Біографія Айвена Сазерленда: історія відкриттів

9

План

• Вступ
• 1. Біографія Айвена Сазерленда
• 2. Його робота в області компютерної графіки
• Висновки
• Список використаних джерел

Вступ

Айвен Сазерленд зараз працює в компанiї Sun Microsystems, де вiн, безумовно, самий iменитий учений.

Сазерленд входить у число 12 найбiльш визнаних з нинi живучих американських дослiдникiв в галузi iнформатики, точнiше, компютерних наук (computer science). Вiн визнаний гiдним найбiльш престижних академiчних нагород i є членом вищих наукових суспiльств США. Це не заважає йому пишатися чотирма онуками i присвячувати вiльний час танцям, польотам на повiтрянiй кулi. Але головне його захоплення - мотоцикл. Своїм улюбленцем вiн назвав наймогутнiший мотоцикл BMW K100, що для маститого вченого, якому вже пiшов сьомий десяток, зовсiм непогано.

У в цьому вступі я обмежимуся описом дослiджень Сазерленда, повязаних зi створенням вiдеошолома. У 1966 р. виробник вертольотiв компанiя Bell Helicopter почала розробку систем для керування нiчними польотами з використанням iнфрачервоних камер, установлених поза кабiною, i приймачiв, розташованих безпосередньо перед очима, на шоломi пiлота. Цi експерименти показали, що пiлот цiлком може лiтати з такими "штучними" очима. Напрямок одержав назву "вiддалена реальнiсть" (Remote Reality).

Успiх досвiдiв пiдштовхнув Сазерленда, що був тоді професором Гарвардського унiверситету, i його студента Боба Споулла (Bob Sproull) до iдеї замiнити iнфрачервонi приймачi електронними трубками, пiдключеними до компютера. У результатi народився вiдеошолом (Head - Mounted Display), що став згодом одним з основних елементiв систем ВР.

Першi зображення, якi демонструвалися шоломом, були, природно, тривимiрними, але каркасними. Аж до 1975 р. Сазерленд i його сподвижники працювали над проблемою схованих поверхонь, додання реалiстичностi зображенню. Остання стаття Сазерленда, присвячена цiй темi - A Characterization of Ten Hidden-Surface Algorithms - мiстить опис десяти алгоритмiв, заснованих на сортуваннi поверхонь по розташуванню i глибинi. Пiзнiше вiн залишив ВР, обравши iнше поле наукової дiяльностi.

Ще в серединi 60-х рокiв Сазерленд разом iз професором Евансом з Унiверситету штату Юта, тодi цей унiверситет був центром робiт з ВР, брав участь у проектах, якi спонсуються агентством ARPA (МО США). У 1968 р. вони органiзували iснуючу i понинi компанiю Evans & Sutherland (http://www.es.com/), яка нараховує сьогоднi понад 800 спiвробiтникiв. Компанiя робить системи вiзуалiзацiї для високопродуктивних робочих станцiй пiд Windows NT.

1. Біографія Айвена Сазерленда

Айвен Сазерленд (англ. Ivan Sutherland, родився 16 травня 1938 р.) піонер компютерної графіки, створив перший інтерактивний графічний пакет "Sketchpad", прообраз майбутніх САПР. Одночасно вперше застосував обєктно-орієнтований підхід до програмування. Лауреат премії Тюринга.

Серед інших заслуг цього ученого - створення першого шолома віртуальної реальності і алгоритм Кохена-сазерленда, що дозволяє ефективно знаходити відрізки прямих, що знаходяться усередині прямокутника.

Айвен Сазерленд розглядав багато матеріалів, наукових прикладів, щоб бути творцем Компютерної Графіки. Сазерленд сприяв численним ідеям що до вивчення Компютерної Графіки і Компютерної Взаємодії. Айвен ввів поняття таке, як наприклад 3-D компютера, що моделює, візуальні моделі. Він допоміг проекту (CAD) і віртуальній дійсності.

Освіта:

Доктор філософії, Массачусетський Інститут Технології - 1963;

M. S. EE, каліфорнійський Інститут Технології - 1960;

Carnegie Інститут Технології (зараз Університет Carnegie Mellon) - 1959;

Гарвардський Університет - 1966;

Досвід Академії

Професор, Гарвардський Університет - 1966;

Професор, Університет Юти - 1968;

Голова Відділу Інформатики, каліфорнійського Інституту Технології - 1974.

Професійний Досвід:

Електротехнік і Перший Лейтенант, Агентство Державної Безпеки - 1963;

Дослідник, Агентство Просунутих Дослідницьких Проектів Відділу Захисту - 1964;

Разом йдіть на дно, Evans and Sutherland - 1968;

Дослідник, Корпорація RAND - 1974

Віце-президент і Технічний Директор, Sutherland, Sproull і Партнери - 1980;

Віце-президент, Sun Microsystems - 1990;

Айвен Сазерленд був народжений в Hartings, Небраска в 1938. Сазерленд був вимогливим до себе в навчанні, будучи ще в молодих роках. Його батько, доктор філософії в Проектуванні Споруд, і його мати, викладач. Його улюблена тема у вищій школі була геометрією.

Доктор Сазерленд написав понад 49 публікацій. Він також тримає 12 патентів, що включають важливі вирізуючі функції як наприклад робота показу вікно, відсікаючи і компютерні графіки, що Відсікають для Багатокутників. Його особистий профіль може бути знайдений у веб-вузлі SUN.

За ці роки, Айвен Сазерленд є володарем багатьох нагород для його вкладень у напрямі інформатики.

Нагорода Computerworld Smithsonian - 1996

Нагорода Тюринга, Асоціація по Обчислювальній Техніці - 1988

Перша Нагорода Zworykin, Національна Академія Споруди - 1972

Член, Національна Академія Наук, починаючи з 1978

Член, Національна Академія Споруди, починаючи з 1973

Член, Інститут Електричних і Електронних Інженерів (IEEE)

Учасник, Асоціація по Обчислювальній Техніці

1963 році Айвеном Сазерлендом - був створений програмно-компютерний апарат, на якому можна було працювати з компютерними примітивами - колами, лініями, крапками і проводити з ними базові дії - переміщення, видалення, копіювання, по суті це був перший векторний редактор. З 1968 року графічні редактори стали використовуватися у виробництві.

2. Його робота в області компютерної графіки

Етапи великого шляху компютерної графіки. Зараз тривимірні зображення можна побачити скрізь, починаючи з компютерних ігор і закінчуючи системами моделювання в реальному часі. Раніше, коли тривимірна графіка існувала тільки на суперкомпютерах, в цій області не було єдиного стандарту. Всі програми писалися практично з "нуля", але в кожній з них реалізовувалися свої методи для відображення графічної інформації. З приходом могутніх процесорів і графічних прискорювачів тривимірна графіка стала реальністю для персональних компютерів. Проте шлях цей був настільки довгим і тернистим, наскільки взагалі можна собі представити. У справжній статті ми спробуємо відстежити етапи становлення компютерної графіки. Зрозуміло, багато дивовижних фактів залишаться за рамками нашого огляду, але основні віхи на шляху втілення людських фантазій в приголомшливий уяву світ машинної графіки будуть відмічені.

50-і роки: від текстових зображень до графічної консолі.

У 50-х роках XX сторіччя дорогоцінний машинний час використовували лише для розрахунків промислових і військових завдань. Зовнішній вигляд ЕОМ міг привести в обурення будь-якого сучасного користувача. Купи перфокарт і багатоголосі алфавітно-цифрові друкуючі пристрої, що чинять невимовний шум, - така була доля тодішнього програміста. Ідея застосування принтера для створення картин і фотографій лежала, можна сказати, на вигляді. Якщо друкуючий пристрій здібний до побудови графіків, гістограм і діаграм, то чом би не написати програму, яка, використовуючи різницю в щільності кожного знаку, виводила б на друкуючий пристрій текстові зображення? Зрозуміло, розробники просувалися до створення дисплеїв як найбільш зручних засобів для візуалізації інформації, проте цей процес йшов дуже поволі. Тільки у 1959 році в Массачусетському технологічному інституті (МТІ) був створений компютер ТХ-2, що вперше використовує графічну консоль. З цієї миті компютерна графіка знаходить цей додаток своїх методів і напрацювань - дисплей.

60-і роки: від "Альбому" до анімації.

У 1961 році студент МТІ, Айвен Сазерленд, створив компютерну програму, названу "Альбомом" (Sketchpad). Вона дозволяла малювати прості фігури на дисплеї, зберігати їх, а також звертатися до вже готових прототипів. Введення інформації здійснювалося за допомогою світлового пера, принцип роботи якого достатньо простий. На кінчику пера розташовувався невеликий фотоелектричний осередок, що випускає потік імпульсів. Як тільки перо опинялося у видимій області екрану монітора компютера, спеціальний уловлювач імпульсів реагував на положення пера. Ця реакція відображалася відповідним чином: на екрані виникала лінія. Сазерленд знаходив, здавалося б, геніальні рішення тих проблем, з якими йому доводилося стикатися при створенні "Альбому". Навіть зараз багато звичних для нас речей беруть свій початок саме з ідей Айвена. Так, наприклад, якщо вам потрібно намалювати квадрат, вас абсолютно не турбує, як зробити це правильно: намалювати чотири однакові відрізки, зєднавши їх під прямим кутом. Ви просто вибираєте необхідний інструмент для малювання квадрата, задаєте місцеположення і розміри останнього, а компютер все робить за вас. Інший приклад ідей Сазерленда, реалізованих в "Альбомі", поміщений в тому, що програма дозволяла моделювати обєкти. Можна було працювати із зображенням автомобіля, змінюючи розміри його шин, але не зачіпаючи решту частини моделі. Зараз це сприймається як само собою зрозуміле, але тоді вважалося новинкою. Слід зазначити, що графіка у той час була виключно векторною, побудованою з безлічі тонких ліній. У тому ж році інший МТІ, що вчиться, Стів Рассел, придумує першу відеогру - "Зоряні війни" (Space war). Програма була написана для компютера PDP-1 корпорації DEC (Digital Equipment Corporation). Згодом "Зоряні війни" сталі такі популярні, що встановлювалися на кожну машину PDP-1, що продавалася, а інженери компанії DEC використовували гру як тест, що визначає працездатність зібраного компютера. Співробітники інших наукових організацій і інститутів також пробували свої сили в компютерній анімації для візуального відображення своїх дослідницьких робіт. Так, наприклад, Нельсон Макс з Lawrence Radiation Laboratory створює фільми "Перебіг вязкої рідини" і "Розповсюдження ударних хвиль в твердому середовищі". У компанії Boeing Aircraft зявляється анімація "Вібрація літака". Як видимий, у той час дорогі компютерні ресурси використовувалися виключно ради практичних потреб, згідно з основною діяльністю компаній. Крупні корпорації - TRW, Lockheed-Georgia, General Electric, Sperry Rand та інші поступово починають виявляти зацікавленість в компютерній графіці. В середині 60-х років компанія IBM випускає перший графічний термінал комерційного рівня IBM 2250 за ціною 125 000 дол. У 1967 році на базі Університету в штаті Юту організовується дослідницький центр компютерної графіки світового масштабу. Технічне оснащення створеної лабораторії було достатньо могутнім для залучення в свої стіни крупних фахівців. Таким чином, вже через рік в Університеті зявилися відомий нам Айвен Сазерленд і не менш талановитий Дейв Еванс, такий, що вже довгий час дослідив питання візуальної взаємодії компютерів з користувачами. Пізніше до Сазерленду і Евансу приєднується студент Університету Юти Ед Катмалл. Що виріс на діснєєвської мультиплікації, Катмалл приділяє основну увагу саме компютерної анімації. Проте він швидко розуміє, що ніяких талантів в малюванні чого-небудь не має, і тому вирішує перекласти цю операцію на компютер. Перша анімація, створена Едом в 1972 році, показувала його долоню, що відкривалася і закривалася. Тоді ж Фред Пейркс, інший студент, що займався у Сазерленда, утілює на компютері анімоване обличчя своєї дружини. У стінах дослідницького центру компютерної графіки Університету Юти знайшли себе багато піонерів в даній області, що стали згодом знаменитими. Так, наприклад, це були Джон Уорнок - пізніше він заснував Adobe Systems і розробив концепцію революційного у видавничій справі мови опису сторінок PostScript; Джим Кларк, що потім очолив корпорацію Silicon Graphics. Слід зазначити, що саме в Університеті Юти був придуманий алгоритм видалення невидимих поверхонь. Суть його полягала в тому, що при побудові тривимірних обєктів на екрані компютер визначав, які дійсно видимі ділянки відображати, а які реально невидимі в перспективі - приховувати. Даний підхід дозволив створювати на плоскому дисплеї обємні фігури.

Висновки

На даний час рівень компютерної графіки досяг такого ідеалу, про який не доводилося і мріяти 30-40 років тому. З кожним роком ми спостерігаємо все більше і більше вдосконалення технологій і програмного забезпечення. Щорічні конференції SIGGRAPH продовжують дивувати і радувати всіх тих, кому небайдуже майбутнє машинної графіки. Ростуть потреби як професійних аніматорів, так і кінцевих користувачів. Компанії, що спеціалізуються на компютерній графіці, постійно пропонують свої нові продукти, щоб задовольнити найвищі запити людства.

I багато піонерів епохи компютерної графіки таких як Сазерленд до цих пір продовжують активно займатися її проблемами. Вони так само захоплено відзиваються про нові технології, як і на зорі її становлення.

Сьогодні ми знаходимося ще тільки на початку нового століття, нового тисячоліття, але вже можна достатньо упевнено передбачити подальші віхи еволюції в графічному світі. Робити це будемо, зрозуміло, на прикладах, які дозволять нам, що називається, екстраполювати початкові дані в їх майбутню форму. А почнемо ми з найбільш видовищних додатків компютерної графіки - фільмів. У картині, що вийшла в 2002 році, "Володар кілець: Дві фортеці" режисера Пітера Джексона були 920 епізодів з компютерними ефектами і 15 компютерних персонажів. За приблизними підрахунками, якби всіх компютерних персонажів фільму рендерілі на звичайному домашньому компютері, на це пішло б близько 460 років, що складає практично 4 мільйони процесорних годинників. На апаратній базі що проводила основну роботу над фільмом студії Weta, що складається більш ніж з тисячі робочих станцій Silicon Graphics і IBM Linux, обробка зайняла близько 10 місяців. Цей фільм як не можна краще відображає поточний рівень машинної графіки і технологій. "Володар кілець" наштовхує на думку, що в осяжному майбутньому зявляться повнометражні фільми, де ми зможемо спостерігати в головних ролях персонажів, повністю виконаних на компютері і дуже природно і що повноцінно взаємодіють з іншими, живими, акторами. Технологічні можливості досягнуть таких позицій, що глядачеві вже буде украй важко відрізнити вигадку від реальності. Вимоги кіноіндустрії ростуть з кожним роком, що і приводить до відповідної, можна сказати, вимушеною, еволюції компютерної графіки. Тепер розберемося з розвитком апаратного забезпечення домашніх ПК для реалізації потреб компютерної графіки. У 1998 році відбулася т. з. тривимірна революція, коли зявився десяток нових моделей тривимірних прискорювачів, інтегрованих в звичайні відеокарти. З цієї миті ринок переживав планомірне падіння питомої ціни компютерної графіки для персональних компютерів. Зараз позитивні впровадження в процес оптимізації обробки графічної інформації виникають мало не щодня, а вартість апаратних рішень постійно зменшується. Зрештою можна чекати появи відеокарт з приголомшливими уяву можливостями при абсолютно низькому рівні цін на них. Компютерні ігри, розроблені в 2002 і 2003 роках, як не можна краще відображають поточний стан компютерної графіки. Річ у тому, що виробники ігор прагнуть якомога сильніше наблизитися до заповітного рубежу реальності, предявляючи все більш високі вимоги до апаратури компютера. А це, у свою чергу, підстібає промисловість знаходити рішення для задоволення запитів кінцевих користувачів, яких, зрозуміло, притягають сучасні ігри. У результаті виходить замкнутий круг, і вирватися з нього навряд чи коли-небудь вийде.

Список використаних джерел

http://www.acm.org