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Évolution historique des graphiques informatiques

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Bonjour et bienvenue à la conférence numéro 2 dans le cours Computer Graphics.
La connaissance de l'évolution historique est toujours bénéfique pour la compréhension plus large du sujet. Donc, nous allons entrer dans un peu de détails de l'évolution suivie d'une discussion sur les enjeux et les défis.
Dans les premiers jours de l'apparition de l'ordinateur, c'est-à-dire dans les années 1940, 50 du siècle dernier, les affichages constituaient un terminal, une unité de terminal capable de ne montrer que des personnages. Donc, dans les jours précédents, nous avions des affichages qui n'affichaient que des caractères, il n'y avait aucune installation ou aucun moyen de montrer autre chose que caractériser. Par la suite, la capacité de montrer des images 2D complexes a été introduite, c'est-à-dire les développements ultérieurs. Avec l'avènement de la technologie, d'autres choses ont changé: nous avons maintenant une mémoire, une capacité et une vitesse de processeur plus élevées. En plus de ces changements, la technologie d'affichage s'est également améliorée de façon significative, de sorte que nous avons eu 3 développements généraux, l'amélioration de la capacité de mémoire, l'augmentation de la vitesse du processeur, ainsi que l'amélioration de la technologie d'affichage.Maintenant, tous les 3 ont contribué ensemble à afficher ou à rendre possible l'affichage d'animations 3D complexes qui sont à forte intensité de calcul et qui supposent que nous sommes capables d'effectuer les calculs en temps réel. La façon dont les ordinateurs intensifs de façon informatique ces processus sont, nous le verrons dans la conférence suivante. En fait, c'est le contenu de base de cette course.Maintenant, si nous regardons plus près de l'animation 3D, alors nous verrons qu'il y a 2 aspects, l'un est synthétisé de cadres et le second consiste à combiner les cadres et à les rendre d'une façon telle qu'il génère une perception du mouvement ou génère les effets de mouvement. Maintenant, la synthèse du cadre ainsi que les combiner et les rendre à l'écran pour générer des mouvements sont des processus complexes et ils sont aussi intensifs en ressources.
Ils nécessitent beaucoup de ressources matérielles. Il s'agit donc des principaux domaines d'activité des activités graphiques actuelles de l'informatique, de la façon de rendre ces processus utilisables dans l'environnement informatique moderne. Nous parlons à plusieurs reprises du terme graphique informatique, mais il a une origine. Ainsi, le terme a été inventé par William Fetter de la société Boeing en 1960. C'est il y a 60 ans.
Par la suite, Sylvan Chasen de Lockheed Corporation a proposé en 1981 4 phases de l'évolution du domaine. Quelles sont ces phases? La phase était des concepts à la naissance qui sont généralement considérés comme étant entre 1950 et 1963. C'est aussi connu sous le nom de gestationnel

. La deuxième phase est la phase d'enfance de courte durée de 64 à 70 au siècle dernier, puis nous avons l'adolescence, c'est encore une phase assez significative entre les années 1970 et la première phase des années 1980, puis nous avons l'âge adulte qui continue à partir du début des années 1980.
Il s'agit donc des 4 phases proposées par Sylvan Chasen en 1981, la période de gestation, l'enfance, l'adolescence et l'âge adulte. Maintenant, regardons rapidement les développements majeurs qui ont eu lieu dans chacune de ces phases.
Commençons par la première phase qui est la période de gestation entre 1950 et 1963 aux premiers stades de l'informatique. Maintenant, si vous êtes au courant de l'évolution des ordinateurs dans les premières phases, alors vous savez que cette phase de la période de gestation coïncide aussi avec les premières phases de développement de la technologie informatique elle-même. C'était donc la phase où la technologie évoluait.
Et de nos jours, nous prenons pour acquis la disponibilité d'interfaces qui sont communément appelées interfaces utilisateur graphiques. Donc, nous allons le voir sur tous nos écrans d'ordinateur surtout, si nous utilisons des ordinateurs de bureau, des ordinateurs portables ou même des smartphones. Mais dans cette phase, dans la période gestationnelle, le concept de l'interface graphique n'était pas là. En fait, personne n'était encore au courant de la possibilité d'une telle interface, elle ne pouvait même pas être imaginée. Dans cette phase, il y avait un système développé qui s'appelait SAGE, qui signifie Semi-automatique, Semi Automatic Ground Environment. Maintenant, il est développé par ou pour le bénéfice de l'US Air Force, qui fait partie d'un projet plus important appelé le projet Whirlwind qui a été lancé en 1945. Maintenant, le système SAGE est un exemple précoce de cette phase de la période gestationnelle qui démontre l'utilisation de l'infographie.
Ce que fait ce système ou ce que ce système a fait, maintenant l'idée de base du projet était d'obtenir les informations de position d'un avion à partir de stations de gouvernail qui est généralement le réseau de radars d'emploi. Il y a maintenant un opérateur qui aime cet opérateur ici, qui était assis devant un écran, comme vous pouvez le voir, mais pas les écrans traditionnels auxquels nous sommes habitués, mais la première version d'un écran.
Et sur cet écran des avions sont montrés et sur les avions autres données, les données reçues du radar ont été superposées. Donc, essentiellement ce que nous avons, c'est qu'à l'écran, une région géographique est montrée et sur cette région les informations sur les avions sont affichées.
Il y avait plus d'un aspect supplémentaire du système. Donc, c'était en fait dans un système interactif de sens, donc l'opérateur peut effectivement interagir avec le système avec l'utilisation d'un dispositif d'entrée appelé un pistolet léger ou un stylo, un stylo léger. Maintenant, s'il y a un aéronef affiché à l'écran, l'opérateur peut pointer le stylo vers cet aéronef pour obtenir les renseignements d'identification de l'aéronef.
Ainsi, lorsque le canon a été pointé sur le symbole de l'avion à l'écran, un événement a été envoyé au système Whirlwind qui, à son tour, a envoyé les détails comme du texte sur le plan ou sur les informations d'identification du plan qui étaient alors affichées à l'écran de l'opérateur. Quelque chose comme ça. Comme vous pouvez le voir est un pistolet léger ou un stylo léger, l'opérateur pointe le stylo sur l'écran où un symbole d'avion est affiché et une fois que le pointage est fait, le système envoie un message au système global, Whirlwind système qui contient toutes les informations, qui est renvoyé à l'interface pour être vu par l'opérateur. Donc comme je l'ai dit, le système SAGE qui fait partie du système Whirlwind avait des traces de graphiques interactifs, où l'interaction était faite avec le pistolet léger ou les stylos légers, mais il n'était pas encore complètement interactif la façon dont nous comprenons l'interaction dans le contexte moderne. Le potentiel réel de l'infographie interactive est entré en photo après le développement d'un autre système appelé Sketchpad par Ivan Sutherland en 1963.
Donc, ce système Sketchpad faisait partie des thèses de doctorat d'Ivan Sutherland au MIT. Et ce système a en fait démontré l'idée ainsi que le potentiel d'un système graphique interactif. Comme le système SAGE dans Sketchpad également, l'interaction a été faite à travers le stylo léger et il était moyen de développer des dessins techniques directement sur un écran CRT. Donc, ici l'opérateur n'a pas besoin d'être un fournisseur d'entrée passif à la place une entrée active peut être donnée sous la forme de créer des dessins lui-même à l'écran. Un exemple est illustré dans cette figure comme vous pouvez le voir, c'est l'écran et sur l'écran, l'opérateur tient un stylo léger pour créer un dessin ici.
Ce système Sketchpad contient en fait de nombreuses premières. Il est largement considéré comme la première interface graphique, bien que le terme GUI n'ait toujours pas été populaire à l'époque, il est également crédité de plusieurs concepts de l'informatique graphique, à savoir comment représenter des données en mémoire, comment traiter avec des lignes flexibles, la capacité de zoomer et de sortie, dessiner des lignes parfaitement rectilignes, des coins, des articulations.
Ce sont des choses que nous prenons aujourd'hui pour acquises, mais elles ont été très, très difficiles à l'époque et les carnets de croquis ont en fait réussi à démontrer que cela est possible.
En conséquence, le Sutherland est largement reconnu par beaucoup comme le grand-père de l'infographie interactive. Avec SAGE et Sketchpad, cette période de gestation a également vu le développement de nombreux autres systèmes influents.
Au cours de cette phase, le premier jeu informatique appelé Spaceware a été développé en 1961 sur une plateforme PDP-1 qui est une plateforme de calcul précoce. IBM a également développé le premier système de CAO ou de conception assistée par ordinateur, se souvient de notre conférence précédente, ces systèmes sont destinés à aider les ingénieurs à créer des dessins mécaniques et à tester diverses choses sans qu'il soit nécessaire de construire le système. Et pendant la période de gestation, IBM a créé ce premier système de CAO en 1964, bien que le travail ait commencé en 1959. La période gestationnelle a été suivie par la période d'enfance, qui est d'une durée raisonnablement courte de 6, 7 ans. Maintenant, dans cette période, beaucoup de choses nouvelles beaucoup plus importantes n'arrivent que tout ce qui a été développé plus tôt dans la période gestationnelle, d'autres développements ont eu lieu le long de ces lignes et la consolidation a eu lieu des idées précédentes.
Puis vint la période de l'adolescence, principalement limitée aux années 1970 et au début des années 1980.
Maintenant, dans cette phase encore, beaucoup de choses nouvelles arrivent, en 1971 Intel a sorti le premier microprocesseur commercial appelé le 4004. Maintenant, comme nous le savons tous, avec l'arrivée de ce microprocesseur, un changement de paradigme a été mis en place dans la façon dont les ordinateurs ont été conçus et cela a eu un impact significatif sur le domaine de l'infographie en rendant les calculs moins coûteux et moins coûteux. En conséquence, dans cette période plusieurs choses intéressantes se sont passées, principalement deux types de développements ont eu lieu, l'une est des techniques pour des graphiques 3D réalistes et plusieurs applications ont été développées au cours de cette phase, en particulier dans les domaines du divertissement et de la production de films. À la suite de ces demandes, les gens ont commencé à remarquer le potentiel du champ et ont investi de plus en plus de temps et d'argent pour que le développement soit significatif dans le contexte de l'évolution globale du domaine. Maintenant, quelles sont les œuvres qui ont été réalisées pour la génération d'images réalistes et 3D? L'un des développements importants a été le travail sur les modèles d'éclairage. Maintenant, ces modèles que nous allons apprendre plus tard. Ce que ces modèles étaient censés faire, étaient d'assigner des couleurs aux pixels et cette coloration des pixels ou des plus petites unités graphiques sur un écran est très importante pour nous donner une perception d'images réalistes comme nous le savons tous. En plus de cela, une autre chose a eu lieu, c'est le développement de techniques de cartographie de texture, maintenant la texture est essentiellement des motifs que nous voyons sur les surfaces. Donc, si nous pouvons imposer des textures sur nos surfaces d'objet créées artificiellement, cela nous mènera à une représentation d'image plus réaliste et ce développement a eu lieu durant cette période de l'adolescence.
Ainsi, le premier travail a été fait par Catmull en 1974. La première œuvre notable, comme vous pouvez le voir, que sur cet objet certaines textures sont montrables, à cause de cela, nous sommes capables de faire en sorte qu'il s'agit d'un objet 3D et qu'il a certaines caractéristiques. Donc, sans texture, elle aura l'air terne et non réaliste. Une forme perfectionnée de cartographie de la texture a été faite par la cartographie des Bump par Blinn en 1978. Comme l'exemple montré ici, sur les surfaces de l'objet, on peut voir que ce type particulier de texture a été incorporé, inséré pour le rendre plus réel, naturel. Ils sont appelés "bosses", "Bump mapping".
Aussi un autre développement a eu lieu qui est une technique avancée de création d'images 3D appelée Ray Tracing et premier développement notable a eu lieu dans les années 1980 dans la période de l'adolescence, à l'aide de cette technique, nous pouvons développer des images 3D réalistes sur un écran 2D, d'une meilleure façon que d'utiliser les autres techniques. Ce sont des techniques qui ont été développées pour améliorer la qualité des images synthétisées, pour les rendre plus réalistes, plus naturelles.
Ainsi, pour récapitulation, 4 approches ont été définies au cours de cette phase. La première est l'éclairage moderne, le travail de base sur le modèle d'éclairage, suivi du modèle de texture et de la modélisation de la bosse, des mappages de bosse et enfin des méthodes de traçage de Ray. En dehors de cela, comme je l'ai mentionné plus tôt, un autre volet de développement qui a eu lieu au cours de cette phase a été le développement de plusieurs applications de l'infographie, quel que soit l'état de l'art à ce moment-là, sur la base de ce que plusieurs applications ont été développées. Particulièrement dans le divertissement et la production de films.
Ainsi, en 1973, le premier film s'est sorti du nom de Westworld, qui a été le premier film à utiliser des infographies, suivi en 1977 par le film Star Wars, je pense que la plupart d'entre vous, sinon tous, peuvent être au courant de ce film. Donc, le premier film est sorti en 1977 et il est devenu immensément populaire dans le monde et, par conséquent, les gens ont appris le potentiel de l'infographie d'une façon plus convaincante.
La période de l'adolescence est suivie de la période de l'âge adulte, à partir de la première phase des années 1980. Au cours de cette période, le champ est entré à l'âge adulte avec la libération d'IBM PC en 1981. Maintenant, comme nous le savons tous, après l'avènement du PC ou des ordinateurs personnels, les ordinateurs sont devenus un produit de masse, auparavant il était confiné à seulement quelques personnes qui étaient bien éduquées à un stade avancé d'études et surtout fait des travaux de recherche ou de développement en utilisant ceci, mais après l'avènement du PC a proliféré et devient un produit de masse. Et comme elle était devenue un produit de masse, l'accent a maintenant été mis sur le développement d'applications qui plaisaient aux masses.
En utilisant des graphiques informatiques, beaucoup de ces applications ont été développées et l'accent a été déplacé des graphiques pour les experts vers les graphiques pour les profanes. En conséquence, nous avons pu voir plusieurs développements, y compris le développement des interfaces graphiques et les concepts associés. En fait, de nombreux développements ont eu lieu qu'il a donné naissance à un nouveau champ d'étude, appelé interaction homme-machine ou HCI en bref.
Une chose s'est produite au cours de cette phase, un cycle de développement autonome émerge, qu'est-ce que c'est? À mesure que de plus en plus de systèmes conviviaux émergent, ils suscitent de plus en plus d'intérêt parmi les gens, ce qui suscite un enthousiasme et des investissements nouveaux sur des systèmes novateurs. Donc, c'est un cycle de développement autonome, de plus en plus d'applications sont là, qui séduit de plus en plus de gens et les gens à leur tour en veulent de plus en plus, de plus en plus d'investissements sont venus et ils se sont poursuivis et ils se poursuivent encore.
À la suite de ce cycle de développement autonome, d'autres développements connexes ont eu lieu. Ainsi, à partir de l'UC, nous avons migré vers GPU ou traitement graphique, matériel dédié pour les graphiques, la capacité de stockage s'est améliorée de manière significative pour pouvoir stocker et traiter une grande quantité de données requises pour les graphiques 3D réalistes. Donc, nous parlons maintenant en termes de téraoctets, de pétaoctets, au lieu de kilooctets ou de mégaoctets qui étaient auparavant le cas auparavant.
De même, la technologie d'affichage a connu une amélioration considérable depuis les premiers tubes cathodiques jusqu'aux écrans tactiles modernes ou aux murs situés ou encore mieux. Donc, tout cela a eu lieu à cause de ce cycle de développement autonome.
Donc, nous pouvons dire que ces développements technologiques ont apporté un changement de paradigme dans le domaine et nous sommes maintenant en position avec l'aide de la nouvelle technologie pour développer des algorithmes pour générer des graphiques 3D photoréalistes en temps réel. Donc, toutes ces choses sont importantes et cela formera le sujet central de notre discussion lors de conférences ultérieures. Maintenant, notez que tout cela est un processus intensif de calcul et à cause de l'avancement des technologies, ce processus intensif de calcul est devenu gérable, possible à implémenter en temps réel.
Et puisque nous sommes en mesure de faire ces choses maintenant, l'appel et l'application des graphiques informatiques ont augmenté de manifold et ils sont présents de tous ces facteurs sous-entend que le champ est en croissance et continuera de croître dans un avenir prévisible. Donc, c'est en bref l'évolution du domaine, 4 phases à partir de la période de gestation jusqu'à l'âge adulte et les développements majeurs que nous avons brièvement discutés.
Maintenant, concentrons-nous notre attention sur un autre aspect important du domaine, à savoir quels sont les enjeux et les défis auxquels sont confrontés les travailleurs dans ce domaine?
Maintenant, dans les phases formatrices du domaine, la préoccupation première était comme nous le savons tous, la génération d'images 2D ou de scènes 2D, mais encore une fois, comme nous avons déjà discuté qui a changé par la suite et que les graphiques 2D ne sont plus la zone de chevauchement et que nous sommes principalement concentrés sur, de nos jours nous sommes principalement concentrés sur la génération de graphismes 3D et d'animation.
Dans le contexte du graphisme 3D et de l'animation, il y a 3 préoccupations principales liées au logiciel, le développement de logiciels pour le système. L'une est la modélisation qui signifie essentiellement la création et la représentation de la géométrie de l'objet dans le monde 3d et ici nous devons garder à l'esprit que nous ne parlons pas seulement d'objets géométriques solides, mais aussi de certains phénomènes tels que le ralentissement de la fumée, la pluie, le feu, certains phénomènes naturels, ainsi, comment modéliser les objets aussi bien que les phénomènes, c'est une préoccupation.
La deuxième préoccupation est le rendu, essentiellement la création et l'affichage d'une image 2D des objets 3D, pourquoi l'image 2D? Parce que notre écran est 2D, nous devons donc convertir les objets 3D en un format 2D. Donc, ce rendu traite des problèmes liés à l'affichage des objets modélisés sur l'écran et il y a d'autres problèmes connexes, à savoir la couleur, la coloration des pixels sur l'écran, la couleur et l'éclairage qui implique la simulation du processus optique.
Ensuite, le déterminisme de surface visible par rapport à la position du spectateur, les motifs texturés sur les surfaces ou la synthèse de texture pour imiter le réalisme, la 3D à la transformation 2D et ainsi de suite. Donc, ce sont les questions qui sont là dans le rendu. Ensuite, la troisième question, la troisième grande question liée au logiciel graphique, est l'animation, décrivant comment l'image change avec le temps, de quoi elle traite? Il s'agit de transmettre le mouvement sur les objets pour simuler le mouvement, donc, donnez-nous une perception du mouvement. Les principales préoccupations ici sont la modélisation du mouvement et de l'interaction entre les objets au cours du mouvement. Ainsi, les 3 problèmes majeurs liés aux logiciels sont la modélisation des objets, le rendu des objets et la création de l'animation. Maintenant, il y a aussi quelques problèmes liés au matériel.
Pourquoi elles sont importantes, parce que la qualité et le coût de la technologie d'affichage sont des préoccupations importantes, parce qu'il y a toujours un compromis entre les deux, la qualité du matériel ainsi que le coût, de sorte que nous ne pouvons pas obtenir de haute qualité en bas coût et vice versa.
Et tout en construisons une application de système graphique, nous devons garder à l'esprit ce compromis. En plus de cela, nous devons garder à l'esprit la sélection d'un dispositif d'interaction approprié parce que de nos jours, nous parlons d'infographie interactive. Ainsi, le composant d'interaction est important et il est important de choisir un mode d'interaction ou d'entrée approprié de sorte que l'interaction semble intuitive à l'utilisateur. L'utilisateur ne doit pas être obligé d'apprendre des modèles complexes ou des opérations complexes, il doit être aussi naturel que possible.
Enfin, la conception de dispositifs graphiques spécialisés pour accélérer le processus de rendu est également de la plus haute importance. Parce que les algorithmes graphiques sont intensifs en calcul et si nous pouvons avoir du matériel dédié pour effectuer ces calculs, nous pouvons nous attendre à de meilleures performances. Maintenant, la question est de savoir comment concevoir un tel matériel à un coût abordable et qui est une préoccupation principale liée aux plates-formes matérielles pour l'infographie.
Donc, du point de vue matériel, nous avons cette qualité du matériel ainsi que le compromis de coût pour garder à l'esprit aussi, nous devons garder à l'esprit le type de dispositif d'entrée que nous utilisons ainsi que les systèmes graphiques dédiés que nous pouvons nous permettre.