V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013
ГРАФИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ: ПАНОРАМНЫЙ ВЗГЛЯД
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
К сожалению, история сохранила не так много исторических документов, по которым возможно проследить эволюцию технологий проектирования и графики. Однако совершенно очевидно, что их основы закладывались в глубокой древности.
Рассматривая историю развития изображений, принятых в технике, следует обратиться к истокам - первобытным рисункам и древним пиктограммам. Именно в них берет свое начало, зарождается и формируется графический язык, основой которого являются способы изображений. В древности многие народы любую информацию (донесения о боевых походах, сообщения делового и политического характера, охотничьи сообщения, магические заклинания, любовные послания) передавали с помощью рисунков. Древние иероглифы, как правило, представляют собой контурные рисунки. Именно эта особенность изображения «роднит» его с контурными изображениями чертежа.
В эпоху Возрождения открывались законы перспективы, закладывались практические основы отображения технической информации новыми графическими способами. Великим Леонардо да Винчи (1452-1519) в наследство потомкам были оставлены графические изображения летательного аппарата, метательных машин. Они были выполнены особым способом, который его современники называли «конической перспективой». Этот способ не потерял своей актуальности по сей день. В настоящее время он называется «линейной перспективой» и используется в архитектуре, рисунке, живописи, дизайне.
Чертежи на Руси изготавливались «чертежщиками» (чертежниками), упоминание о которых можно найти в «Пушкарском приказе» Ивана IV. Когда возводимые сооружения стали занимать обширные площади, потребовалось участие большого количества людей, возникла необходимость вычерчивать чертежи в уменьшенном виде, на каком-либо материале (коже, холсте, пергаменте). Чертежи выполняли без масштаба, но с размерами, и только в XVIII начали применить масштаб. Другие изображения — чертежи-рисунки, представляли собой вид на сооружение «с высоты птичьего полета» и широко использовались русскими мастерами и строителями. Примером может служить чертеж-план части Кремля, выполненный П. Годуновым в начале XVII в.
В России существовали графические способы, которые позволяли изобразить машину, архитектурное сооружение с нескольких сторон, чтобы получить более полное представление об их форме и размерах. Но так как эти изображения проекционно не связывались между собой, ими было трудно пользоваться.
Развитие техники вызвало необходимость совершенствовать методы и способы графических изображений в проектировании. В XVIII в. условный (иногда примитивный) рисунок уступает место другому виду графического изображения — чертежу. Русские чертежники и сам царь Петр I выполняли чертежи методом, который позже будет назван методом прямоугольных проекций (основателем метода является французский математик и инженер Гаспар Монж). В начале XVIII века в период правления Петра I и России бурно развивается кораблестроение, горнорудная промышленность, строятся машины и заводские силовые установки. Все это требовало умелого выполнения чертежей.
В связи с этим по указу Петра I вводится преподавание черчения в специальных учебных заведениях, что послужило причиной появления в 1708 г. первых учебников по черчению: «Приемы циркуля и линейки» и «Практические геометрии». Появились новые виды изображений, названные профилями (профиль спереди, сверху, сбоку), которые стали прообразами современных изображений в системе трех проекций, используемых на чертежах. В это время появляются первые чертежи заводских сооружений, где изображения выполнялись в двух видах. Сохранился чертеж двадцати двухвесельного шлюпа, выполнены лично Петром I в 1719 г. На чертежах 18 и первой половины 19 веков появляется масштаб. С этого времени и до 30-х годов 20 века большинство чертежей раскрашивалось. Чертежи стали нести больше информации, но на их выполнение уходило много времени. Поэтому их стали постепенно упрощать, используя различные условности, надписи и т.д.
Вся история развития технологий проектирования непрерывно связана с техническим прогрессом. В настоящее время чертеж стал основным документом делового общения в науке, технике, производстве, дизайне, строительстве. В начале XX столетия была начата работа по механизации рабочего места конструктора. В результате ее появились чертежные машины, чертежные и пишущие приборы различных систем, что позволило ускорить процесс выполнения чертежей. В настоящее время созданы машинные способы выполнения чертежей, которые значительно упростили этот процесс и ускорили разработку проектно-конструкторской документации.
Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.
Кажется, освежить графический интерфейс уже просто невозможно. "Декорации" достигли немыслимого уровня - оттенение и полупрозрачность окон на рабочем столе, полноценное задействование для отрисовки элементов интерфейса мощнейших возможностей 3D-акселераторов, различные мигания и затухания больше не впечатляют избалованного пользователя. Передача запаха по Интернету не новая идея, однако поддерживающие данную технологию коммерчески распространяемые устройства, которые можно заказать в Интернете, появились совсем недавно.О технологии электронной передачи кода по Сети для воспроизведения запаха на удаленном расстоянии заговорили в конце 90-х годов.
Опытный образец синтезатора демонстрировался на различных выставках и даже получил престижную награду «За лучшую технологию 2000 года». Чувствительные мониторы компьютеров, вероятно, скоро обзаведутся поразительным эффектом. К ним можно будет прикасаться и чувствовать форму и текстуру объекта, до которого дотрагиваешься, а не просто ощущать поверхность экрана.
Несколько десятилетий назад рисование линий на компьютере считалось величайшим прогрессом, возможности все еще были сильно ограничены. И эти ограничения были связаны даже не со скоростью обработки процессора ли ценой программного обеспечения, а с тем, что так и продолжали ментально «чертить на бумаге». CAD-овские продукты все еще были софтом для документирования, чем инструментом для помощи в процессе разработки проекта. Компьютер тогда не был «усилителем интеллекта» — он всего лишь немного экономил трудозатраты, не привнося в процесс ничего нового.
Толчком к переходу на 3D было вовлечение компаний, занимающихся авто- и аэропроектированием. Помимо обычной привычной документации, им требовались программы с возможностью цифрового эскизирования и компьютеры с возможностями построения среды с заданными условиями для проведения базовых тестов. В то же время цены на софт и комплектующие падали, делая 3D-возможности все более доступным. Все это вместе привело к адаптированию новых возможностей и в других отраслях проектирования.
Сейчас современные 3D технологии используются в компьютерной технике повсеместно. С увеличением производительности компьютеров и в частности видеокарт, возможности для передачи трехмерного изображения на экраны мониторов значительно возросли, а в последнее время прогресс достиг такой величины, что новинки в этой области появляются практически ежегодно.
Мощные компьютерные машины позволяют передавать картинку в мельчайших деталях, что делает трехмерные миры все более реалистичными. 3D технологии сегодня стоят на вооружении практически во всех отраслях человеческой деятельности.
Перестал быть новинкой 3D-принтер — устройство, использующее метод послойного создания физического объекта, на основе виртуальной 3D-модели. Как средство визуализации образов 3D-принтеры появились довольно давно. Уже в 80-е годы XX века существовали вполне себе действующие образцы подобной техники. Правда, тогда это были, в первую очередь, уникальные образцы научной и инженерной мысли, стоившие колоссальных денег, которые могли себе позволить только транснациональные корпорации с их многомиллионными бюджетами.
Сегодня ситуация несколько улучшилась, и из ценников 3D-принтеров «улетучились» один, а то и два нуля, но это до сих пор дорогие профессиональные приборы, предназначенные, главным образом, для быстрого прототипирования (то есть изготовления материальных прототипов будущих изделий еще на этапе их 3D-моделирования) для нужд производства, индустрии развлечений и пр. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.
Большинство компьютерных технологий проектирования пришли на рынок и получили своё распространение только в последние годы, и этот процесс, похоже, только набирает обороты. Например, в настоящее время одной из самых востребованных тем в проектировании являются облачные технологии. «Облачные вычисления (англ. cloud computing)» — технология распределённой обработки данных, в которой компьютерные ресурсы и мощности предоставляются пользователю как Интернет-сервис. Термин «Облако» используется как метафора, основанная на изображении Интернета на диаграмме компьютерной сети, или как образ сложной инфраструктуры, за которой скрываются все технические детали.
Облака - это серверные «фермы», находящиеся в интернете. Многие крупные компании специально создают именно такие сети, потому что проще иметь один мощный сервер, чем обеспечить каждого сотрудника мощным компьютером. За счет введения облачных технологий результаты, для достижения которых раньше требовалось несколько дней, стали вопросом нескольких минут - времени, необходимого для приготовления одной чашки кофе. Такие технологии позволяют разным специалистам работать над одним проектом, даже находясь за много тысяч километров друг от друга. Возможно, что в дальнейшем эта технология может стать платной, а может случиться, что и наоборот, рядовой пользователь сможет получать ряд преимуществ, не вкладываясь особо финансово. Пока нам предстоит лишь ждать и смотреть, что получится.
Развитие компьютерных технологий проектирования и анимации - это не только знак обеспеченного прошедшего, но и «разбег» для грядущего. Можно предсказать развитие технологий проектирования на ближайшие годы, но трудно заглянуть в будущее, сложно представить какие задачи будут ставиться перед проектировщиками через 50 или 100 лет.
Даже авторы-фантасты в массе своей не способны выйти за рамки линейного воображения, линейной экстраполяции и линейного прогнозирования. Фантастика сейчас не показывает ничего нового, продолжая описывать «все то же настоящее, только очень крутое».
В работе «Механика цивилизаций» Сергей Переслегин описал «локусы будущего» – то есть «первое присутствие будущего в настоящем», которое обладает потенциалом неограниченного развития и способно превратиться в нечто, существенным образом изменяющее мир. Локусы прежде всего являются чем-то качественно новым, они принципиально меняют систему, порождая «генеральные тенденции настоящего». Будущее прорастает на переплетениях различных тенденций.
Сейчас таких главных трендов, основных путей развития, судя по всему, наметилось минимум четыре: нанотехнология, биотехнология, информационные технологии и «когнитивная наука» (междисциплинарное направление, которое, включает технические и гуманитарные пункты, способствует расширению интеллектуальных и познавательных возможностей человека, в том числе инженеров и учёных, ускоряя научно-технический процесс).
В дальнейшем эти ветви станут соприкасаться друг с другом, порождая нечто третье, пока еще совсем неявное, да к тому же будут испытывать влияние других факторов, и все это кардинально изменит технологии проектирования.
Еще одним важным понятием является сингулярность. В интересующем нас качестве первым его использовал Вернон Виндж, который в своей программной статье «Технологическая сингулярность» описал некий момент времени, где график, отражающий скорость технологического прогресса, станет вертикальным. Это точка, где перестают работать прогнозы, так как в ней система скачкообразно меняется, приобретая новые, небывалые черты, трудновообразимые для тех, кто живет в предыдущем состоянии системы, то есть для нас.
Трудно – но все же можно? Можно ли попытаться описать хотя бы отдельные аспекты того, что лежит за этой стеной, интуитивно уловить смутный «облик грядущего»? Тем более если предположить, что главные технологии, от которых во многом зависит и наступление сингулярности, и то, что ждет нас за ней, уже наметились?
То, что было принципиально непредсказуемо когда-то, становится более очевидным по мере приближения к событию. Сейчас вовсю говорят о том, что сингулярность можно ожидать в не таком уж и далеком будущем, примерно между 2025-2050 годами. Поживем – увидим?