Acemi bölümünün bu ilk yazısında 3D kavramına ve tarihçesine göz
atacağız. özellikle 3D yazılımlarının geçmişi birçok kişinin ilgisini
çekecektir.

3D Nedir ?

[You must be registered and logged in to see this image.]

En, boy ve derinlik X-Y-Z

"3 Dimensional" kelimelerinin baş harflerinden oluşur. Türkçesi "3 boyutlu" anlamına gelir.

Günümüzde mimari ve mekanik gibi endüstri sektörlerinde, tıbbi
alanlarda ve hepimizin yakından tanıdığı bilgisayar oyunlarında ve
filmlerde 3 boyut terimi kullanılmaktadır. Elbette 3 Boyut kavramını
birkaç cümle ile açıklamak mümkün değil. fakat yeni başlayan arkadaşlar
için şöyle özetleyebilirim: Normal resim programlarında yukarı-aşağı ve
sağa-sola doğru fare hareketleri ile çizim yaparız. 3 boyutlu
programlarda ise buna derinlik kavramı da eklenerek 3. boyutu meydana
getirir. Aşağıdaki araba resmine bakarsanız bu resim tamamen 3 boyutlu
olarak çizilmiştir. çizim bittikten sonra arabayı hareket ettirmek.
sanal bir kamera ile içine girmek veya çeşitli açılardan bakmak
mümkündür.

[You must be registered and logged in to see this image.]

3 Boyutlu araba modeli (Asp!r!N)

Bilgisayarda 3 boyutlu olarak çizilen bir çalışma farklı açılardan
bakılarak çıktı alınabilir, endüstriyel üretimde kullanılabilir, mimari
hesaplamaları ve çizimleri kolaylaştırır, mekanik dayanım gibi zor
hesapları canlandırarak gösterebilir, tekne, araba ve uçak imalatı gibi
birçok hesap gerektiren konularda yardımcı olur. Sinemada hayali
yaratıkları gerçeğe dönüştürür. Bilgisayarımızda oyun olur ,eğlence
aracı olur.
( Gelecekte 3 boyut etkisini daha fazla hissettirecek
buna en yakın örnek olarak Windows vista`nın pencereler arası geçiş
özelliği verilebilir. )

[You must be registered and logged in to see this image.]

2 Boyutlu çizilmiş araba modeli (Sama)

Yukarıda 2 boyutlu olarak çizilmiş bir araba görüyorsunuz.
Burada görüntü gerçekliği açısından bir kıyaslama yapmayacağım fakat
bunları çizim süresi açısından kıyaslarsak 2 boyutlu araba 4-5 saat
gibi kısa bir sürede çizilmiş iken yukarıdaki 3 boyutlu araba nın
çizilmesi ise programı iyi bilen biri için bile haftalar sürebilir. 2
Boyutlu resim programında çizen biri sadece renklerle uğraşırken, 3
boyutlu çizim yapan kişi tüm detayları düşünmek zorundadır. Yüzeylerin
eğimi , yüzey rengi , yansımalar, kırılmalar gibi birçok detayı
hesaplaması gerekir. Tabii bunca emeğin karşılığında da istediği açıdan
görüntü alabilir ve gerektiğinde bu arabayı hareketlendirebilir.

Yeni başlayan arkadaşlar eminim şimdi "hemen araba çizeyim. gaza basıp, lastik yakayım, duman attırayım"
diyordur. Ama işin çizim boyutu bu kadar eğlenceli değil, en azından
biraz ustalaşana kadar eğlenmek yerine komutlarla boğışmanız kaçınılmaz
olacaktır. unutmayın ki 3D yazılımları bir oyun programı değildir. işin en eğlenceli kısmı:
günlerce uğraştıktan sonra bitmiş modelinizin karşısına geçip bakmak
olacaktır, ve daha da güzeli çalışmanızı beğenen insanların görüşleri
olacaktır. eğer bir saat bile geçmeden eğlenmek istiyorsanız Need For speed
Oyun CD si aramaya başlayın ve bu işleri unutun. Çünkü 3D ile eğlenmeye
başlamanız için en azından 2-3 ay gerekir. Eğer iş için öğreniyorsanız
Para kazanmaya başlamanız için de 2-3 ay daha zaman gerekir.

[You must be registered and logged in to see this image.]

3 Boyutlu araba modeli (Asp!r!N)

Şimdi 3D`nin tarihçesine bakalım. ve hangi sektörlerde nasıl ortaya çıkmış bunları görelim:



3D`nin Tarihçesi

CGI (computer generated imagery) : Bilgisayarla hazırlanmış resimler

( Tarihçede özellikle bizim için önemli bölümleri aldım, detay isteyenler en aşağıdaki linklerden inceleyebilir. )

CG Tarihine baktığımızda 1950`li yıllarda bilgisayarların güçlenmesi
ile ortaya çıkan bu terimin başlarda uçak endüstrisinde kullanıldığını
görüyoruz. 1951 de uçuş simulasyonu için kullanılan ilk yazılım, sadece
bir osiloskop ekranında yazılar ve grafikler gösteriyordu ama bunun
gerçek zamanlı ilk yazılım olduğu söylenebilir. ( Airplane Stability
and Control Analyzer ) Daha sonra askeri havacılıkta kullanılmak üzere
geliştirilen sistemler bugünkü grafik sistemlerinin ilk atalarını
oluşturmuştur.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Işın tabancası ile hedefi işaretleyen bir asker

Bu gelişme aşamalarında en çok göze çarpan kurumlardan biri
Massachusetts Teknoloji Enstitüsüdür (Massachusetts Institute of
Technology, MIT).
1960`da bu üniversitede John McCarthy yeni bir
programlama dili geliştirdi. Lisp (List Processing) isimli bu dil
farklı çeşitleri ile hala kullanılmaktadır.

1960 ta Boeing uçak firmasında çalışan William Fetter ilk defa
Bilgisayar Grafiği ( Computer Graphics ) terimini ünvan olarak
kullanmıştır ve uçak firmasında yaptığı iş de tam olarak buydu. Fetter
ergonomi üzerine tasarımlar yapıyordu ve o dönemde çizdiği insan figürü
firmanın sembolü olmuştu.

[You must be registered and logged in to see this image.]
William Fetter `in "ilk insan" ı , birçok kişi bu resmi "Boeing adamı" olarak bilir.

ilk CG filmi

John Whitney ,
bilgisayar grafiğinden bahsedilirken hatırlanması gereken bir isim,
1950 li yıllarda Whitney üzerinde çalıştığı bir proje için eski bir
uçaksavar satın alarak bunu modifiye etmiş ve üzerine bir kamera
yerleştirerek bununla farklı görüntüler elde etme yoluna gitmiştir.
onun bu çalışması birçok film kuruluşu ile işbirliği yapmasını
sağlamıştır. 1960`ta Motion Graphics firmasını kurduktan sonra Alfred
Hitchcock`un Vertigo isimli filminin açılışında bu analog cihazı
kullanmıştır. Kurduğu firma filmlerin giriş bölümünde ve reklam
sektöründe hizmet vermekteydi. 1960 lı yıllarda IBM firmasından destek
aldı ve bu dönemde IBM programcıları ile grafik araçlarının
güçlendirilmesi için bir yazılım dili üzerinde çalıştı. daha sonra MIT
için gelişmiş görsel eğitim konusunda görev yaptı. ve UCLA fakültesinde
birçok öğrenciye animasyon konusunda ders verdi. Onun Digital Harmony
isimli filmi 1984 Siggraph gösterimine dahil edildi. onun temel
felsefesi şuydu "Bu ahenk sadece müzikte değil görsellikte ve hayatta
da bulunur." Whitney 1995 te öldü.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Whitney ilk bilgisayar grafik motoru ile birlikte

İlk 3d Yazılımı

Ivan Sutherland, grafik kullanıcı arabirimi ve etkileşimli
bilgisayar grafiği konusunda "büyükbaba" olarak kabul edilebilir. 1963
te yazdığı Sketchpad isimli program kullanılarak etkileşimli çizim
yapılabiliyordu ve onun bu çalışması grafik ortamını askeri boyuttan
kurtarıp mühendislik ve dizayn boyutuna taşıdı. Bu yazılım 2000:1
boyunda çizim alanı sunmaktaydı. Objeleri hafızada depolama, zoom, ve
esnek bant çizimi gibi özellikleri bulunmaktaydı, köşeleri ve eklemleri
mükemmel çizebiliyordu. Bu terim o dönemde kullanılmıyor olsa da bu ilk
Grafik arabirim sayılabilirdi.

[You must be registered and logged in to see this image.]

1964 Sketchpad ile çizilmiş araba

[You must be registered and logged in to see this image.]

Sutherland Sketchpad ile çizim yaparken

İlk Oyun

1961 de MIT`de genç bir
programcı olan Steve Russell ilk bilgisayar oyununu yapan takıma
öncülük ediyordu. oyunu yazmaları 200 saat kadar sürdü. Oyuna Spacewar
adını verdiler. kullandıkları PDP-1 isimli bilgisayarın işletim sistemi
aynı anda birden fazla kişinin bilgisayarı kullanmasına olanak
veriyordu ve bu spacewar oynamak için mükemmeldi. oyunda iki uçak
birbirine ateş ederken aynı zamanda güneşin çekim gücüne de karşı
koyması gerekiyordu. Russel daha sonra Stanford Universitesine transfer
edildi. Burada mühendislik öğrencisi Nolan Bushnell`e bu programı
anlattı. Nolan buradan yola çıkarak ilk jetonlu bilgisayarı yaptı ve bu
Atari Computers firmasının başlangıcı oldu.

[You must be registered and logged in to see this image.]

1961 - Spacewar, hemde multiplayer

1960`larda DEC firması fiyat performans açısından IBM in 18-bit
makinasından daha aşağısını hedefliyordu. 1964 `te DPD-8 isimli 12-bit
kelime işlemciyi tanıttılar. bu nispeten daha küçüktü ve 16000 $ a
satıldı. böylece son kullanıcılar için büyük bilgisayarlara göre iyi
bir alternatif olmuştu. yeni yazılım ve donanım deneyimi ile birçok
küçük grafik laboratuvarı bu bilgisayarı alabilecekti. şüphesiz PDP
serisindeki en önemli bilgisayar PDP-11 olmuştu, 16 bit işlemci ve
ASCII sistemi ile hala kullanımda olan standartlar getirmiştir. Birçok
işletim sistemini destekliyor olsa da en önemlisi Bell Laboratuvarının
yeni UNIX sistemi eğitim kurumları için üretilmişti. 1976 `da DEC
tamamen 32 bit platforma geçmeye karar verdi.

[You must be registered and logged in to see this image.]
solda: 1981 VT-100 bilgisayarı ,	sağda: Hafıza diski = 2,2 Mb

ilk Cad Yazılımı

1959 başlarında General
Motors ve IBM birlikte bilgisayar destekli bir dizayn ortamı oluşturmak
üzere çalışmaya başladı. Orjinal adı "Digital Design" olan bu
çalışmanın adı daha sonra DAC olarak değiştirildi ( Design Augmented by
Computer) , Bunun tarihteki ilk CAD sistemi olduğu söylenebilir. Bu
sistemle geometrik cisimlerin değiştirilmesi , döndürme ve zoom,
görünüm dışı bırakma(Clipping) gibi özellikleri vardı. bu program
ışıklı kalemle kullanılıyordu. DAC görsel konsolu IBM 7094
bilgisayarına bağlıydı. Aynı dönemde farklı firmaların grafik cihazları
üzerine yenilikleri olmuştur. örneğin Adage isimli sistem tamamen Cad
üzerine kurulu bir sistemdi ve diğerlerine göre daha hızlı işlem
yapabiliyordu.

CAD= Computer-Aided Design ; Bilgisayar Destekli Tasarım

[You must be registered and logged in to see this image.]

IBM 2250 - 1960`lı yıllar, siz o zaman neredeydiniz

Buraya kadar saydıklarımız ; Bilgisayar Grafiği ve 3D için başlangıç
noktası sayılabilir. Askeri takip, Uçak sanayii, Film, Otomotiv, Oyun,
Mimari, Mühendislik... şimdi de bu dönemde önemli rol oynayan kurumlara
kısaca bakalım:





Cornell Universitesi (New York)

Bu üniversitedeki Grafik programını yürüten Donald P. Greenberg
ekibi ile birlikte bugün bile hala kullanılmakta olan birçok tekniğin
temellerini atmıştır. Kurulan labaratuvarın esas amacı gerçekçi ışık
hesaplamaları ile gerçek dünya ölçütlerinde görüntüler elde etmekti.
ünlü Lightscape render sistemi de Cornell araştırmalarının bir
sonucudur. Greenberg 1987`de ACM-SIGGRAPH tarafından bilgisayar
grafiklerine yaptığı destekten ötürü ödüllendirildi.

[You must be registered and logged in to see this image.]

1971 Cornell Universitesi (çizim:Donald Greenberg ve öğrencileri)

[You must be registered and logged in to see this image.]

1984 " Cornell Kutusu" ilk radiosity resmi kullanılan yazılım: Program of Computer Graphics

NYIT ( New York Institute of Technology )


Alex Schure, bilgisayar kullanarak uzun metrajlı bir animasyon
filmi yapmak istiyordu. 1974 te bir laboratuvar kurarak çalışmaya
başladı. en iyi bilgisayarları ve özel efekt cihazlarını satın aldı. Bu
konuda en yetenekli kişileri topladı , birçok uzmanla büyüyen ekip
sayesinde o dönemde birçok yazılım ve teknoloji konusunda öncülük
ettiler. Bu ekip fractals, morphing, image compositing, texture mapping
Mip-Map yaklaşımı gibi birçok önemli tekniği buldu. Bu ekipteki Ed Catmull ve
Lance Williams 1993 ve 2001 yılında (ACM-SIGGRAPH Coons) yaşam boyu
destek ödülü aldı. Williams 2002 de animasyon dalında Akademi ödülü
aldı. Garland Stern 2001 de " Cel Paint" sistemi sayesinde akademi
ödülü aldı. Alvy Ray Smith 1997 de Paint sistemi sayesinde Akademi
ödülü aldı. Ayrıca o dönemde Terminator ve The Abyss gibi filmlerde kullanılan "reflection mapping" tekinği de bu ekipteki bazı elemanlar tarafından geliştirilmiştir.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Michael Chou ve Reflection kaplamalı sanal arkadaşı

UNC (University of North Carolina)

1980 de bu fakültede, Grafik analiz merkezinde, 3d grafik için
bilgisayar mimarisini araştırmaya başladılar. Henry Fuchs ,Pixel-Planes
isimli bir projeye başladı. Burada geliştirilen yapı ile bugünkü tıbbi
sistemleri destekleyecek ultrason ve laparoskopik ameliyat
sistemlerinin temelleri atıldı. Fuchs 1992`de (ACM/Siggraph) bilgisayar
grafik alanında başarı ödülü aldı.

[You must be registered and logged in to see this image.]

laparaskopi yöntemi ile küçük bir delikten ameliyat.

Cal Tech (Computer Science Department)

1976 Robert Cannon tarafından kurulmuştur. beraberindeki gurup
tarafından fiziksel cisimlerin hesaplanmasında matematiksel yaklaşım
temelleri atılmıştır. David Immel ve Jim Kajiya tarafından geliştirilen
render formülü bugün gerçekçi render almakta kullanılan birçok yazılıma
ışık tutmaktadır. Kajiya ayrıca anisotropic yansıma ile ilgilenmiştir.
bunlar kumaş, saç ve kürk gibi cisimlerin yaptığı yansımalardır. bu
gibi konularda matematiksel yaklaşımlar geliştirmişlerdir.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Render equation - bakılan bir noktaya doğru x noktasından çıkan toplam ışık formülü

Yazarın Notu:

Aşağıdaki kaynak
linklerinde diğer üniversiteler hakkında bilgi ve daha kapsamlı tarihçe
bulabilirsiniz. tabii hepsi ingilizce. Dikkat ederseniz önemli
gelişmeler üniversitelerde ortaya çıkmış ve daha sonra bu gelişmeler
endüstriye ve iş hayatına yansımış. Bugün de aynı durum geçerlidir,
örneğin: son zamanlarda geliştirilmiş olan "Sub surface scattering (SSS)*"
render yöntemi Stanford Universitesi tarafından SIGGRAPH 2001 de
duyurulmuştur. Şu anda tüm render motorlarında bu sistem bulunmaktadır.
hiçbiri çıkıp bunu ben keşfettim diyemez ama sorduğunuzda "en iyi SSS
bizim yazılımda bulunuyor, en hızlısı ve en gerçekçisi bizde"
diyeceklerine emin olabilirsiniz.

* Sub surface scattering (SSS): Süt, Ten, mermer, kaşar peyniri, gibi ışığı geçiren yüzeyleri taklit etmekte kullanılır.



Tarih dersimizin bundan sonraki kısmı hangi yazılımın nasıl
geliştirildiği ile ilgili .Şimdi 3D ve CG terimlerini biliyorsunuz. ve
buradan sonra bizim hikayemiz başlıyor. şimdi hangi yazılımın nasıl
üretildiğine bakalım. tanınmış 3D yazılımların listesi için buradan
buyrun.

Yukarıdaki Çeviriler birebir yapılmamıştır. linklere bakarsanız
yazıların çok uzun ve teknik terimlerle dolu olduğunu görürsünüz. yeni
başlayan arkadaşlar için bilinmesi gereken temel konuları anlatırken
mümkün oldukça teknik terimlerden kaçınmaya çalışacağım. şimdilik
3D`nin çıkış noktalarını öğrenmeniz yeterli.


06.07.2008 Pazar
Necmi Demirkeser
Teknik Öğretmen



Kaynaklar:
http://design.osu.edu/carlson/history/lessons.html
http://hem.passagen.se/des/hocg/hocg_1960.htm
http://mag.awn.com/index.php?ltype=search&sval=digital%20harmony&article_no=719
http://design.osu.edu/carlson/history/html-files/cornell-awb.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_equation
http://www.siggraph.org


Ekleyen: drekon]