Computer grafica

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Una ricostruzione in computer grafica di un edificio

Per computer grafica, grafica digitale o grafica computerizzata (in inglese computer graphics), si intende quella disciplina che ha per oggetto la creazione di immagini e filmati, per mezzo del computer. È una vasta e recente area dell'informatica. Argomenti importanti nella computer grafica includono il design delle interfacce utente, la grafica delle sprite, la grafica vettoriale, la modellazione 3D, il design della GPU, la visualizzazione di superfici implicite con il ray tracing, e la visione artificiale. La metodologia complessiva dipende pesantemente dalle scienze che stanno alla base, cioè la geometria, l'ottica e la fisica.

Panoramica[modifica | modifica wikitesto]

L'espressione fu coniata nel 1960, dai ricercatori Verne Hudson e William Fetter. È spesso abbreviata come CG, sebbene a volte sia erroneamente riferita alla CGI. L'espressione computer grafica è stata usata in un senso più ampio, per descrivere "circa ogni cosa sui computer che non sia testo o suono".[1] Tipicamente, tale espressione si riferisce a cose diverse:

  • la rappresentazione e manipolazione di dati immagine per mezzo di un computer
  • le varie tecnologie usate per creare e manipolare immagini
  • il sotto-campo dell'informatica che studia tecniche per sintetizzare digitalmente e manipolare contenuti visuali

Oggi, la computer grafica è largamente diffusa. Tale "arte" è possibile trovarla in televisione, sui giornali, nelle previsioni meteorologiche, e in una varietà di indagini mediche e procedure chirurgiche. Un grafico ben costruito può rappresentare statistiche complesse in una forma che è più facile da capire e interpretare. Nei media "tali grafici sono impiegati per illustrare giornali, report, tesi", e altro materiale di presentazione. Sono stati sviluppati molti strumenti per visualizzare dati. La computer generated imagery può essere categorizzata in modi diversi: a due dimensioni (2D), a tre dimensioni (3D), e grafica animata.

La computer grafica è emersa come sotto-campo dell'informatica che studia tecniche per sintetizzare digitalmente e manipolare dei contenuti visuali. Viene anche utilizzata per processare i dati immagine ricevendoli dal mondo fisico. Lo sviluppo della computer grafica ha avuto un impatto significativo su molti tipi di media e ha rivoluzionato l'animazione, i film, la pubblicità, i videogiochi, e il graphic design in generale. Durante la decade trascorsa, sono stati oggetto di sviluppo altri campi come la visualizzazione dell'informazione, e una visualizzazione scientifica più concentrata con "la rappresentazione di fenomeni tridimensionali (di architettura, meteorologia, medicina, biologia, ecc...), dove l'enfasi è posta su rese realistiche di volumi, superfici, fonti di illuminazione, e così via, magari con una componente dinamica (tempo)".[2]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Sintesi[3]

William Fetter, un graphic designer della Boeing, conia il termine computer graphic (computer grafica) durante gli anni '60. A quel tempo i concetti di computer e software grafico erano decisamente diversi da quelli che abbiamo al giorno d'oggi: anche se i contenuti 2D (planimetrie, schemi e disegni tecnici) potevano essere in qualche modo rappresentabili, non era ancora giunto il momento per i contenuti 3D.

Nei due decenni successivi, a riprova degli esponenziali tempi di sviluppo delle tecnologie informatiche, accaddero numerosi eventi, che portarono i computer a essere in grado di presentare qualcosa di più interessante di qualche linea immobile sullo schermo, suscitando così un interesse al di fuori della ristretta cerchia di ricercatori e ingeneri, all'interno della quale tutto questo era nato. Verso la fine degli anni '80 alcuni progettisti compresero le potenzialità di questo mezzo e si adoperarono per utilizzarlo con scopi diversi dalla progettazione o visualizzazione. È in questo periodo che avviene il primo contatto tra la computer grafica e il creativo mondo dell'intrattenimento.

Gli anni '90 segnarono infine la svolta definitiva nell'impiego della computer grafica, con la produzione dei primi lungometraggi animati completamente il 3D, la comparsa dei primi videogiochi con grafiche tridimensionali e l'impiego massimo del computer per la generazione di effetti speciali nelle pellicole cinematografiche. Al giorno d'oggi comprendiamo facilmente il concetto di computer grafica, o contenuto 3D, in quanto ne siamo continuamente a contatto (film di animazione, visualizzazioni di progetti e prototipi di prodotti, pubblicità).

Anni '50[modifica | modifica wikitesto]

SAGE Sector Control Room

Primi progetti come il Whirlwind SAGE introdussero il CRT come display attuabile a interfaccia interattiva e la penna ottica come periferica di input. Douglas T. Ross nel Whirlwind SAGE System eseguì un esperimento personale nel 1954, che consisteva nella cattura, da parte di un piccolo programma, del movimento del proprio dito e nella rappresentazione del vettore su un display (tracciò il proprio nome).

Uno dei primi videogiochi interattivi caratterizzati da una grafica riconoscibile e interattiva - Tennis for Two - fu creato per un oscilloscopio da William Higinbotham per intrattenere i visitatori nel 1958 al Brookhaven National Laboratory, simulando un match di tennis.

Nel 1959 Douglas T. Ross fece di nuovo innovazione mentre lavorava al MIT sulla trasformazione di enunciati matematici in strumenti vettoriali generati al computer, e colse l'occasione per proiettare su schermo l'immagine di un personaggio di un cartone animato Disney.[4]

Il pioniere nel campo dell'elettronica Hewlett-Packard divenne pubblico nel 1957 dopo essersi registrato nella decade precedente, e stabilì forti legami con la Stanford University attraverso i suoi fondatori, che ne erano stati alunni. Così iniziò la lunga decade di trasformazione della San Francisco Bay Area nel massimo centro mondiale di tecnologie informatiche - oggi conosciuto come Silicon Valley. Il campo della computer grafica si sviluppò con la comparsa di hardware dedicati.

Ulteriori progressi nella computazione portarono a ulteriori progressi nella computer grafica interattiva. Nel 1959, fu sviluppato il computer TX-2 al MIT Lincoln Laboratory. Il TX-2 integrava un certo numero di nuove interfacce uomo-macchina. Una penna ottica poteva essere usata per disegnare schizzi sul computer con il rivoluzionario software Sketchpad di Ivan Sutherland.[5] Utilizzando una penna ottica, Sketchpad permetteva di disegnare semplici forme sullo schermo del computer, salvarle e anche richiamarle in seguito. La penna ottica possedeva una piccola cella fotovoltaica sulla propria punta. Questa cella emetteva un impulso elettrico quando veniva piazzata di fronte a uno schermo di un computer, dove il cannone a elettroni faceva fuoco direttamente verso di essa. Semplicemente cronometrando l'impulso con la posizione corrente del cannone a elettroni, era facile localizzare esattamente dove si trovava la penna sullo schermo a un qualunque momento dato. Sembrò che Sutherland avesse trovato la soluzione perfetta per molti problemi grafici con cui ebbe a che fare.

Anche oggi, molti standard delle interfacce di computer grafica trovano il proprio inizio con questo primitivo programma. Un esempio di questo è il disegnare oggetti con vincoli. Se qualcuno vuole disegnare un quadrato, per esempio, non deve preoccuparsi di tracciare quattro linee perfette per formare gli spigoli del riquadro; basta semplicemente specificare che occorre disegnarlo, e dopo specificarne la posizione e la dimensione. Il software costruirà in seguito un riquadro perfetto, con le giuste dimensioni e la giusta posizione. Un altro esempio è che il programma di Sutherland poteva modellare oggetti - non solo immagini di oggetti. In altre parole, con un modello di un'automobile, si poteva cambiare la grandezza delle gomme senza influenzare il resto; o si poteva strizzare il corpo dell'automobile senza deformarne le gomme.

Anni '60[modifica | modifica wikitesto]

Spacewar eseguito su un computer PDP-1

L'espressione "computer graphics" (in italiano "computer grafica") fu coniata nel 1960 da Verne Hudson e William Fetter, un graphic designer della Boeing.[5]

Nel 1961, uno studente del MIT, Steve Russell, creò il videogioco Spacewar. Scritto per il DEC PDP-1, Spacewar ebbe un successo istantaneo e altri proprietari del PDP-1 ne ottennero una copia, come anche la DEC stessa. Gli ingegneri della DEC lo usavano come programma diagnostico su ogni PDP-1, prima di spedirlo.

E. E. Zajac, uno scienziato del Bell Telephone Laboratory (BTL), creò un film chiamato "Simulazione di un sistema di controllo di assetto di gravità a due giro" nel 1963.[6] In questo film fatto al computer, Zajac mostrò come l'assetto di un satellite possa venire alterato se il satellite orbitasse attorno alla Terra. Creò l'animazione su un computer mainframe IBM 7090. Oltre a Zajac, anche Ken Knowlton, Frank Sinden e Michael Noll iniziarono a lavorare nel campo della computer grafica. Sinden creò un film chiamato Forza, Massa e Movimento, che illustrava i principi della dinamica di Newton in azione. Circa nello stesso periodo, altri scienziati impiegarono la computer grafica per illustrare le proprie ricerche. Al Lawrence Radiation Laboratory, Nelson Max creò i film Flusso di un Fluido Viscoso e Propagazione di Onde d'urto in uno Stato Solido. La Boeing Aircraft creò un film chiamato Vibrazione di un aeroplano.

Inoltre, nei primi anni '60, Pierre Bézier alla Renault si dedicò ai propri primi lavori, utilizzando le curve di Paul de Casteljau, adesso chiamate curve di Bézier (dopo il lavoro di Bézier nel campo) per sviluppare tecniche di modellazione tridimensionale per le carrozzerie della Renault. Queste curve avrebbero posto le basi per studi nel campo della modellazione con le curve, in quanto le curve - a differenza dei poligoni - sono entità matematicamente complesse da disegnare e modellare bene.

Non passò molto che le maggiori società iniziassero a interessarsi alla computer grafica. TRW, Lockheed-Georgia, General Electric e Sperry Rans sono tra la maggiori compagnie che iniziarono a considerarla dalla metà degli anni '60. IBM fu rapida nel rispondere a questo interesse rilasciando l'IBM 2250, il primo computer che supportasse grafiche in commercio.

Una Magnavox Odyssey, la prima vera console per videogiochi. Rilasciata nel 1972, la Odyssey era un dispositivo semplice e crudo che generava forme sul televisore che potevano essere controllate e con cui si poteva interagire. Produceva solo grafica in bianco e nero e non aveva suoni, ma era limitata nell'utilizzo di componenti discreti come diodi e transistor. Fu sostituita nel 1975 con la serie Magnavox Odyssey, una linea di console dedicate a Pong.

Ralph Baer, un ingegnere supervisore alle Sanders Associates, nel 1966 propose una console per videogiochi, che in seguito fu licenziata a Magnavox e chiamata Odyssey. Molto semplicistica, e richiedente parti elettroniche economiche, permetteva al giocatore di muovere punti di luce sullo schermo. Era il primo computer da consumo che supportasse grafiche.

David C. Evans fu il direttore d'ingegneria alla divisione informatica della Bendix Corporation dal 1953 al 1962, e in seguito lavorò per i successivi cinque anni come visiting professor a Berkeley. Dopo continuò a coltivare il suo interesse per l'informatica e il modo in cui i computer si interfacciano alle persone. Nel 1966, la University of Utah reclutò Evans per formare un programma sull'informatica, e la computer grafica divenne velocemente il suo interesse principale. Il suo nuovo dipartimento sarebbe diventato il principale centro di ricerca della computer grafica.

Nel 1966, anche Ivan Sutherland continuò a innovare al MIT, quando inventò il primo computer controllato tramite visore (HMD). Chiamato la Spada di Damocle a causa dell'hardware richiesto per supportarlo, esso mostrava due separate immagini wireframe, una per ogni occhio. Questo permetteva all'utilizzatore di vedere la scena al computer in 3D stereoscopico.

Nel 1968, Arthur Appel descrisse il primo algoritmo per il quale divenne noto, chiamato ray casting - una tecnica fondamentale per quasi tutta la moderna grafica 3D, e per il successivo inseguimento del fotorealismo in grafica.

Nel 1969, la ACM (Association for Computer Machinery) lanciò A Special Interest Group on Graphics (SIGGRAPH), la quale ancora oggi organizza conferenze, standard grafici, e pubblicazioni riguardanti il campo della computer grafica. Viene tenuta una conferenza, dal 1973, ogni anno.

Anni '70[modifica | modifica wikitesto]

Innovazioni nel campo, in questo decennio - in particolare molti iniziali progressi nella trasformazione della grafica da utilitaristica a realistica - si verificarono presso la University of Utah negli anni '70, che aveva assunto Ivan Sutherland dal MIT. Sutherland fu messo in coppia con David C. Evans per tenere lezioni sulla computer grafica avanzata; ciò ha contribuito in gran parte nella fondazione di ricerche sul campo e formò diversi studenti che sarebbero cresciuti professionalmente e avrebbero fondato alcune delle più importanti aziende del settore - ovvero Pixar, Silicon Graphics e Adobe Systems.

Uno di questi studenti era Edwin Catmull. Catmull era appena arrivato dalla Boeing Company e stava per laurearsi in fisica. Crescendo alla Disney, Catmull amava l'animazione, ma rapidamente scoprì che non aveva il talento per il disegno. In quel momento Catmull (insieme a molti altri) vide i computer come la naturale evoluzione dell'animazione, e volle far parte della rivoluzione. La prima animazione che Catmull vide, era la sua. Creò una animazione della propria mano che si apriva e chiudeva. Inoltre introdusse il texture mapping per dipingere le texture su modelli tridimensionali nel 1974, ora considerata una delle tecniche fondamentali della modellazione 3D. Produrre una lungometraggio usando la computer grafica, divenne uno dei suoi obiettivi - un obiettivo che avrebbe raggiunto due decenni più tardi dopo il suo ruolo nella fondazione della Pixar. Fred Parke creò un'animazione del volto della moglie.

Edwin Catmull

Poiché il laboratorio di computer grafica UU stava attirando persone provenienti da tutto il mondo, John Warnock fu un altro di quei primi pionieri; avrebbe successivamente fondato Adobe Systems e provocato una rivoluzione nel mondo dell'editoria con il suo linguaggio di descrizione della pagina, chiamato PostScript. Adobe avrebbe creato in seguito il software standard di editing di foto Adobe Photoshop e il software standard di effetti speciali per il settore cinematografico Adobe After Effects. Tom Stockham guidò il gruppo di elaborazione delle immagini alla UU che lavorò a stretto contatto con il laboratorio di computer grafica. Anche Jim Clark si trovava lì, avrebbe in seguito fondato la Silicon Graphics.

Un grande progresso nella grafica computerizzata 3D fu dovuto da questi primi pionieri del laboratorio UU - parliamo della determinazione della superficie nascosta. Per disegnare una rappresentazione di un oggetto 3D sullo schermo, il computer deve determinare quali superfici sono "dietro" l'oggetto, secondo la prospettiva del visualizzatore, e quindi nascoste quando il computer genera (o renderizza) l'immagine. Il 3D Core Graphics System (o Core) fu il primo standard grafico a essere sviluppato. Un gruppo di 25 esperti dell'ACM Special Interest Group SIGGRAPH sviluppò questo "framework concettuale". Le specifiche furono pubblicate nel 1977, e esso divenne una base per molti sviluppi futuri nel campo.

Inoltre negli anni '70, Henri Gouraud, Jim Blinn e Bui Tuon Phong posero le fondamenta dell'ombreggiatura (shading) nella CGI grazie allo sviluppo dei modelli di shading di Gouraud e di Blinn-Phong, consentendo alla grafica di muoversi oltre un aspetto "piatto", andando verso un aspetto che ritraesse più accuratamente la profondità. Jim Blinn inoltre innovò ulteriormente nel 1978 introducendo il bump mapping, metodo per simulare le superfici irregolari, e predecessore di molti tipi di mapping avanzati usati oggi.

Il moderno videogioco arcade, come è conosciuto oggi, nacque negli anni '70, con i primi giochi arcade che utilizzavano la grafica sprite 2D in tempo reale. "Pong" nel 1972 fu uno dei primi giochi cabinet arcade. "Speed Race" nel 1974 presentava sprite che si muovevano lungo una strada verticale scorrevole. "Gun Fight" nel 1975 presentava una grafica sprite fatta di personaggi dall'aspetto umano, mentre "Space Invaders" nel 1978 presentava un gran numero di sprite sullo schermo: entrambi utilizzavano un microprocessore Intel 8080 e un video shifter Fujitsu MB14241 per accelerare il disegno delle grafiche sprite.

Anni '80[modifica | modifica wikitesto]

Negli anni '80 si è assistito alla modernizzazione e commercializzazione di macchine dedicate alla grafica computerizzata. Poiché proliferò il computer domestico, un oggetto prima posseduto solo da accademici e quindi adottato adesso da un pubblico molto più grande, il numero di sviluppatori di grafica computerizzata incrementò significativamente.

Nei primi anni '80, la disponibilità di bit-slice e microprocessori a 16 bit, iniziò a rivoluzionare i terminali grafici ad alta risoluzione, che divennero workstation intelligenti, semi-standalone e standalone. La grafica e l'elaborazione delle applicazioni migrarono sempre più verso le workstation, piuttosto che continuare a fare affidamento su mainframe e mini-computer. Macchine tipiche del passaggio iniziale alle workstation intelligenti per la computer grafica ad alta risoluzione per il mercato CAE sono state le Orca 1000, 2000 e 3000, sviluppate da Orcatech di Ottawa, azienda guidata da David Pearson, un primo pioniere delle workstation.

Macintosh Classic

L'Orca 3000 era basata su processori bit-slice Motorola 68000 e AMD e aveva Unix come sistema operativo. Aveva come target il sofisticato settore del design ingegneristico. Artisti e graphic designer iniziarono a vedere il personal computer, in particolare il Commodore Amiga e il Macintosh, come un serio strumento di progettazione, che potesse far risparmiare tempo e far disegnare con più precisione rispetto ad altri metodi. Il Macintosh rimane uno strumento molto popolare per la grafica computerizzata tra gli studi di grafica e aziende. I moderni computer, dagli anni '80, spesso utilizzano interfacce grafiche utente (GUI) per rappresentare i dati e le informazioni con simboli, icone e immagini, piuttosto che con il testo. La grafica è uno dei cinque elementi chiave della tecnologia multimediale.

Nel campo del rendering realistico, l'Università di Osaka in Giappone sviluppò il LINKS-1 Computer Graphics System, un supercomputer che utilizzava fino a 257 microprocessori Zilog Z8001, al fine di renderizzare realisticamente grafiche 3D. Secondo la Information Processing Society del Giappone:

"L'essenza del rendering dell'immagine 3D consiste nel calcolo della luminanza di ogni pixel che costituisce una superficie, resa dal punto di vista dato, dalla sorgente luminosa e dalla posizione dell'oggetto. Il sistema LINKS-1 è stato sviluppato per realizzare una metodologia di rendering dell'immagine, in cui ogni pixel potesse essere processato parallelamente e indipendentemente usando il ray tracing. Sviluppando una nuova metodologia software specificatamente per il rendering di immagini ad alta velocità, LINKS-1 era capace di renderizzare rapidamente immagini altamente realistiche. Esso fu utilizzato per creare il primo video 3D della volta celeste con la grafica computerizzata. Il video fu presentato al padiglione Fujitsu all'Esposizione Internazionale nel 1985 a Tsukuba".[7]

Il LINKS-1 è stato il computer più potente del mondo, nel 1984.[8] Inoltre, sempre nel campo del rendering realistico, nel 1986 fu sviluppata l'equazione generale del rendering da David Immel e James Kajiya - un passo importante verso l'implementazione dell'illuminazione globale, necessaria per perseguire il fotorealismo nella computer grafica.

La crescente popolarità di Star Wars e di altri franchise di fantascienza fu rilevante nella CGI cinematica in questo momento, in quanto Lucasfilm e Industrial Light & Magic divennero conosciute come le case più gettonate da molti altri studi cinematografici per l'eccellente qualità della grafica computerizzata. Importanti progressi nel chroma keying ("bluescreening", ecc...) furono compiuti per i film successivi alla trilogia originale. Altri due filmati, storicamente rilevanti: l'iconico video in CGI dei Dire Straits per la canzone "Money For Nothing" nel 1985, che rese popolare la CGI tra i fan della musica di quell'epoca, e una scena del film Piramide di paura, dello stesso anno, che mostrava il primo personaggio completamente realizzato in CGI (un cavaliere raffigurato su una vetrata di una chiesa che prende vita).

Nel 1988 furono sviluppati i primi shader (piccoli programmi progettati specificatamente per dare l'ombreggiatura come algoritmo separato) dalla Pixar, che si era già scorporata dalla Lucasfilm e si era quindi organizzata come entità separata. Tuttavia il pubblico non avrebbe visto i risultati di tale progresso tecnologico fino al prossimo decennio.

Alla fine degli anni '80, i computer SGI furono utilizzati dalla Pixar per creare alcuni dei primi cortometraggi completamente generati al computer. Le macchine della Silicon Graphics erano considerate di alta qualità in questo settore, nel corso del decennio.

Donkey Kong fu uno dei primi videogiochi che contribuì a rendere popolare la computer grafica a un pubblico di massa negli anni '80.

Gli anni '80 sono stati anche definiti come l'età dell'oro dei videogiochi arcade; milioni di sistemi sono stati venduti da Atari, Nintendo e Sega, tra altre aziende, esponendo la computer grafica per la prima volta a un nuovo, giovane e impressionabile pubblico - come fecero i personal computer MS-DOS, Apple II, Mac e Amiga, che permisero anche di programmare, a qualunque utente - se capace - il proprio gioco. Proliferarono giochi demoscene e shareware; John Carmack, un tardo innovatore del 3D, avrebbe iniziato in questo periodo a sviluppare giochi basati sulle sprite. Nei giochi arcade, i progressi consistevano in grafiche 3D in tempo reale. Nel 1988, le prime schede grafiche 3D in tempo reale e dedicate, furono introdotte con il Namco System 21[9] e il Taito Air System[10]. Questa innovazione sarebbe valsa come precursore delle successive GPU, una tecnologia in cui un chip separato e molto potente viene utilizzato in elaborazione parallela con una CPU per ottimizzare la grafica.

Anni '90[modifica | modifica wikitesto]

Notevole negli anni '90 fu l'emergere di modelli 3D su vasta scala e un impressionante aumento della qualità della CGI in generale. I computer di casa divennero capaci di eseguire rendering che prima erano limitati alle workstation, che costavano migliaia di dollari. Poiché i modelli 3D divennero disponibili per i sistemi domestici, la popolarità delle workstation Silicon Graphics declinò e ascesero macchine Microsoft Windows e Apple Macintosh dotate di prodotti della Autodesk, come 3D Studio. Entro la fine del decennio, la GPU avrebbe iniziato la salita alla prominenza di cui ancora oggi gode.

Il campo della computer grafica iniziò a vedere le prime grafiche renderizzate che potessero passare veramente per fotorealistiche a un occhio non allenato e la grafica 3D divenne molto più popolare nei videogiochi, nella multimedialità e nell'animazione. Alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, nacquero le prime serie TV con questa tecnologia: La Vie des bêtes dallo studio Mac Guff Ligne (1988), Les Fables Géométriques (1989-1991) dallo studio Fantôme, e Quarxs, la prima serie TV in computer grafica HDTV prodotta da Maurice Benayoun e François Schuiten (1990–1993).

Nei film, la Pixar iniziò la sua seria salita commerciale sotto Edwin Catmull, con la prima grande release cinematografica nel 1995 - Toy Story - un successo critico e commerciale da nove cifre. Lo studio inventò lo shader programmabile e avrebbe continuato a ottenere molti successi nell'animazione, e il proprio lavoro sull'animazione video prerenderizzata è ancora oggi considerato un leader di settore e che ha aperto la strada nella ricerca.

Nei videogiochi, nel 1992, Virtua Racing (un videogioco eseguito sul Sega Model 1 Arcade System), pose le basi per giochi di corse completamente in 3D e rese popolare la grafica poligonale 3D in tempo reale fra un pubblico più largo nell'industria videoludica.[11] Il Sega Model 2 nel 1993 e il Sega Model 3 nel 1996 successivamente allargarono gli orizzonti della grafica 3D in tempo reale e commerciale. Tornando al PC, Wolfenstein 3D, Doom e Quake, tre dei primi giochi di sparatutto in prima persona in 3D, di grande successo, furono rilasciati dalla id Software; usavano un motore di rendering innovato principalmente da John Carmack. La Sony Playstation e il Nintendo 64, tra le altre console, furono vendute a milioni e resero popolare la grafica 3D ai giocatori dentro casa. Tra giochi platform popolari dell'epoca ci sono Super Mario 64 e The Legend of Zelda: Ocarina of Time. Tra giochi di combattimento invece ci sono Virtua Fighter, Battle Arena Toshinden e Tekken.

La tecnologia e gli algoritmi di rendering continuarono a migliore notevolmente. Nel 1996, Krishnamurty e Levoy inventarono il normal mapping - un miglioramento del bump mapping di Jim Blinn. Nel 1999, Nvidia rilasciò la GeForce 256, la prima scheda video domestica fatturata come unità di elaborazione grafica o GPU, che stando alle parole della casa, conteneva (trasformazione, illuminazione, triangle setup/clipping integrati e motori di rendering". Entro la fine del decennio, i computer adottarono framework comuni per l'elaborazione grafica come DirectX e OpenGL. Da allora, la grafica computerizzata non ha fatto altro che diventare più dettagliata e realistica, grazie ad hardware dedicati più potenti e software di modellazione 3D. AMD inoltre divenne uno sviluppatore leader di schede grafiche, in questo decennio, creando un "duopolio" nel settore, che esiste tutt'oggi.

Anni 2000[modifica | modifica wikitesto]

La CGI è diventata onnipresente, nel corso di questa era. I videogiochi e il cinema in CGI avevano diffuso la grafica computerizzata fino alla massa verso la fine degli anni '90, e hanno continuato a farlo a un ritmo accelerato nel primo decennio del nuovo millennio. La CGI è stata inoltre adottata massivamente per pubblicità televisive negli ultimi anni '90 e in questo decennio è diventata familiare a un pubblico esteso.

La continua ascesa e sofisticazione incrementale delle GPU è stata cruciale in questo decennio, e le funzionalità di rendering 3D sono diventate una caratteristica standard, in quanto le GPU a grafica 3D sono diventate una necessità, agli occhi dei produttori di computer desktop. La linea di schede grafiche Nvidia GeForce ha dominato il mercato all'inizio del decennio con una occasionale, ma significativa, presenza competitiva della ATI.[12] Con l'avanzare del decennio, perfino le macchine a basso costo di solito contenevano una GPU 3D in quanto sia Nvidia che AMD introdussero chipset a basso costo e continuarono così a dominare il mercato. Gli "shader", che erano stati introdotti negli anni '80 per eseguire elaborazioni specifiche nelle GPU, sarebbero stati supportati - dalla fine del decennio - in molti hardware di consumo, accelerando notevolmente la grafica e permettendo notevoli miglioramenti nelle texture e nello shading nelle grafiche computerizzate, grazie all'adozione ampiamente diffusa del normal mapping, bump mapping e di altre tecniche che permettono la simulazione di una grande quantità di dettagli.

La grafica computerizzata impiegata nei film e videogiochi, ha iniziato gradualmente a diventare realistica. I film in CGI in questo periodo proliferano, con tradizionali film di animazione come L'era glaciale e Madagascar, nonché numerose produzioni Pixar come Alla ricerca di Nemo, che hanno dominato il box office in questo campo. The Final Fantasy: The Spirits Within, rilasciato nel 2001, è stato il primo film a presentare personaggi fotorealistici in CGI e a essere completamente girato con il motion capture.[13]

Due modelli di Sony Playstation 2.

Nei videogiochi, le console Sony Playstation 2 e 3, e la linea Xbox della Microsoft, e prodotti dalla Nintendo come il Gamecube, hanno mantenuto un grande seguito, come ha fatto anche il PC Windows. Titoli pesantemente realizzati con la CGI come le serie di Grand Theft Auto, Assassin's Creed, Final Fantasy, BioShock, Kingdom Hearts, Mirror's Edge e dozzine di altri giochi, hanno continuato ad approcciare il fotorealismo, accrescendo l'industria videoludica e impressionare, fino a che i ricavi di tale industria non sono divenuti confrontabili con quelli dei film. Microsoft prese la decisione di esporre le DirectX più facilmente agli sviluppatori indipendenti con il programma XNA, ma non ebbe successo. Quello delle DirectX è rimasto un successo commerciale, comunque. OpenGL continuò a maturare, e insieme alle DirectX, sono migliorati notevolmente; la seconda generazione di linguaggi shader come HLSL e GLSL hanno iniziato a diventare popolari in questo decennio.

Assassin's Creed è una delle saghe di successo prodotte e sviluppate da Ubisoft, ambientata in differenti epoche storiche.

Nel calcolo scientifico, è stata inventata la tecnica GPGPU per trasferire grandi quantità di dati bidirezionalmente fra una GPU e una CPU; accelerando l'analisi di molti tipi di esperimenti di bioinformatica e biologia molecolare. La tecnica è stata utilizzata anche per l'estrazione di Bitcoin e ha applicazioni nella visione artificiale.

Anni 2010[modifica | modifica wikitesto]

Nella prima metà degli anni 2010, la CGI diventa pressoché onnipresente nei video, le grafiche pre-renderizzate sono pressoché scientificamente fotorealistiche, e la grafica in tempo reale su un sistema di fascia alta può simulare il fotorealismo e affascinare un occhio non allenato.

Il texture mapping matura in un processo multistadio a molti livelli; generalmente non è raro implementare texture mapping, bump mapping o isosuperfici, normal mapping, lighting map tra cui specular highlight e tecniche di riflessione, e shadow volume, in un unico motore di rendering usando shader, che sono anch'essi maturati considerevolmente. Gli shader sono ormai una necessità per un lavoro avanzato nel campo, fornendo una complessità considerevole nella manipolazione di pixel, vertici e texture in base all'elemento considerato e agli innumerevoli effetti possibili. I loro linguaggi HLSL e GLSL rappresentano dei campi attivi di ricerca e sviluppo. Il physically based rendering o PBR, che implementa ancora più mappe per simulare il flusso luminoso ottico della luce, rappresenta un'area di ricerca anch'essa attiva, insieme ad aree di ottica avanzata come il subsurface scattering e il photon mapping. Iniziano gli esperimenti nella potenza di elaborazione necessaria per fornire la grafica in tempo reale a modalità di alta risoluzione, come l'Ultra HD.

Nel cinema, la maggior parte dei film d'animazione sono ora in CGI; un gran numero di film di questo genere vengono prodotti annualmente - ma pochi, se del caso - tentano il fotorealismo, a causa dei continui timori della uncanny valley. Per la maggior parte si tratta di film d'animazione in 3D.

Nei videogiochi, la Xbox One di Microsoft, la Sony Playstation 4 e il Nintendo Wii U stanno attualmente dominando il gaming domestico e tutte sono capaci di grafiche 3D altamente avanzate; il PC Windows è comunque ancora una delle piattaforme da gaming più attive.

Principi e strumenti[modifica | modifica wikitesto]

Computer grafica 2D[modifica | modifica wikitesto]

La computer grafica 2D tratta immagini digitali, che siano fatte di pixel (grafica raster) o equazioni matematiche (grafica vettoriale). Impiegata come continuazione ed evoluzione di attività nate con le tradizionali tecnologie di stampa e disegno (come la tipografia, la cartografia, il disegno tecnico, la grafica pubblicitaria) è oggi il principale strumento di queste discipline e del graphic design. Precedentemente, i tipografi avrebbero impostato i caratteri, la produzione di prestampa sarebbe stata gestita da specialisti in una compagnia di stampa, e i designer avrebbero commissionato il lavoro a un fotografo. Ora una persona può fare ognuno di questi lavori al computer. Vedi in riferimento: desktop publishing.[14]

Principi

  • Tipografia: la tipografia include il design dei tipi di carattere, la modifica e l'organizzazione degli stessi. I caratteri sono creati e modificati usando tecniche di illustrazione. L'organizzazione consiste nella selezione dei tipi di carattere, la misura (in punti), il tracking (lo spazio fra tutti i caratteri usati in una parola), il kerning (lo spazio fra due specifici caratteri di una parola) e il leading (interlinea).
  • Layout di pagina: il layout di pagina riguarda l'organizzazione degli elementi (contenuto), in una pagina, come la disposizione delle immagini, il layout del testo e lo stile. La progettazione della pagina è sempre stata presa in considerazione nelle opere stampante e più recentemente estesa alla visualizzazione di pagine web. Gli elementi che compongono un layout di pagina sono il tipo di carattere (testo), immagini e occasionalmente aspetti grafici simbolici per elementi che non sono stampati con l'inchiostro, come il taglio laser, il foil stamping, e l'embossing e il debossing.
  • Teoria del colore: il colore possiede, un unico, complesso linguaggio e la capacità di cambiare il proprio significato quando imparentato con altri colori. Durante la scelta dei colori da inserire nel progetto, occorre considerare i problemi di contrasto e armonia, e come i colori possono influenzare la leggibilità in tipografia. È possibile impostare il tono del progetto con l'uso della psicologia del colore, per essere certi che i colori scelti veicolino il messaggio corretto a un livello inconscio, e che siano adatti per il pubblico a cui il progetto è rivolto.[14]
  • Printmaking (stampa d'arte): è il processo di realizzazione di artwork per mezzo della stampa su carta e altri materiali o superfici. Il processo permette di produrre più copie di ogni lavoro, ognuna chiamata stampa. Ogni stampa è tecnicamente nota come calco. Le stampe sono ottenute da una singola superficie, tecnicamente una matrice. Le stampe possono essere pubblicate sotto forma di libro o artbook.

Strumenti

  • Grafica raster: è una tecnica utilizzata per descrivere un'immagine in formato digitale. Un'immagine descritta con questo tipo di grafica è chiamata immagine bitmap o immagine raster. Nella grafica raster l'immagine è costituita da una griglia di punti, chiamati pixel, a cui viene associato uno specifico colore (come le tessere di un mosaico). La grafica bitmap è la più usata in contesti fotografici e artistici, non è vantaggiosa per le applicazioni grafiche per la stampa e il desktop publishing.
  • Grafica vettoriale: è una tecnica utilizzata per descrivere forme, a produrre un'immagine definita "vettoriale". Descritta mediante un insieme di primitive geometriche che definiscono punti, linee, curve e poligoni ai quali possono essere attribuiti colori e anche sfumature, è radicalmente diversa dalla grafica raster. L'immagine vettoriale, essendo definita attraverso equazioni matematiche, è indipendente dalla risoluzione, a differenza dell'immagine raster che se ingrandita, mostra una carenza di definizione ulteriore .
  • Software specifici: per la creazione, elaborazione e organizzazione di grafiche 2D, vengono utilizzati software specifici professionali, i più famosi: Adobe Photoshop, Adobe Illustrator e Adobe InDesign. Non mancano comunque software liberi come GIMP e Inkscape.

Computer grafica 3D[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Lo stesso argomento in dettaglio: Computer grafica 3D.

La computer grafica 3D si basa sull'elaborazione di un insieme di modelli tridimensionali tramite algoritmi atti a produrre una verosimiglianza fotografica e ottica nell'immagine finale (detta rendering). Essa viene utilizzata nella creazione e post-produzione di opere o parti di opere per il cinema o la televisione, nei videogiochi, nell'architettura, nell'ingegneria (CAD), nell'arte e in svariati ambiti scientifici, dove la produzione di contenuti con altri mezzi non è possibile o non conveniente.

La computer grafica 3D è una disciplina altamente specializzata e complessa nella quale di incrociano la fisica, la matematica, l'ingegneria e tanto del know-how delle discipline artistiche tradizionali.

Principi

  • Modellazione: nel campo della computer grafica, la parola "modello" può riferirsi a un modello geometrico o matematico. Un modello geometrico (modello 3D) è un modello di qualcosa che si vuole visualizzare in un'immagine: un'automobile, una casa, una persona. Il modello geometrico è potenziato con altri attributi che descrivono il colore o la texture o la riflessione dei materiali coinvolti nel modello. Creare uno modello è un processo detto modellazione 3D. Un modello matematico è un modello di un processo fisico o computazionale. Per esempio modelli di come la luce riflette da superfici lucide, o modelli che descrivono come si muovono gli oggetti o il modello del processo di acquisizione dell'immagine che avviene in una fotocamera digitale.[15]
  • Rendering: è un termine derivato dall'arte.[16] Con questo termine viene indicato il processo di produzione dell'immagine finale a partire dal modello matematico del soggetto (scena). Esistono molti algoritmi di rendering, ma tutti implicano la proiezione dei modelli 3D su una superficie 2D.
  • Animazione: è una tecnica che crea l'illusione del movimento per mezzo di sequenze di immagini. L'animazione implica la modellazione e il rendering ma aggiunge il problema chiave della variazione dell'immagine nel tempo.[16]
  • Realtà virtuale: tenta di immergere l'utente di un mondo tridimensionale virtuale. Questo tipicamente richiedere almeno la stereoscopia e la reazione al movimento della testa. Per la realtà virtuale propriamente detta, dovrebbero essere forniti anche contributi sonori circostanziati e il feedback fisico a ciò che succede a "schermo". Questa tecnica richiede avanzate tecnologie di visualizzazione egrandi capacità computazionali.

Strumenti

  • Scansione 3D: è il processo che permette di catturare la forma e la superficie di un oggetto nello spazio reale e convertirlo in un modello 3D. E' possibile ottenere non solo le proporzioni e il volume esatti dell'oggetto reale ma anche catturare il colore delle superifici. Più è accurata la raccolta di informazioni durante il processo di scansione, maggiore sarà la fedeltà in termini di risoluzione e dettagli del modello virtuale.[17]
  • Software specifici: per la creazione, elaborazione e organizzazione di grafiche 3D, vengono utilizzati software specifici come AutoCAD, Autodesk Maya, 3D Studio Max, Rhinoceros. Non mancano comunque software liberi come Blender.

La CG come ramo dell'informatica[modifica | modifica wikitesto]

La computer grafica studia la creazione e manipolazione delle immagini usando la matematica e le tecniche computazionali da essa derivate, piuttosto che alle pure problematiche estetiche, sebbene a volte le due cose possano coincidere o incrociarsi.

Studi collegati includono:

Applicazioni della computer grafica includono:

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Al giorno d'oggi la computer grafica è parte integrante di tantissimi ambiti professionali e industriali. Per esempio la tipografia (impaginazione di giornali e riviste, anche detta desktop publishing), la progettazione grafica (CAD) nelle industrie metalmeccanica, elettronica, impiantistica ed edile, visualizzazione di dati tecnico/medico/scientifici (CAE), sistemi informativi territoriali (SIT o GIS) e di consumo come i videogiochi, il ritocco fotografico, il montaggio di filmati, l'industria cinematografica (film d'animazione digitale ed effetti speciali dei film).

Pionieri[modifica | modifica wikitesto]

Organizzazioni e aziende di interesse[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ What is Computer Graphics?, graphics.cornell.edu.
  2. ^ Milestones in the history of thematic cartography, statistical graphics, and data visualization (PDF), math.yorku.ca.
  3. ^ Francesco Siddi, Grafica 3D con Blender.
  4. ^ John Francis Reintjes and Douglas T. Ross "Automatically Programmed Tools" (1959), techtv.mit.edu.
  5. ^ a b Wayne Carlson (2003) A Critical History of Computer Graphics and Animation, web.archive.org.
  6. ^ David Salomon, Computer graphics and geometric modeling.
  7. ^ Information Processing Society of Japan. "LINKS-1 Computer Graphics System-Computer Museum", museum.ipsj.or.jp.
  8. ^ vasulka.org, http://www.vasulka.org/archive/Writings/VideogameImpact.pdf#page=29 .
  9. ^ system16.com, http://www.system16.com/hardware.php?id=536 .
  10. ^ system16.com, http://www.system16.com/hardware.php?id=656 .
  11. ^ 15 Most Influential Games of All Time. GameSpot. 14 March 2001., web.archive.org.
  12. ^ danielsevo.com, http://www.danielsevo.com/hocg/hocg_2000.htm .
  13. ^ time.com, http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,997597,00.html .
  14. ^ a b David Dabner, Sandra Stewart, Eric Zempol, The Principles and Practise of Graphic Design, 2013.
  15. ^ Hughes, Van Dam, Mcguire, Sklar, Foley, Feiner, Akeley Aw, Computer Graphics: Principles and Practise, 2009.
  16. ^ a b Marschner, Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, 2015.
  17. ^ Scansione 3D - Cos'è e a cosa serve, stampiamoin3d.com.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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