A háromdimenziós számítógépes grafika: interaktív perspektivalizmus  
 

    A perspektíva elsõ alkalmazása óta folyamatosan születnek kísérletek, hogy a perspektivikus képet létrehozó hosszadalmas folyamatot megkönnyítsék.19 A XVI. és a XIX. század között számos perspektíva-szerszámot (pontosabban, perspektíva segédeszközt) találtak föl. Ezeknek az volt a célja, hogy segítségükkel különösen bonyolult perspektivikus képeket alkossanak, igazolják a perspektíva elvét, segítésék a diákokat a tanulásban, felkeltsék a mûvészek vevõinek érdeklõdését, vagy egyszerûen intellektuális játékot nyújtsanak. Dürer már a XVI. század elején több ilyen gépet leírt.20 Az egyik eszköz derékszögû keretre szerelt háló, mely a mûvész és a tárgy között helyezkedik el. Egy másikon a tekintet vonalát egy húr képviseli. A húr egyik végét rögzítik, a másik folyamatosan mozgatható a tárgy legfontosabb pontjai között. Azt a pontot, ahol a húr a vetület fakerettel jelzett síkját metszi, két egymást keresztezõ húr mutatja. A keretre rácsukható táblát minden új pozíciónál odaillesztik, és a felületén megjelölik a metszéspontot. A késõbbi perspektíva-eszközök közé tartozott még a perspektográf, a pantográf, a fizikonotrace és az optigráf.

    De mért kellene kézzel mozgatni pontról pontra a fénysugarat képviselõ húrt? A perspektíva-eszközök mellett számos optikai szerkezet is forgalomban volt, különösen a domborzat vizsgálatában és a topográfiai felméréseknél. Ide tartozott a camera obscura néhány korai változata, az ormótlan sátraktól a könnyen hordozható dobozokig. 1800 után a mûvész felszereléséhez tartozott a camera lucida is, melyet 1806-ban szabadalmaztattak.21 A camera lucida prizmával mûködött, ennek két tükrözõ felülete 135 fokos szögben állt. A rajzoló addig igazgatta tekintetét, míg egyszerre nem látta a képet és a rajzolófelületet, ahol a kép körvonalát ceruzával kihúzhatta.

    A camera obscura és a camera lucida alkotta képek felületesek voltak, további munkába telt, míg rögzítették is e képeket. A rajzolónak aprólékosan követnie kellett a képet, hogy a rajz végsõ formáját rögzítse.

    Az igen idõigényes folyamatot a fényképezés számolta föl. A valóság képpé alakítása, a valódi tárgyak perspektivikus megfeleltetése mechanikussá vált. Ám ez a mechanizmus nem hatott a perspektíva további alkalmazásaira. Latour szerint a perspektíva „négysávos autópályát" jelent a valóság és leképzése között. Valóságos és képzeletbeli tárgyakat vegyíthetünk egyszerû geometriai modell segítségével, a valóság és a modell közötti út pedig oda-vissza járható. De a geometrikus modell megteremtése továbbra is manuális folyamat maradt, amelyhez a perspektivikus és az analitikus geometria módszereire, ceruzára, vonalzóra és radírra volt szükség. A modell perspektivikus vetületének megrajzolása itt is néhány órás rajzolást igényelt. A geometrikus modellálás és ennek ábrázolása még jó ideig nem vált mechanikussá és automatikussá.

    A gépesítést semmi sem képviseli talán olyan drasztikusan, mint a Henry Ford által 1913-ban felállított futószalag. A futószalag két alapelvre épült. Az egyik a részek standardizálása, melyet már a XIX. században alkalmaztak katonai egyenruhák készítésében. A másik, újabb elv a gyártási folyamat sorozatosan ismétlõdõ, egyszerû cselekvéselemekekre bontása volt, amit olyan munkások is végezhettek, akiknek nem kellett az egész folyamathoz érteniük, így könnyen helyettesíthetõkké váltak.

    Úgy tûnt, eljött a modern mechanika csúcsa. De a spanyol feltaláló, Leonardo Torres y Quevedo még ugyanebben az évben javaslatot tett programozott gépek ipari használatára.22 Kimutatta, hogy bár korábban is létezett automata, soha sem alkalmazták hasznosan:  
A régi korok automatái... az élõlények küllemét és mozgását utánozzák, de ennek kicsi a gyakorlati szerepe. Valójában olyan felszerelésre van szükség, amely a pusztán emberinek látszó mozdulatot kihagyja, és megkísérli az élõ ember teljesítményét elérni, hogy tehát az embert felválthassa a gép.23

    A gépesítéskor a feladatot ember végzi, de a fizikai munkát átadja a gépnek. Az automatizálás továbbfejleszti a gépesítést, itt már az emberi szervek megfigyelõ, erõkifejtõ és döntésbeli szerepét is a programozott gép veszi át.

    Az „automatizálás" szó 1947-ben született meg, Ford 1949-ben megkezdte az elsõ automatizált gyár felépítését. Az automatizálást a második világháború során a digitális számítógép kifejlesztése tette lehetõvé - így a kompjuterizálás szinonímája lett. Egy évtizeddel késõbb már a létezõ és nemlétezõ tárgyak perspektivikus kivetítésének folyamata is elindult az automatizálás felé.24 Az 1960-as évek elejére a Boeing tervezõi már a gép kifutópályán való landolásának és a pilóta mozgásának szimulálásában háromdimenziós számítógépes grafikára támaszkodhattak.25 A perspektivikus kép automatizálásával a digitális számítógép a reneszánszban megkezdett folyamatot tetõzte be. Az automatizálást az tette lehetõvé, hogy a perspektivikus rajz készítése mindig is aprólékos folyamat volt, olyan algoritmus, amely kis lépések sorozatával egy térbeli tárgy háromdimenziós pontjainak koordinátáit egy adott síkra vetíti. A számítógép megjelenése elõtt az algoritmus lépéseit tervezõk és mûvészek hajtották végre. A kompjúter lehetõvé tette, hogy mindez automatikusan történjék, tehát hatékonyabban is.26

    A perspektívát leíró, kompjúterrel végezhetõ algoritmus részleteit az 1960-as évek elején tette közzé Larry G. Roberts, aki akkor a MIT hallgatója volt.27 A perspektívát leíró algoritmus a hagyományos perspektivikus technikákhoz igen hasonló módon alkot perspektivikus képet. Robertsnek a perspektivikus geometriát tárgyaló XIX. századi német szakkönyvekbõl kellett kiindulnia, hogy eljusson a perspektíva matematikájához.28 Az algoritmus a valóságot szilárd tárgyakra bontja, a tárgyakat tovább egyszerûsíti egyenesek meghatározta síkokra. Az egyenesek végpontjainak koordinátáit a számítógép raktározza. Ugyancsak elraktározza a valódi kamera paramétereit, a nézõpont koordinátáit, a nézet irányát és a vetület síkjának helyzetét. Ezen információk birtokában az algoritmus pontról pontra haladva megteremti a tárgy perspektivikus képét.

    A perspektivikus szerkezet kompjuterizálása lehetõvé tette, hogy automatikusan jöjjön létre egy tetszõleges nézõpont által látott modell perspektivikus képe: a valódi kamera képe a valódi világról. E kép azonban durva és statikus. Hogy a szimulált landolást filmen mutassák be, a Boeing szakértõinek a számítógépes technológiát kézzel kellett pótolniuk. A hagyományos rajzfilmhez hasonlóan másodpercenként huszonnégy képre volt szükség. E képeket számítógép hozta létre, és egyszerû vonalakból álltak. A kockákat egy mûvész festette ki kézzel. A kész kockákat - szintén kézzel - animációs állványon vitték filmre.

    Az 1970-es és 1980-as években fokozatosan a színezést is gépesítették. Számos algoritmus készült, hogy a szintetikus képhez megalkossák a mélység jeleit: ilyen volt a rejtett vonal, a rejtett felület eltávolítása, az árnyalás, az anyag, az atmoszferikus perspektíva, az árnyékok, a tükrözõdés és a többi.29

    1962-ben Ivan Sutherland megtervezte legendás Sketchpad (Vázlattömb)-programját. A Sketchpad segítségével a kezelõ egyenesen a számítógép képernyõjére tud rajzolni, miközben az ernyõt könnyû tollal érinti. Ugyanebben az évben az ITEK forgalmazni kezdte a Sketchpad-hez hasonló Elektromos Rajzológépét.30

Bár mindkét program csak a kétdimenziós grafikára terjedt ki, már az interaktív grafika új paradigmáját vezették be: ha az ember a képernyõn változtatott valamit, a kezelõ módosítatta a kompjúter memóriájában az adatokat.31

    Amikor az interaktív szerkesztés új paradigmáját a háromdimenziós rajzolás algoritmusával összesítették, alapvetõen új módja született meg a perspektivikus kép használatának. Ez forradalmibb fejlemény volt, mint a perspektivikus szerkesztés automatizálása maga. Hiszen hagyományos tervezõk is megtehették volna, amit a Boeing - hogy a háromdimenziós adatok felhasználásával perspektivikus filmkockákat gyártsanak -, legfeljebb lassabban ment volna a dolog. De most az vált lehetõvé, hogy a valódi kamera nézõpontját változtatva a perspektivikus vetület megfelelõ változásait azonnal lehessen látni. Arra is lehetõség nyílt, hogy interaktív módon háromdimenziós modelleket építsenek és mûködtessenek, és a változásokat kövessék a képernyõn.

    Az interaktív háromdimenziós számítógép-grafika megjelenése meggyorsította azt a folyamatot, amely célul tûzte, hogy az operátor tevékenysége és a bemutatott eredmények közötti fáziskésést kiküszöbölje. A sebességért való hajszában - amely az 1970-es években felgyorsult, mikor a szintetikus képeket a repülés szimulálásában kezdték alkalmazni - a háromdimenziós grafika algoritmusa a software-rõl fokozatosan átkerült a hardware-be, és minden egyes algoritmus külön kompjúter chip lett. A Silicon Graphics, a számítógépes grafika hardware-változatának egyik legfontosabb gyártója az ilyen rendszert „geometria-gépnek" nevezte el.

    A kifejezés pontosan írja le a perspektivikus ábrázolás automatizálásának második szakaszát. Az elsõ szakasz, azaz a fényképezõgép kamerája, amelynek lencséjébe fizikailag bele van építve a perspektíva, a létezõ tárgy perspektivikus képének létrejöttét gépesítette. Most, amikor a perspektíva algoritmusa és más szükséges geometriai eljárások szilikonba vannak foglalva, lehetségessé vált, hogy nemlétezõ tárgyak modelljeit is be lehessen mutatni és interaktívan változtatni.

    A jelen esszé kijelentette, hogy a XX. században a látás nominalizmusának automatizálása új korszakba lépett. Az automatizmus jele az új technológiák tömege, melyek a háromdimenziós valóságot rögzítik és mutatják meg képen, ezek mind a XX. század közepe óta jelentek meg, ilyen a radar, az infravörös képalkotás, a lézeres érzékelés, a CAT scan, a mágneses visszaverésre épülõ képalkotás, a háromdimenziós számítógép-grafika, és a kompjúter-holográfia. Az 1960-as évek elejétõl a látás teljes automatizálása is folyamatban van, azzal a céllal, hogy megteremtse a látás kompjúteres rendszerét, amely automatikusan felismerné a tárgyakat és értelmezné a helyzeteket.

    E technológiák kifejlesztését jelentõs kutatómunka kíséri, mely a látás nominalizmusának általános problémáit vizsgálja a számítástechnika, a kísérleti pszichológia és az idegkutatás terén. Új formális matematikai módszereket dolgoztak ki, hogy a képet mint a mélységrõl való információt értelmezzék, és megfordítva, hogy ezen információt valós képekké alakítsák. A látás nominalizálásának automatizálását vizsgáló kutatás felhívta a figyelmet az emberi látás bizonyos vonatkozásaira is. Az emberi látás vizsgálatának új paradigmája voltaképp az 1970-es évek során merült föl a MIT-en. E paradigma az emberi látás célját a formák felismerésében fogalmazza meg, ez a kutatókat annak tanulmányozására sarkallja, hogy az agy milyen algoritmusok alapján „kompútálja" a tárgyak alakját a retinán megjelenõ képtõl kezdve - abban a reményben, hogy ezeket az algoritmusokat késõbb a kompjúteres látás rendszerében fel tudják használni. 32 E paradigma megjelenése, amely az emberi látást annak egyetlen szerepére egyszerûsíti, továbbá a kísérõ kutatási beruházások jól mutatják a látás e szerepének gazdasági fontosságát a modern társadalomban.

 
 
 
[Bevezetõ oldal]  
 

19 A perspektivikus eszközök áttekintését lásd: Martin Kemp, The Science of Art, (Tudomány a mûvészetben, New Haven: Yale University Press, 1990), 167-220.

20 Ibid., 171-172.

21 Ibid., 200.

22 Charles Eames and Ray Eames, A Computer Perspective. Background to the Computer Age, (Kompjúter-perspektíva. A számítógép korának háttere)

23 Idézet, ibid., 67.

24 Nem célom, hogy a háromdimenziós számítógépes grafika teljes történetét vagy felhasználásának változatos módjait ismertessem. A kompjútergrafikát csak mint a perspektívikus kép racionalizálása felé vezetõ számos módszer egyikét vizsgálom. A háromdimenziós számítógépes grafika átfogó elemzését lásd: J. William Mitchel, The Reconfihured Eye: Visual Truth in the Post-Photographic Era, (Az átkonfigurált szem: A látás hitele a poszt-fotografikus korban, Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, 1992), 117-162.

25 Jasia Reichardt, The Computer in Art (A számítógép a mûvészetben, London-New York: Studio Vista - Van Nostrand Reinhold Company, 1971), 15.

26 Az MIT a látás nominalizmusához vezetõ másik új technológiának is a legnagyobb korai kutatóközpontja lett, a számítógépes grafikának. A háború után a Sugár-laboratóriumot lebontották, de az Air Force hamarosan újabb titkos laboratóriumot hozott létre az elõzõ helyén: a Lincoln Laboratoryt. Az intézmény célja az volt, hogy az 1950-es években létesült SAGE - a "Semi-Automatic Ground Environment" (Félautomata földi környezet), az amerikai légvédelmet ellenõrzõ parancsnoki központ - számára emberi tényezõket és új bemutatási technológiákat dolgozzon ki. Az 1950-60-as években végrehajtott kutatás részeként a Lincoln Laboratory a számítógépes grafika számos kulcsfontosságú elvét és technológiáját fejlesztette ki, ezek az ORT (cathoderay tube, azaz katódsugár-csöves) kivetítés, a bit-mapped grafika, az interaktív ellenõrzés és a háromdimenziós számítógépgrafika algoritmusai. Lásd: Paul Edwards, "The Closed World. Systems discourse, military policy and Post-World War II US historical consciousness," ("Bezár a világ. Rendszerleírás, hadi politika és a II. világháború utáni Amerika történelmi öntudata") Cyborg Worlds: the military information society (Cyborg Worlds: hadi információs társaság), Ed. Les Levidow and Kevin Robinson (London: Free Association Books, 1989); Howard Rheingold, Virtual Reality, (Virtuális realitás, New York: 1991.).

27 L. G. Roberts, "Maschine Perception of Three-Dimensonal Solids," (Háromdimenziós szilárd anyagok gépi érzékelése), MIT Lincoln Laboratory TR 315, 1963; L. G. Roberts, "Homogenious Matrix Representations and Manipulation of N-Dimensional Constructs," (N-dimenziós szerkezetek homogén mátrixbõvítése és muködtetése), MIT Lincoln Laboratory MS 1405, 1965.

28 "Retrospectives II: The Early Years in Computer Graphics at MIT, Lincoln Lab., and Harvard", (Visszatekintések II: A kompjútergrafika kezdeti évei az MIT-n, a Lincoln Laboratóriumban és a Harvardon), SIGGRAPH '89 Panel Proceedings, (Boston, Massachusetts: ACM SIGGRAPH, 1989), 72.

29 A realizmus kérdésének további vizsgálatát a számítógépgrafikában lásd: Lev Manovich, "Real' Wars: Esthetics and Professionalism in Computer Animation." ('Valódi' háborúk: Esztétika és professzionalizmus a számítógépes rajzfilmben) Design Issues 6, no. 1. (Fall 1991): 18-25; Lev Manovich, "Assembling Reality: Myths of Computer Graphics," (A valóság összeállítása: a számítógépgrafika mítosza) Afterimage 20, no. 2 (September 1992): 12-14.

30 Ibid., 51.

31 Az inaktív számítógépgrafika technológiája voltaképp már korábban megjelent, legfeljebb nem volt publikus. A légierõ már az 50-es években alkalmazott interaktív CRT-kivetítést és fény-tollat, hogy hatékonyabban továbbítsák a radar szerezte információt. A CRT-kivetítést és a fény-tollat a Lincoln Laboratoryban tervezték meg, a SAGE-terv részeként. E technológiával a Lincoln kutatói számos kompjútergrafikai programot hoztak létre. Ezek közé tartoztak azok a programok, amelyek az agy hullámait veítették ki (1957), amelyek a bolygó- és gravitációs mozgást szimulálták (1960) és amelyek kétdimenziós rajzot hoztak létre (1958). "Retrospectives II: The Early Years in Computer Graphics at MIT, Lincoln Lab., and Harvard," (Visszatekintések II: A kompjútergrafika kezdeti évei az MIT-n, a Lincoln Lab.-ban és a Harvardon), SIGGRAPH '89 Panel Proceedings, (Boston, Massachusetts: ACM SIGGRAPH, 1989). 42-54.

32 E paradigma alapvetõ megfogalmazása, David Marr Vision (Látás) c. mûve így határozza meg az emberi látást: "az a folyamat, amelynek során a képek segítségével felfedezzük, mi van jelen a világban, és hol. "David Marr, Vision, (New York: W. H. Freeman and Company, 1982), 3.