računarska grafika i film

Elektronski računari su sa nama od četrdesetih godina, ali se tek odnedavno koriste za izradu slika. Do pedesetih godina prošlog vijeka, kombinovanje tehnologije i vizuelnih sredstava moglo se vidjeti na televiziji, osciloskopima i radarskim ekranima. Prvi bitniji korak u tom pravcu vjerovatno je bio elektronski sistem za crtače Sketchpad Ivana Sutherlanda, nastao 1961. Taj vektorski sistem radio je sa svjetlosnim perom i omogućavao korisnicima da prave crteže direktno na ekranu za prikazivače. Vektorska grafika je primitivan crtež, uobičajen u ranim video igrama i filmskim efektima. Godine 1967. Sutherland se pridružio Davidu Evansu na Univerzitetu u Juti (University of Utah) u sastavljanju nastavnog plana za oblast računarske grafike koji bi spajao umjetnost i nauku. Univerzitet je postao poznat po istraživanjima iz ove oblasti i privukao je neke od budućih glavnih aktera u toj industriji: Jim Clark, osnivač kompanije Silicon Graphics, Inc. (SGI, osnivač kompanije Alias|Wavefront); Ed Catmull, jedan od prvih autora računarski animiranih filmova, i John Warnock, osnivač kompanije Adobe Systems, čija je djelatnost razvoj proizvoda koji definišu ovu industriju, kao što su Photoshop i PostScript.

Algoritmi, izumljeni i poboljšani

Pioniri računarske grafike razvili su 3D koncept: korištenje računara za izradu crteža u perspektivi od bilo kog unjetog teoretskog skupa geometrijskih oblika – obično trouglova, ali ponekad i sfera ili paraboloida. Oblici su prikazani kao puni, oni u prednjem planu zaklanjaju one u zadnjem. Potom su nastala virtuelna “svjetla”, dajući ravno osvjetljene 3D elemente koji su ranoj računarskoj grafici davali tehnički izgled oštrih ivica (slika 1).

Usrednjavanjem sjenki od ugla do ugla dobijen je glatkiji izgled, a taj izum je nazvan senčenje Gouraud po svom izumitelju, Henriju Gouraudu. Ovaj vid uglačavanja poligona zahtjeva minimum izračunavanja i koristi se za uglačavanje u realnom vremenu u većini današnjih 3D grafičkih kartica (slika 2). Kada je Gouraud predložio ovu tehniku 1971, računari su mogli da iscrtaju samo najjednostavnije scene i to veoma sporo. Godine 1974. Ed Catmull je predstavio koncpet Z-bafera – ako slika ima horizontalne (X) i vertikalne (Y) elemente, svaki element treba da ima i ugrađenu dubinu (Z). Ovaj koncept je ubrzao uklanjanje skrivenih površina i sada je standard za 3D kartice koje podržavaju iscrtavanje u realnom vremenu. Catmullova druga inovacija je postavljanje dvodimenzionalne slike preko trodimenzionalnog tijela. Mapiranje teksture (engl. texture mapping), kao što se vidi na slici 3, suštinski je bitno za postizanje realističnih prikaza u 3D. Prije mapiranja tekstura objekti su imali samo jednu čistu boju, pa je izrada zida od cigli zahtijevala pojedinačno modelovanje svake cigle i maltera kojim su one spojene. Postavljanjem rasterske slike cigle na jednostavan pravougaoni objekat, napravićete zid uz minimum izračunavanja i utroška računarske memorije, a da ne govorimo o smanjenju frustracije animatora. Bui-Toung Phong je poboljšao sjenčenje Gouraud 1974, interpolirajući sjenčenje preko cijelog poligona umjesto samo korištenjem uglova (slika 4). Mada ova metoda vizuelizacije može biti i do 100 puta sporija od Gourauda, ona daje izuzetno realan, “plastičan” izgled koji je odlikovao ranu računarsku animaciju. Dvije varijante omotača tipa Phong ugrađena su i u program Maya. James Blinn je kombinovao elemente Phong sjenčenja i mapiranja teksture da bi dobio mapu reljefnosti (engl. bump map), 1976. (slika 5). Ako su povrãine već vještački uglačane Phong sjenčenjem i ako dvodimenzionalnom slikom možete obljepiti trodimenzionalne površine, zašto ne biste sliku u nijansama sive iskoristili da biste stvorili iluziju reljefnosti umjesto glatkoće? Nivo sive koji je viši od srednje vrijednosti tretira se kao ispupčenje, a tamniji nivoi su udubljenja. Sjenčenja Gauraud i Phong ne utiču na geometriju, a trik se otkriva u silueti objekta. Ipak, Blinnova inovacija dodala je nov realizam trodimenzionalnoj vizuelizaciji. Kada se tekstura sa koordinatama i mape reljefnosti kombinuju u relativno detaljnom 3D modelu, realističan 3D prikaz postaje dostižan. Blinn je razvio i prvu metodu mape refleksije okruženja (engl. environmental reflection mapping). Predložio je izradu kockastog okruženja iscrtavanjem šest prikaza na šest ravni kocke koja okružuje objekat. Tih šest slika se potom obrnuto mapiraju (preslikavaju) na objekat, ali sa fiksnim koordinatama, tako da se slike ne pomjeraju sa objektom. Rezultat je utisak da se okruženje ogleda u objektu i taj efekat sasvim dobro izgleda sve dok dijelovi okruženja ne počnu da se kreću ili brzo smjenjuju tokom animacije. Godine 1980. Turner Whitted je predložio novu tehniku vizuelizacije, praćenje zraka (engl. raytracing). Ona funkcioniše iz ravni pogleda kamere, projektujući svaki piksel konačne slike u virtuelnu scenu. Zraci se odbijaju kroz scenu, udarajući površine ili svjetla i miješajući boju piksela na odgovarajući način (slika 6). Površine koje odbijaju i prelamaju svjetlost prave više zraka koji miješaju boju piksela. Mada ova metoda zahtjeva veoma mnogo izračunavanja, rezultati su veoma realistični i precizno prikazuju odbijanje i prelamanje svjetlosti. Praćenje zraka se naročito koristi za predstavljanje hromiranih i staklenih površina.

Osamdesete najzad lijepe slike

U ranim osamdesetim, personalni računari postali su uobičajeniji u poslovanju, a među prvim pokušajima ugrađivanja računarske grafike u zabavu bili su filmovi Tron i The Last Starfighter. U tim projektima korišćen je specijalizovan hardver i superkompjuteri za izradu samo nekoliko minuta grafike u filmskoj rezoluciji, ali pokazano je da se i to može učiniti. Do sredine osamdesetih, SGI počinje da pravi moćne personalne radne stanice za istraživanja, nauku i računarsku grafiku. Godine 1984. u Torontu je osnovana kompanija Alias, a osnivači su u imenu kombinovali dva značenja riječi alias: “pseudonim” (osnivačima je to bio dodatni posao); i izraz koji se koristi za nazubčen izgled računarske grafike. Na početku su programi kompanije Alias bili orijentisani ka CAD-u i uglavnom su služili za modelovanje i dizajniranje složenih površina. Kasnije je u Aliasu nastao Power Animator, moćan i skup program koji su mnoge produkcijske kuće opisivale kao najbolji paket za 3D modelovanje. Wavefront, koji je osnovan 1984. u Santa Barbari, dobio je ime po čelu svjetlosnog talasa. Ova kompanija je odmah počela sa razvojem programa za izradu trodimenzionalnih vizuelnih efekata i napravila je uvodnu grafiku za Showtime, Bravo i National Geographic Explorer. Prvi Wavefrontov program nazvan je Preview. I drugi 3D softverski paket, SoftImage iz 1988, bio je popularan i poznat po svojoj korisnosti za animaciju. Programi i uređaji koji su osamdesetih godina korišteni za profesionalnu animaciju, uglavnom su bili specijalizovani i skupi. Do kraja osamdesetih samo je nekoliko hiljada ljudi u svijetu pravilo vizuelne efekte, a uglavnom su svi koristili SGI računare sa 3D programima iz Wavefronta – Soft- Image i mnoge druge konkurentske programe.

Devedesete inovacije vode do popularizacije

Uskoro, ova mala grupa animatora počela je brzo da se širi zahvaljujući invaziji kućnih računara: IBM PC, Amiga, Macintosh, pa čak i Atari, pravili su svoje prve 3D programe. Kompanija AT&T predstavila je 1986. prvi stoni paket za animaciju nazvan TOPAS. Taj paket je koštao 10.000 dolara i bio je kompletan profesionalan sistem za animaciju koji je radio na DOS računarima sa procesorom Intel 286. TOPAS je omogućio nezavisno animiranje na veliko, uprkos primitivnoj grafici i relativno sporom izračunavanju. Electric Image, još jedan stoni sistem za animaciju, razvijen je naredne godine za kompaniju Apple Macintosh. Godine 1990. AutoDesk je počeo da prodaje 3D Studio, program malog nezavisnog tima Yost Group koji je pravio grafičke proizvode za Atari. Po cijeni od 3.000 dolara, 3D Studio je postao konkurencija TOPAS-u za korisnike PC-ja. NewTekov Video Toaster pojavio se slijedeće godine zajedno sa jednostavnim 3D softverom LightWave, a i jedan i drugi program radili su samo na Amiga računarima. NewTek je prodao hiljade ovih paketa ambicioznim video producentima, snimateljima vjenčanja i muzičkim video entuzijastima. Početkom devedesetih računarska animacija više nije bila rezervisana samo za elitu. Širom svijeta ljudi su iz hobija počeli da eksperimentišu sa praćenjem zraka i animacijom. Čak su i korisnici bez mnogo novca mogli da preuzmu programe za praćenje zraka, kao što je Vivid Stephena Coya ili Persistence of Vision Raytracer, poznatiji kao POVRay. (POVRay je za djecu i početnike i dalje odlično besplatno sredstvo za istraživanje 3D računarske grafike.) Filmovi sa inovativnim i zadivljujućim efektima, kao što su Ambis( The Abyss) i Terminator 2, pokazivali su da je nova vrsta slika i procesa vizuelizacije – zasnovana na računarima – postala moguća. Nažalost, ljudi su uglavnom zasluge pripisivali tranzistorima, a nimalo animatorima koji su mukotrpno radili, i ta zabluda se nastavlja do današnjih dana.  

...povratak: hisorija specijalnih efekata...