Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит Страница 2

Компьютеры — идея цифровая. Машины, ускоряющие вычисления, — пример проникновения цифровых технологий в повседневную жизнь. Но сама идея вычислительных машин возникла только в 1936 году, когда англичанин Алан Тьюринг придумал их, чтобы продемонстрировать возможность аккуратного исполнения систематических процессов. Это может показаться непонятным и скучным человеку, но достаточно взглянуть на последствия, чтобы убедиться в обратном. Компьютер стал самым гибким и универсальным инструментом человека. А потрясающая скорость, с которой он производит вычисления, — величайшее инженерное чудо всех времен. Скорость работы компьютеров невообразимо и многократно усиливает возможности нас, ничтожных людишек.

Но вся ошеломляющая, изменившая наш мир мощь компьютеров на самом деле сводится к аккуратному переключению между двумя состояниями, часто называемыми 0 и 1. Все их вычисления — это биты. Это может показаться тривиальным, но я надеюсь вдохновить вас неожиданной красотой и загадочностью компьютерных вычислений. Опять же, никакой математики нам не потребуется.

И наконец, самая важная, но наименее известная из этих трех фундаментальных идей, лежащих в основе моей книги: вы можете легко преобразовывать колебания в биты и наоборот, перемещаться между аналоговым и цифровым мирами. Сама идея восходит к 1933 году, когда советский математик Владимир Котельников сформулировал ее в том виде, в каком мы ее знаем сегодня. Ее официальное название — теорема отсчетов или теорема выборки. Вся эта книга — биография пикселя, а пиксель — наше название единичного отсчета, выбранной точки визуального мира. Так что эта книга — о выборке. Пиксели — это невидимые биты, которые воплощаются в видимые световые колебания. Я загорелся желанием написать эту книгу, чтобы вы осознали, какое в них скрыто волшебство, и удивились, как оно работает. Обещаю, никакой математики здесь тоже не потребуется.

После того как я трижды на двух страницах упомянул, что математика нам не потребуется, вы, возможно, подумаете: а что, если кому-то математика все же интересна? Для них — но на самом деле для всех моих читателей — я создал сайт с комментариями, расположенный по адресу alvyray.com/DigitalLight. Там вы найдете дополнительные сведения о людях, местах и событиях, которые сделали бы эту книгу слишком громоздкой, чтобы поместиться между физическими обложками. А еще на сайте размещены математические уравнения, описывающие магию Цифрового Света и пикселей и подтверждающие, что все это действительно возможно.

Распространено заблуждение, что пиксель — это просто маленький цветной квадратик. Но на самом деле пиксель — это глубокая абстрактная концепция, связывающая воедино весь наш современный медиамир. Это организующий принцип Цифрового Света.

Визуальная картина состоит из бесконечного количества цветных точек. Бесконечность по определению слишком велика, чтобы иметь с ней дело. Но как мы можем заменить непрерывную визуальную картину конечным числом дискретных битов — пикселей — и не потерять при этом бесконечное количество информации между ними? Теорема отсчетов подсказывает, как это сделать. Это секрет, который заставляет работать современный медиамир.

Теорема отсчетов, базирующаяся на преобразованиях Фурье, возникла почти одновременно с идеей компьютера в середине 1930-х. Они встретились и зачали ребенка, Цифровой Свет, предмет этой книги.

Вклады: две высокие технологии

Вторая часть книги посвящена истории двух высоких технологий, сформировавших Цифровой Свет: компьютерам и кинематографу. Как и в первой части, я доступно представлю каждую технологию и расскажу историю ее создания, попутно развенчав некоторые распространенные мифы. Подлинные истории всегда более интригующие, вдохновляющие и замысловатые, чем привычные мифы.

В царстве Цифрового Света мы можем брать пиксели реального мира — скажем, с камеры на Международной космической станции, отслеживающей последние ураганы. Но, что еще важнее для этой книги, мы также можем сами создавать пиксели. Тут без компьютеров не обойтись, поэтому я так подробно рассказываю о развитии этой высокой технологии.

В процессе работы над книгой я сделал для себя немало удивительных открытий, но главным из них стал тот факт, что первые пиксели появились уже на первых компьютерах. Они родились вместе. Таким образом, выяснив, какие компьютеры были первыми в мире, мы также узнаем, когда и где появились первые пиксели. Вот почему глава о компьютерах во второй части называется «Восход Цифрового Света: ускорение». Она проиллюстрирована первым изображением, сделанным с помощью пикселей в 1947 году. Еще я расскажу там о законе Мура, движущей концепции огромной силы:

Все хорошее в компьютерах каждые пять лет становится лучше на порядок.

Несмотря на кажущуюся простоту, это заявление носит революционный характер. То, что в 1965 году, когда Гордон Мур сделал свое наблюдение, равнялось 1, сейчас составляет около 100 миллиардов, а к 2025 году достигнет 1 триллиона. Это взрыв сверхновой. Закон Мура — это динамо-машина невероятной мощности, стоящая на протяжении более 50 лет за каждым витком развития компьютеров, в том числе и Цифрового Света.

Цифровое кино — тоже часть Цифрового Света — происходит от классического кинематографа. В главе под названием «Фильмы и анимация: время отсчетов» рассматривается эта доцифровая технология создания движущихся изображений. Это также помогает проиллюстрировать саму идею дискретной выборки: знакомые нам «кадры» на дрожащей кинопленке на самом деле являются набором отсчетов.

Глаголы брать и создавать применимы и к фильмам. Классический фильм снимается камерой на реальных съемочных площадках. Классический анимационный фильм создается из рисунков нереального, несуществующего мира. Главная загадка обоих видов киноискусства — как и почему они вообще работают? Как последовательность неподвижных кадров передает одновременно движение и эмоции? Теорема отсчетов помогает по крайней мере объяснить, как устроено движение. Первые цифровые фильмы, такие как «История игрушек», — прямые наследники классических анимационных фильмов.

Восход и сияние Цифрового Света

История Цифрового Света слишком обширна, чтобы охватить ее в одной книге, поэтому нужно выбрать, на чем конкретно сосредоточиться. В этой книге я расскажу о Цифровом Свете от первых пикселей в середине ХХ века до первых цифровых фильмов в начале нового тысячелетия. Неудивительно, что я решил написать о конкретных технологиях, людях и событиях, знакомых мне по личному опыту. Я родился до появления компьютеров — и пикселей, — и моя карьера в основном связана с созданием первых цифровых фильмов. Пройденный мною путь поможет объяснить, как Цифровой Свет стал универсальным явлением нашей жизни, поскольку компьютерные игры и виртуальная реальность не так уж далеки от цифрового кино.

В трех главах третьей части рассказывается, что происходило с Цифровым Светом после его восхода (который описан в главе 4) и появления первых пикселей в середине ХХ века. Закон Мура 1965 года четко разделяет историю Цифрового Света на две эпохи: Эпоху 1,