن المعادلات التفاضلية من الدرجة الثانية يمكن أن تصبح أساسًا لخوارزمية حركة الحيوان. تم تحقيق التفسير الرسومي للصورة الظلية للقط باستخدام مصفوفة الأحرف. قام عالم الرياضيات بتقسيم الخطوط العريضة للقط إلى "قضبان" حدودية ، وبعد ذلك ، باستخدام الصيغ الافتراضية التي تصف مشية الحيوان ، أعاد إنشاء سيناريو بسيط للحركات التي تضمنت عدة خطوات ، وإدارة الرأس والتباطؤ.

في هذا العمل ، ساعده طالبان من جامعة موسكو الحكومية - فلاديمير بونومارينكو وفيكتور ميناخين. ذكّر نيكولاي نيكولايفيتش لاحقًا بتفاصيل مضحكة عن هذا المشروع: من أجل اشتقاق الصيغة الصحيحة لحركات القط ، حاول فيكتور تصوير قطة - فقد ركب على أربع وسار على الأرض ، محاولًا فهم العضلات المتورطة في العمل.

على الرغم من أن كونستانتينوف نفسه دحض لاحقًا واقعية النتيجة المحققة ، مشيرًا إلى الطبيعة الافتراضية للحسابات الرياضية ، فمن الصعب عدم ملاحظة مدى واقعية تحرك الحيوان في الإطار.

في قسم مشاكل التحكم العامة بكلية الميكانيكا والرياضيات بجامعة موسكو ، تم إعداد الجزء النظري من هذه المشكلة ، وتصحيح أخطاء البرنامج نفسه عن طريق الخطأ في التقدير المعادلات التفاضليةونُفذت عمليتها في مركز الحوسبة التابع لمعهد موسكو التربوي الحكومي. كان الكمبيوتر الذي تم استخدامه لحساب هذه الرسوم المتحركة يسمى بفخر BESM-4 ("آلة الحوسبة الإلكترونية الكبيرة").

كان لدى BESM-4 القليل جدًا من القواسم المشتركة مع ما نسميه الآن الكمبيوتر. تم إنتاج 30 من هذه الأجهزة فقط في جميع أنحاء البلاد. الرامات " الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيب "في BESM-4 تم صنعه على نوى من الفريت (8192 كلمة ، 45 بت كلمة ، منظمة في مكعبين من كلمات 4k لكل منهما). كان أداء هذه "الخزانة" يصل إلى أربعين ألف عملية في الثانية. كان للطابعة الخاصة بآلة الحساب الإلكترونية الكبيرة اسم لا يقل سعة - الطابعة الأبجدية الرقمية ATsPU-128.

إذا نظرت عن كثب إلى عرض إطار بإطار ، يمكنك رؤية القطع الأثرية العشوائية الصغيرة غير المرغوب فيها - بطريقتها الخاصة ، هذه هي أول "مواطن الخلل" في تصور الكمبيوتر ، أي العرض.

أما بالنسبة للوجه الذي تصنعه القطة في بداية الفيلم القصير ، فهذا ليس عمل عالم رياضيات ، بل من عمل فنان مرح قام أيضًا بعمل رسوم متحركة لفيلم سوفيتي لا يُنسى " أولاد مضحك". كما تمت دعوته للعمل في هذا المشروع.

ومن المثير للاهتمام أن كونستانتينوف في ذلك الوقت لم يكن الشخص الوحيد في الاتحاد السوفيتي الذي استخدم طريقة الرسوم المتحركة بالكمبيوتر. ومع ذلك ، هناك محاولات أخرى للتخيل على الكمبيوتر ، مثل ، على سبيل المثال ، الرسوم المتحركة للعمليات داخل جزيء DNA ، كانت مملة وغامضة لمشاهد غير مستعد.

⇡ الخلاصة

الآن الكمبيوتر هو أداة عالمية. يمكن استخدامه للرسم ولإنشاء الرسوم المتحركة ولإعداد مقاطع الفيديو. الشيء الوحيد الذي يفتقر إليه هو الإبداع. ومع ذلك ، ربما تكون هذه مسألة وقت.

مظهر تكنولوجيا الكمبيوتروقد سمح تطوير رسومات الكمبيوتر بمعنى ما للشخص بإلقاء نظرة جديدة على العالم. الكثير مما كان يتعذر على الرؤية البشرية الوصول إليه سابقًا ، ما كان سريعًا جدًا أو بطيئًا جدًا ، صغيرًا جدًا أو كبيرًا جدًا ، أصبح واضحًا ومفهومًا في نموذج الكمبيوتر. الطب والتكنولوجيا والهندسة والفضاء - رسومات الحاسوب تستخدم في أي مجال من مجالات النشاط البشري. ما بدأ كنقطة بسيطة من الضوء على الشاشة ، وشاشة أحادية البكسل تحتوي على الحد الأدنى من معلومات الكمبيوتر ، وتحولت تدريجياً إلى خط ، وصورة متحركة على الشاشة ، ثم إلى واقع افتراضي ومعزز. ويبلغ حد تطور البكسل هذا في مكان ما بعيدًا عن الفهم البشري. وعلى الأرجح ، فإن الأكثر إثارة للاهتمام لم يأت بعد.