Πρωτοπόροι στο 3D Γραφικά Υπολογιστών

Οι άντρες πίσω από τις επινοήσεις

Υπάρχουν χιλιάδες εξαιρετικά ταλαντούχοι καλλιτέχνες που εργάζονται στη σημερινή βιομηχανία γραφικών υπολογιστών και έχουν τεράστιο ρόλο στη διαμόρφωση των παιχνιδιών που παίζουμε και των ταινιών που παρακολουθούμε στα έργα τέχνης που είναι. Αλλά πίσω από κάθε σπουδαίο ψηφιακό καλλιτέχνη είναι ένας επιστήμονας υπολογιστών που βοήθησε να καταστεί δυνατή η δουλειά τους.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι επιστήμονες ήταν οι ίδιοι οι καλλιτέχνες, σε άλλες περιπτώσεις προέρχονταν από εντελώς άσχετους επιστημονικούς κλάδους. Το ένα πράγμα που έχει κάθε κοινό σε αυτή τη λίστα είναι ότι έσπρωξαν τα γραφικά των υπολογιστών προς τα εμπρός με κάποιο τρόπο. Μερικοί από αυτούς έβαλαν το έδαφος πριν από πολλά χρόνια, όταν η βιομηχανία ήταν ακόμα στα σπάργανα. Άλλοι επεξεργάστηκαν τις τεχνικές, βρίσκοντας νέες λύσεις στα παλιά προβλήματα.

Όλα ήταν πρωτοπόροι:

01 από 10

Ed Catmull

Todd Williamson / Συντελεστής / Getty Images

Χαρτογράφηση υφής, αντιπαράθεση, επιφάνειες υποδιαίρεσης, ζ-απομόνωση

Λόγω της εορτασμένης κατάστασης ως ένας από τους συνιδρυτές του Pixar Animation Studios, ο Ed Catmull είναι ίσως ο πιο γνωστός επιστήμονας υπολογιστών σε αυτόν τον κατάλογο. Οποιοσδήποτε έχει περάσει αρκετό καιρό μετά ή να διαβάσει σχετικά με τη βιομηχανία Γραφικών Υπολογιστών έχει σχεδόν βρει το όνομα του μια ή δύο φορές και ακόμη και οι λαοί που δεν ενδιαφέρονται για την τεχνική πλευρά του CG μπορεί να τον έχουν δει να αποδέχονται το βραβείο Όσκαρ για τεχνικά επιτεύγματα το 2009.

Εκτός από την Pixar, η μεγαλύτερη συμβολή του Catmull στο πεδίο περιλαμβάνει την εφεύρεση της χαρτογράφησης υφής (προσπαθήστε να φανταστείτε μια βιομηχανία χωρίς χαρτογράφηση υφής), την ανάπτυξη αλγορίθμων κατά της αλλοιώσεως, τη βελτίωση της μοντελοποίησης επιφανειών υποδιαίρεσης και την πρωτοποριακή εργασία στην έννοια του Z -buffering (διαχείριση βάθους).

Ed Catmull ήταν πραγματικά ένας από τους πρώτους επιστήμονες υπολογιστών για να αρχίσει πραγματικά να θέτει τις βάσεις για μια σύγχρονη βιομηχανία γραφικών υπολογιστών , και οι συνεισφορές του στον τομέα είναι πραγματικά εκπληκτικές. Διετέλεσε πρόεδρος του Pixar και του Walt Disney Animation Studios.

02 από 10

Jim Blinn

Wikimedia Commons

Μοντέλο Shinder Blinn-Phong, Χαρτογράφηση Bump

Ο Blinn ξεκίνησε την καριέρα του στη NASA, όπου εργάστηκε για απεικονίσεις για την αποστολή Voyager, ωστόσο η συμβολή του στα γραφικά του υπολογιστή ήρθε το 1978 όταν ξεσήκωσε τον τρόπο που αλληλεπιδρά το φως με τις 3D επιφάνειες σε ένα περιβάλλον λογισμικού. Όχι μόνο έγραψε το μοντέλο shader Blinn-Phong, το οποίο παρουσίασε έναν υπολογιστικό φθηνό (δηλαδή γρήγορο) τρόπο υπολογισμού των αντανακλάσεων της επιφάνειας σε ένα 3D μοντέλο , ενώ επίσης πιστώνεται με την εφεύρεση της χαρτογράφησης χτύπησης.

03 από 10

Loren Carpenter & Robert Cook

Φωτογραφίες / Συντελεστής / Getty Images

Ρέγιες

Το πρώτο μας ζευγάρι, στη λίστα, Carpenter και Cook είναι αδιαχώριστες επειδή δημοσίευσαν την πρωτοποριακή δουλειά τους ως συν-συγγραφείς (ο Ed Catmull συνέβαλε επίσης στην έρευνα). Το ζευγάρι βοήθησε στην ανάπτυξη της φωτορεαλιστικής αρχιτεκτονικής Reyes , η οποία αποτελεί τη βάση του μνημειώδη επιτυχημένου πακέτου λογισμικού PhotoRealistic RenderMan της Pixar (σύντομα).

Το Reyes, το οποίο σημαίνει Renders Everything You Ever Saw, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως σε περιβάλλοντα στούντιο, κυρίως στο Pixar, αλλά και ως ένα σμήνος του Reyes spinoffs που τυπικά αναφέρεται ως Renderman-συμβατά renderers. Για μικρότερα στούντιο και μεμονωμένους καλλιτέχνες, ο Reyes αντικαταστάθηκε ως επί το πλείστον από πακέτα scanline / raytracing όπως το Mental Ray και το VRay.

04 από 10

Ken Perlin

Slaven Vlasic / Stringer / Getty Images

Perlin Θόρυβος, Hypertexture, Animation χαρακτήρων σε πραγματικό χρόνο, συσκευές εισόδου βασισμένες σε γραφίδα

Ο Perlin είναι ένας άλλος από αυτούς τους βαρέων βαρών της βιομηχανίας που τα επιτεύγματα είναι πολύ εκτεταμένα και ανεκτίμητα. Το Perlin Noise είναι μια δημοφιλής και συγκλονιστικά ευπροσάρμοστη διαδικαστική υφή (όπως μέσα, γρήγορη, εύκολη, χωρίς χάρτες υφής) που έρχεται στάνταρ σχεδόν σε κάθε τρισδιάστατο πακέτο λογισμικού . Το HyperTexture - η δυνατότητα να βλέπεις αλλαγές σε υφές ενός μοντέλου σε πραγματικό χρόνο - είναι μια από τις σπουδαίες τεχνικές εξοικονόμησης χρόνου στο σετ εργαλείων ενός καλλιτέχνη. Νομίζω ότι σε πραγματικό χρόνο animation χαρακτήρα μιλάει μάλλον για τον εαυτό της. Συσκευές εισόδου βασισμένες σε γραφίδα - δοκιμάστε να διαχωρίσετε έναν ψηφιακό γλύπτη από το αξιόπιστο tablet Wacom.

Αυτά είναι όλα όσα χρησιμοποιεί ένας ψηφιακός καλλιτέχνης κάθε μέρα που κάνει τέχνη. Ίσως καμία από τις εξελίξεις του Perlin δεν ήταν τόσο πρωτοποριακή όσο λέει, η εφεύρεση της χαρτογράφησης υφής, αλλά είναι εξίσου πολύτιμες.

05 από 10

Πατ Χανράχαν & Χένρικ Γουάν

Valerie Macon / Stringer / Getty Images

Υπόστρωμα διάχυσης, χαρτογράφηση φωτονίων

Έχετε δει το Tin Toy του Pixar , ή οποιαδήποτε άλλη πρόωρη προσπάθεια φωτορεαλιστική απόδοση ενός ανθρώπινου χαρακτήρα; Κάτι κοιτάζει μακριά, έτσι; Αυτό συμβαίνει επειδή το ανθρώπινο δέρμα δεν είναι εντελώς αδιαφανές - μεταδίδει, διασκορπίζει ή απορροφά ένα μεγάλο μέρος του φωτός που το χτυπάει, δίνοντας στο δέρμα μας μια λεπτή κόκκινη ή ροζ απόχρωση όπου τα αιμοφόρα αγγεία είναι πιο κοντά στην επιφάνεια. Οι πρώτες σκίαση των επιφανειών δεν ήταν ικανές να κάνουν αυτό το αποτέλεσμα σωστά, προκαλώντας τους ανθρώπινους χαρακτήρες να εμφανίζονται νεκροί ή σαν ζόμπι.

Το SSS είναι μια τεχνική σκίασης που καθιστά το δέρμα σε στρώματα, με κάθε στρώμα να μεταδίδει μια διαφορετική απόχρωση περιβάλλοντος με βάθος χάρτες - αυτή είναι η μεγαλύτερη συμβολή του Jensen & Hanrahan στο πεδίο και είναι καθοριστική για τον τρόπο με τον οποίο οι ανθρώπινοι χαρακτήρες αποδίδονται σήμερα.

Ο αλγόριθμος χαρτογράφησης φωτονίων γράφτηκε μόνο από τον Jensen και ασχολείται επίσης με το φως που διέρχεται από ημιδιαφανή υλικά. Συγκεκριμένα, η χαρτογράφηση φωτονίων είναι μια τεχνική διπλού περάσματος παγκόσμιας φωτισμού που χρησιμοποιείται πιο συχνά για την προσομοίωση του φωτός που διέρχεται από γυαλί, νερό ή ατμό.

Οι δύο βραβεύτηκαν βραβεία Ακαδημαϊκών στο τεχνικό επίτευγμα για την εργασία τους στην υπογείων διασκορπισμό.

06 από 10

Άρθουρ Απέλ και Τέρνερ Γουίττετ

Wikimedia Commons

Αλγόριθμοι Raycasting & Raytracing

Αν και τεχνικά δύο ξεχωριστές ανακαλύψεις, μετράμε την raycasting (Appel 1968) και αργότερα το raytracing (Whitted 1979) ως μια ενιαία είσοδο επειδή ο Turner Whitted βασιζόταν ουσιαστικά και προσαρμόζει το έργο που είχε κάνει το Appel πριν από πολλά χρόνια.

Μαζί, η μία δύο γροθιά αποτελεί τη βάση των πιο σύγχρονων τεχνικών απόδοσης και έχει αντικαταστήσει τους επεξεργαστές σάρωσης γραμμής λόγω της μεγαλύτερης ικανότητάς τους να αναπαράγουν με ακρίβεια φαινόμενα φυσικού φωτισμού όπως χρωματική αιμορραγία, παραφωτίδα σκιάς, διάθλαση, αντανάκλαση και βάθος πεδίου. Αν και οι επεξεργαστές raytracing είναι πολύ ακριβείς, το μεγαλύτερο μειονέκτημα τους ήταν πάντα (και εξακολουθεί να παραμένει) η ταχύτητα και η αποτελεσματικότητά τους. Ωστόσο, με τις υπερβολικά ισχυρές CPU και το ειδικό υλικό γραφικών, αυτό έχει γίνει λιγότερο πρόβλημα.

07 από 10

Paul Debevec

Max Morse / Stringer / Getty Images

Εικόνα βασισμένη απόδοση και μοντελοποίηση, HDRI

Λόγω των ανακαλύψεών του, ο Paul Debevec είναι αποκλειστικά υπεύθυνος για δεκάδες χιλιάδες ανεπιθύμητων "φουτουριστικών αυτοκινήτων που κάθεται σε ένα άδειο δωμάτιο λευκού αλλά εξακολουθεί να αντικατοπτρίζει μια πλήρη εικόνα". Αλλά είναι επίσης υπεύθυνος για την απλούστευση της ροής εργασίας εκατοντάδων ειδικών στον τομέα του περιβάλλοντος, της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αρχιτεκτονικής απεικόνισης.

Η απόδοση βάσει εικόνας επιτρέπει τη χρήση μιας εικόνας HDRI (μια πανοραμική εικόνα 360 μοιρών ενός περιβάλλοντος) για τη δημιουργία φωτεινών χαρτών για μια τρισδιάστατη σκηνή. Η παραγωγή φωτεινών χαρτών από μια πραγματική έκδοση του κόσμου σημαίνει ότι οι καλλιτέχνες δεν χρειάζεται πλέον να περνούν ώρες που τοποθετούν τα φώτα και τα κιβώτια ανακλαστήρων σε μια τρισδιάστατη σκηνή για να αποκτήσουν μια αξιοσέβαστη απόδοση.

Το έργο του για την μοντελοποίηση με βάση τα είδωλα επιτρέπει τη δημιουργία ενός 3D μοντέλου από μια συλλογή ακίνητων εικόνων - αυτές οι τεχνικές αρχικά χρησιμοποιήθηκαν στο The Matrix και έχουν εφαρμοστεί σε δεκάδες ταινίες από τότε.

08 από 10

Krishnamurthy & Levoy

πανεπιστημιο του Στανφορντ

Κανονική χαρτογράφηση

Πού να ξεκινήσετε με αυτά τα δύο. Το έργο τους μπορεί να αποτελείται μόνο από μια μοναδική ανακάλυψη, αλλά το αγόρι ήταν μεγάλο. Η κανονική χαρτογράφηση βασίζεται στην ιδέα ότι είναι δυνατή η τοποθέτηση ενός πολύ λεπτομερούς πλέγματος (με εκατομμύρια πολύγωνα) σε πολυγωνικό κλουβί χαμηλής ανάλυσης με βάση τους κανονικούς επιφανειακούς όρους του μοντέλου.

Αυτό μπορεί να μην ακούγεται πολύ, αν προέρχεστε από ένα φόντο οπτικών εφέ, όπου δεν είναι ανήκουστο να αφιερώσετε έως και 80 ώρες CPU χρόνο απόδοσης σε ένα ενιαίο καρέ ταινιών. Απλά πάρετε μια αποθήκη γεμάτη υπολογιστές και ωμή δύναμη, μπορείτε να πείτε.

Αλλά τι συμβαίνει στη βιομηχανία παιχνιδιών όπου ολόκληρα περιβάλλοντα πρέπει να αποδίδονται 60 φορές κάθε δευτερόλεπτο; Η ικανότητα να "ψήνουν" εξαιρετικά λεπτομερή περιβάλλοντα παιχνιδιών με εκατομμύρια πολύγωνα σε ένα πλέγμα σε πραγματικό χρόνο χαμηλού πλέγματος είναι λίγο και μόνο ο λόγος για τον οποίο τα σημερινά παιχνίδια φαίνονται τόσο βρώμικα καλά. Gears of War χωρίς κανονική χαρτογράφηση; Σε καμία περίπτωση.

09 από 10

Προσφορά Alon & Jack Rimokh

Jason LaVeris / Συνεισφέρων / Getty Images

Founded Pixologic, δημιούργησε το ZBrush

Πριν από περίπου δέκα χρόνια αυτοί οι τύποι έσκαψαν τη βιομηχανία όταν ίδρυσαν Pixologic και εισήγαγαν την επαναστατική εφαρμογή μοντελοποίησης ZBrush. Αυτοί εισήγαγαν με μοναδικό τρόπο στην εποχή του ψηφιακού γλύπτη, και με αυτό ήρθαν εκατοντάδες φανταστικά λεπτομερείς, άψογα υφή, οργανικά 3D μοντέλα όπως ο κόσμος δεν είχε δει ποτέ.

Χρησιμοποιούμενη σε συνδυασμό με την κανονική χαρτογράφηση, ο ZBrush (και παρόμοιο λογισμικό όπως το Mudbox βασισμένο στις ίδιες έννοιες) άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι μοντελιστές. Αντί να δουλεύουμε πάνω από την άκρη-ροή και την τοπολογία , είναι τώρα δυνατό να σκαλίζουμε ένα τρισδιάστατο μοντέλο σαν ένα κομμάτι ψηφιακού πηλού με ελάχιστη ανάγκη να τοποθετήσουμε την κορυφή των πολυγώνων στην κορυφή.

Εκ μέρους των μοντέλων παντού, σας ευχαριστώ Pixologic. Ευχαριστώ.

10 από 10

William Reeves

Alberto E. Rodriguez / Προσωπικό / Getty Images

Αλγόριθμος Motion Blur

Ο Reeves είναι ένας από εκείνους τους τύπους που φορούσε σχεδόν κάθε καπέλο που μπορείτε να φανταστείτε στη βιομηχανία γραφικών υπολογιστών. Εργάστηκε ως τεχνικός διευθυντής στη σπεσιαλιτέ μικρού μήκους ταινία του Luxe Jr. (η γέννηση της λάμπας Pixar) του John Lasseter και έχει παίξει σημαντικούς ρόλους σε έντεκα ταινίες μεγάλου μήκους. Οι συνεισφορές του είναι συνήθως σε τεχνικές θέσεις, αλλά περιστασιακά δανείζει τα ταλέντα του ως μοντέλο, και μάλιστα μια φορά ως εμψυχωτής.

Το μεγαλύτερο τεχνικό του επίτευγμα, και ο πραγματικός λόγος που είναι σε αυτόν τον κατάλογο, είναι η ανάπτυξη του πρώτου αλγορίθμου για την επιτυχή προσομοίωση της θαμπής κίνησης στον υπολογιστή.

Μάθετε περισσότερα για την εκτύπωση 3D.