ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิก

วิชาคอมพิวเตอร์กราฟิก

บทที่ 1 ประวัติคอมพิวเตอร์กราฟิก 

อ.นวิน ครุธวีร์

ระบบคอมพิวเตอร์เวิร์ลวินด์ (“Whirlwing”) เป็นการรวมเอาเทคโนโลยีเรดาร์และคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน

..........................................................................

แซจ Semi-Automatic Ground Environment (SAGE) เป็นระบบเตือนภัยทางอากาศของสหรัฐ เป็นจุดกำเนิดของการพัฒนาไปสู่การประสานกับผู้ใช้ด้วยกราฟิกหรือกุย (Graphic User Interface, GUI)

..........................................................................

William Fetter ได้นำคอมพิวเตอร์มาใช้ช่วยในการออกแบบเครื่องบินโบอิง 737 ด้วยเครื่อง IBM 7094 มีการสร้างภาพกราฟิกจำลองสถานการณ์ภายในห้องบิน

..........................................................................

คอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ หรือ แคด (Computer Aided Design, CAD) ถูกพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1964 โดยบริษัท จีเอ็ม (General Mortor, GM) ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ที่สุดของสหรัฐอเมริกาเพื่อใช้ออกแบบตัวถัง และส่วนประกอบรถยนต์โดยอาศัยซอฟต์แวร์แคดที่ชื่อว่า DAC-1 โดยอุปกรณ์รับข้อมูลที่ใช้คือปากกาแสงและแป้นคำสั่งเฉพาะ

จากนั้นก็ถูกพัฒนาไปซอฟต์แวร์แคดสำหรับการออกแบบอากาศยาน

ต่อมาในปี ค.ศ.1968 บริษัท Applican ได้วางตลาดซอฟต์แวร์ที่มีชื่อว่า AGS สำหรับงานออกแบบอเนกประสงค์

..........................................................................

สาเหตุสำคัญต่อการพัฒนาระบบแคดหรือคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ

1 การแข่งขันของภาคอุตสาหกรรมที่ต้องเร่งรัดการผลิต เพื่อเพิ่มความได้เปรียบ ความสะดวก

2 ความสำเร็จการพัฒนาวงจรรวมบนสารกึ่งตัวนำหรือ ชิป และแผงวงจรไฟฟ้ารวม  ช่วยลดต้นทุนไปได้ถึง 100 เท่า โดยในปี ค.ศ.1982 มีการพัฒนาซอฟต์สำหรับงานอเนกประสงค์ ได้แก่ AutoCAD โดยบริษัท Autodesk และ ProDesign ของบริษัท American Small Business

1982: AutoCAD v1.0

..........................................................................

หลอดภาพซีอาร์ที

เป็นอุปกรณ์แสดงผลที่มีความเก่าแก่มากที่สุด แต่เดิมมีการนำมาใช้เป็นจอภาพเรดาร์ด้วยวิธีแสดงผลแบบเวกเตอร์ แล้วจึงพัฒนาไปสู่จอแสดงผลคอมพิวเตอร์

SAGE ระบบเตือนภัยทางอากาศ เทคโนโลีของคอมพิวเตอร์กราฟิก มีรากฐานมาจากการแสดงผลของเรดาร์ เนื่องจากมีวิธีการแสดงผลในรูปแบบเวกเตอร์

..........................................................................

ปีค.ศ.1966 บริษัทไอบีเอ็มได้ผลิตจอภาพรุ่น ไอบีเอ็ม 2250 เป็นจอภาพที่แสดงผลแบบเรสเตอร์สแกนชนิดแรกที่ใช้สำหรับแสดงผลเป็นตัวอักขระ

IBM 2250 Model 4 display ราคา $280,000

ถึงแม้ว่าจะได้รับความนิยมแต่ก็มีข้อจำกัดในการแสดงผลกราฟิก คือจะต้องนำอักขระมาจัดเรียงกันให้เกิดเป็นภาพ

..........................................................................

เมื่อถึงศตวรรษที่ 70 ได้มีการสร้างจอภาพรุ่นใหม่ที่เรียกว่าจอแสดงผลบิตแมป (Bitmap display) มีความหมาถึงการแสดงผลเป็นแบบจุดพิกเซล โดยแต่ละพิกเซลแต่ละตัวแทนความจำหนึ่งหน่วยของคอมพิวเตอร์

..........................................................................

การแสดงการจำลองกราฟิกสามมิติของ DNA โดย Nelson Max

..........................................................................

ปัจจัยที่ทำให้จอภาพบิตแมปมีการแพร่หลายมากขึ้น เป็นผลมาจากเทคโนโลยีการผลิตชิป (Chip) ซึ่งประกอบด้วยวงจรไฟฟ้าและทรานซิสเตอร์จำนวนมากที่วางอยู่บนแผ่นซิลิกอน และพัฒนาต่อเนื่องจนเกิดเป็นแผงวงจรขนาดใหญ่

ดังนั้นการพัฒนาจอภาพแบบแรสเตอร์บิตแมปเป็นการปฏิวัติเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์กราฟิก   อย่างชัดเจน โดยมิได้จำกัดอยู่แต่เพียงภาพลายเส้นเวกเตอร์เท่านั้น คุณสมบัติเหล่านี้เองเป็นองค์ประกอบที่นำไปสู่การพัฒนาคอมพิวเตอร์กราฟิกในงานด้านต่างๆ

คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ (Computer-aided design)

..........................................................................

คอมพิวเตอร์ช่วยการผลิต (Computer-aided manufacturing)

..........................................................................

คอมพิวเตอร์ช่วยการสอน (Computer-assisted instruction)

..........................................................................

คอมพิวเตอร์ช่วยสร้างภาพตัดขวาง (Computer-aided tomography)

..........................................................................

คอมพิวเตอร์ศิลปะ (Computer art)

..........................................................................

การออกแบบกราฟิก (Graphic design)

..........................................................................

การสร้างภาพสามมิติเหมือนจริง (3D photorealistic)

ที่มา : www.designsmix.com

..........................................................................

ส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้

ช่วงปลายทศวรรษที่ 60 คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่เป็นระดับเมนเฟรมและยังต้องใช้บุคคลที่มีความเชี่ยวชาญซึ่งมีจำนวนน้อย จนกระทั่่งความสำเร็จของการพัฒนาจอภาพบิตแมปได้ส่งผลให้คอมพิวเตอร์มีวิธีการแสดงข้อมูลได้มากขึ้น จากที่เคยยากก็สามารถเข้าใจได้ง่ายขึ้น ความต้องการใช้งานในระดับกลางก็เริ่มมีมากขึ้น จึงได้พัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กกว่าเมนเฟรม ซึ่งเรียกว่าเครื่องระดับสถานีงาน (Workstation)

คอมพิวเตอร์ระดับสถานีงาน "อัตโต" ของบริษัทซีรอกซ์ติดตั้งจอภาพชนิดแรสเตอร์สแกน รวมถึงมีการนำระบบหน้าต่างมาใช้ร่วมกับเมาส์ ซึ่งต่อมกลายเป็นอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับคอมพิวเตอร์ปัจจุบันที่ใช้ระบบประสานกับผู้ใช้ด้วยกราฟิก

หลังจากนั้นระบบ แลนได้พัฒนาเพิ่มขึ้นมา ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนทรัพยากรอันได้แก่ ข้อมูลและการประมวลผล ผลรวมทั้งอุปกรณ์รอบข้าง เช่น เครื่องพิมพ์ เครื่องพล๊อตเตอร์ที่มีอยู่อย่างคุ้มค่า

ดังนั้น "อัลโต" จึงเป็นจุดเริ่มต้นสำคัญของระบบติดต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ที่เรียกว่า กุย ซึ่งแสดงผลได้ทั้งตัวอักขระและภาพกราฟิกบนจอเดียวกัน ทำให้กลายเป็นจุดเด่นของการทำงานด้านกราฟิกนอกจากนี้การแสดงผลภาพที่ปรากฏบนจอจะได้ เหมือนกับสิ่งที่พิมพ์ออกมาหรือที่เรียกว่า ได้อย่างที่เห็น "วิซิวิก" (What You See Is What You Get, WYSIWYG) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำเม้าส์มาใช้ทำให้การป้อนคำสั่งบนเครื่องอัลโตเปลี่ยนไป

แนวคิดระบบกุยได้ถูกพัฒนาต่อโดยบริษัทแอปเปิล รุ่นลิซา (Lisa) ค.ศ.1983 และเครื่องแมกอินทอช (Macintosh) ค.ศ.1984

Apple รุ่น ลิซา

Apple รุ่น Macintosh

Multiwindows

..........................................................................

การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กราฟิก

สถาบันวิจัยสหรัฐอเมริกา ในยุคศตวรรษที่ 70 มีการสร้าง จอภาพสวมศรีษะ หรือ เอชเอ็มดี (Head Mouted Display, HMD) โดยอีวาน ซูเธอร์แลนด์ เมื่อปี ค.ศ.1970 สถาบันเอ็มไอที

ผู้สร้างและคิดค้นVirtual reality ความเป็นจริงเสมือน ผู้ใช้รับข้อมูลเป็นสามมิติทั้งภาพและเสียง

1968: Future Turing Award-winner and GUI pioneer Ivan Sutherland invents the first head-mounted display system.

การพัฒนาที่สำคัญคือจอภาพแสดงผลสี 4,096 สี ในปี ค.ศ.1974 เป็นก้าวสำคัญของการพัฒนาคอมพิวเตอร์กราฟิก ทำให้จอภาพแสดงผลสีเอกรงค์ที่แสดงผลเพียงความแตกต่างของเฉดสีกลายเป็นสิ่งล้าสมัยไป

การใช้สีเอกรงค์ (Monochrome) หมายถึง การใช้สี สีเดียว หรือการใช้สีที่แสดงความเด่นชัดออกมาเพียงสีเดียว แต่มีการลดหลั่นกันในเรื่องน้ำหนักสี เพื่อให้เกิดความแตกต่าง วิธีการใช้สีเอกรงค์ คือจะใช้สีใดสีหนึ่งที่เป็นสีแท้(Hue)หรือมีความสด (Intensity) เป็นตัวยืนเพียงสีเดียวให้เป็นจุดเด่นของภาพ ส่วนประกอบรอบๆนั้นจะใช้สีเดียวกันแต่ลดความสดของสีให้น้อยกว่าสีหลัก สีที่นำมาเป็นส่วนประกอบอาจแบ่งน้ำหนักได้ตั้งแต่ 3 - 6 สี

Turnner Whitted นักวิจัยจากห้องทดลองเบลล์ สหรัฐฯ ได้นำเสนอเทคนิคพิเศษของการจำลองอิทธิพลของแสงในธรรมชาติมาใช้กับการสร้างภาพกราฟิกสามมิติที่สมจริงคือ การตามรอยรังสี (Ray tracing)

เทคนิคตามรอยรังสี เป็นเทคนิคพิเศษสำหรับสร้างภาพสามมิติเหมือนจริง