Twoja wyszukiwarka

DOMINIK SZCZERBA
SZTUKA I KOMPUTER
Wiedza i Życie nr 5/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 5/1997

DLA WIELU Z NAS NIE MA NIC BARDZIEJ NIEDORZECZNEGO OD TEGO ZESTAWIENIA. KOMPUTER JAWI SIĘ NIEKTÓRYM JAKO BEZDUSZNA MASZYNA, KTÓRA NIE MOŻE I NIE POWINNA MIEĆ NIC WSPÓLNEGO Z "CZYSTĄ" I UDUCHOWIONĄ TWÓRCZOŚCIĄ.

Tymczasem nikt inny, jak właśnie sami artyści coraz częściej sięgają po tę maszynę jako narzędzie swojej pracy. Zasadą prawdziwej sztuki jest bowiem to, że rysować można nawet palcem po brudnej szybie, jeżeli tylko robi się to dobrze. A komputer jest o wiele wygodniejszym narzędziem niż brudna szyba...

Zaczęło się bardzo niewinnie. Pamiętam, jak w 1985 roku pojawił się legendarny już dziś "Boing" - jeden z pierwszych programów na Amigę, przedstawiający płynny ruch kolorowej piłeczki, odbijającej się od zielonej siatki. Jak na owe czasy grafika była porażająco realistyczna - osoby, które to widziały, wiedzą o co mi chodzi. Realistyczne cienie piłeczki w połączeniu z doskonałej - też na owe czasy - jakości dźwiękami, wydobywającymi się z komputera, wywierały piorunujące wrażenie.

W rok później pewien Amerykanin nazwiskiem Ormandy prezentuje króciutką animację pt. "We Built a City" ("Zbudowaliśmy miasto"), w której widać obraz z kamery przelatującej przez miasto złożone z prostych brył geometrycznych. Jeszcze w tym samym roku Allen Hastings robi (również na Amidze), używając oprogramowania "własnej roboty", kilka krótkich filmików, ukazujących piłkę, dom oraz samochód. Pod koniec 1986 roku powstaje animacja pt. "The Juggler" ("Żongler"), przedstawiająca złożoną z kulek postać stojącą na szachownicy i żonglującą kilkoma piłeczkami o lustrzanych powierzchniach, w których odbija się otoczenie (szachownica). Szokująca była liczba kolorów, w jakiej Eric Graham stworzył owe dzieło - 4096, w porównaniu z czarno-białą grafiką ówczesnych Macintoshów i czterokolorową toporną grafiką IBM PC było to osiągnięcie zwalające z nóg.

Jak grzyby po deszczu zaczęły pojawiać się komercyjne programy komputerowe, wspomagające tworzenie takich właśnie, trójwymiarowych animacji. Gorączka trójwymiarowej grafiki rozpoczęła się i trwa do dzisiaj.

Zasada działania tych programów jest niezwykle prosta. Diabeł - jak zwykle - siedzi w szczegółach, ale nie o nich chciałbym dziś pisać. Technikę generowania trójwymiarowych obrazów zwykło się nazywać raytracingiem, co oznacza dosłownie "śledzenie promieni". Jest to świetny termin, kwintesencja tej techniki. Aby ją zrozumieć, nie trzeba wcale kończyć wyższych studiów informatycznych, wystarczy odrobina wyobraźni w momencie, kiedy zastanawiamy się, w jaki sposób... widzimy! Tak, to wystarczy!

Weźmy do ręki jakąś rzecz, np. jabłko. Jak to się dzieje, że je widzimy? Dzieje się tak, ponieważ światło słoneczne dociera do pokoju, w którym przebywamy, odbija się od powierzchni jabłka i wpada do naszych oczu, gdzie jest rejestrowane przez siatkówkę. Jak wiemy, światło dzienne (zwane też naturalnym lub białym) tak naprawdę jest mieszaniną wszystkich barw tęczy. To, że jakaś powierzchnia ma swój kolor, oznacza dokładnie to, że właśnie tylko ta barwa światła pozostaje po odbiciu się od niej promieni światła - reszta zostaje pochłonięta. Jabłko widzimy jako czerwone, bo wszystkie inne kolory oprócz czerwonego zostają pochłonięte przez jego powierzchnię - do naszych oczu dociera więc tylko kolor czerwony. Oczywiście, jabłko nie jest jednolicie czerwone, więc do naszych oczu docierają różne odcienie kolorów.

Zwykło się potocznie mówić: "kolor czarny", "kolor biały", a przecież nie ma takich kolorów! Kolor biały to - jak wspomniałem - mieszanina wszystkich barw, a czarna powierzchnia to taka, która nie odbija żadnej ze składowych światła białego, tylko pochłania je wszystkie.

Stąd niemożliwe jest istnienie na przykład czarnego lustra, ponieważ lustro z definicji odbija całość światła nań padającego.

Dobrze, ktoś zapyta, a co będzie, gdy oświetlimy idealnie niebieskim światłem idealnie czerwony przedmiot? Zastanówmy się: światło niebieskie nie jest mieszaniną żadnych składowych, żadna więc jego część nie może zostać pochłonięta. Światło takie może się albo odbić w całości, albo zostać w całości pochłonięte. Czerwona powierzchnia pochłania wszystkie barwy oprócz swojej własnej, czyli czerwonej, którą właśnie odbija. Ale nie ma światła czerwonego w świetle niebieskim, więc powierzchnia nie będzie miała czego odbić i... przedmiot będzie niewidoczny! Oczywiście, zdarzyłoby się to tylko wówczas, gdyby światło było idealnie niebieskie, a przedmiot idealnie czerwony, co oczywiście nigdy się nie zdarza. Zwykle efekt jest taki, że kolory są przekłamane, po prostu nieprawdziwe. Wiedzą o tym wszystkie osoby kupujące ubrania. Wolą one oglądać kupowane rzeczy właśnie w świetle dziennym, a nie np. żółtym czy fioletowym, jakie dają niektóre oświetlenia w sklepach.

Dalej, należy zauważyć, że różne przedmioty charakteryzują się różnymi własnościami fizycznymi swoich powierzchni. I tak: lustro odbija światło i kartka papieru odbija światło. Jednak w lustrze można się przejrzeć - a w kartce papieru nie. Dlaczego? Chodzi oczywiście o stopień rozpraszania światła - powierzchnie gładkie odbijają promienie świetlne pod takimi samymi kątami, powierzchnie chropowate zaś (papier jest bardzo chropowaty w porównaniu ze szkłem czy metalem) odbijają je pod kątami przypadkowymi, rozpraszając je.

Powierzchnie przedmiotów mogą się jeszcze charakteryzować przezroczystością - co ma wpływ na natężenie światła obserwowanego po przejściu przez taką powierzchnię. Z istnieniem ciał przezroczystych (całkowicie lub częściowo) wiąże się współczynnik załamania światła - promień światła w czasie przechodzenia przez granicę różnych ośrodków przezroczystych (np. wody i powietrza) załamuje się. Każdy spotyka się z tym zjawiskiem podczas... picia herbaty, kiedy to odnosi się wrażenie, że zanurzona w szklance łyżeczka jest złamana lub krótsza.

Istnieje jeszcze wiele aspektów fizycznych, które trzeba uwzględnić, ale podane wyżej to w zasadzie wszystko, co nam będzie potrzebne, choć w dużym uproszczeniu. Do tego dochodzi wiele problemów technicznych, jednak idea jest cały czas taka sama.

Nic nie stoi na przeszkodzie, aby to wszystko zasymulować na komputerze. Dlaczego by nie stworzyć sztucznego jabłka i sztucznego słońca - i nie kazać komputerowi wyliczyć obraz, jaki powstałby przy identycznych warunkach w rzeczywistości? Cała sztuka - i to niemała - polega na tym, aby te wszystkie założenia przetłumaczyć na język zrozumiały dla komputera i umożliwić mu komunikację z wydającym polecenia człowiekiem. To zadanie dla programistów, ludzi, którzy najlepiej potrafią się "dogadać" z komputerem.

Wynikami ich pracy są komercyjne programy komputerowe, służące do generowania realistycznych obrazów osobom nie mającym najmniejszego pojęcia o tym, w jaki sposób powstał program, na którym pracują. To trochę tak, jak z samochodem i kierowcą: aby prowadzić samochód, nie trzeba znać budowy silnika i zawieszenia (choć przy polskich samochodach i polskich drogach byłoby to wskazane...).

Proste programiki, o których wspomniałem na początku artykułu, rozpoczęły pracę w tym właśnie kierunku. Od tego czasu upłynęło ponad 10 lat, co zaowocowało olbrzymim postępem. Obecnie na rynku dostępne są profesjonalne programy, służące do generowania niezwykle realistycznych obrazów czy nawet całych filmów. Są to zarówno programy tańsze (co nie znaczy, że tanie!), jak drogie programy-kombajny, na zakup których nie stać nawet stacji telewizyjnych; ba, całych wytwórni filmowych.

Ale efekty, jakie oferują nawet te tańsze programy, mogą przyprawić o zawrót głowy swoim realizmem. W zasadzie każdy szanujący się tego typu program oferuje narzędzie do tworzenia samych obiektów oraz narzędzie do ich animowania. Można tworzyć najrozmaitsze obiekty, nadawać im pożądane cechy fizyczne (przezroczystość, kolor, rozproszenie), nakładać na nie tekstury (co pozwoli np. w łatwy sposób uzyskać efekt chropowatego kamienia czy marmuru, owinięcia przedmiotu w papier etc.), definiować tory, po jakich mają się poruszać, określać ich prędkość, przyspieszenie i wiele, wiele innych rzeczy. Efektem jest duża realistyczność obrazów - można np. uzyskać efekt rozszczepienia światła, czy całkowitego wewnętrznego odbicia. Dzięki zastosowaniu technik fraktalnych (patrz: Fraktalne oblicze natury, "WiŻ" nr 10/1996) można tworzyć realistyczne, niemal naturalne obiekty - jak ogień, woda, eksplozje, drzewa, chmury, włosy, deszcz etc. Dzięki technice zwanej Inverse Kinematics możliwe jest łatwe animowanie całych skomplikowanych struktur, np. ruchu robota (mało kto wie, że popularny Robocop, to nie makieta, a w całości dzieło komputera).

Dzięki tej możliwości wystarczy określić ścieżki ruchu tylko dla stóp i dłoni robota, aby połączone z nimi pozostałe elementy automatycznie poruszały się same, z zachowaniem realizmu, tak jakby były połączone w stawach. Można też uwzględniać prawa fizyki, jak np. grawitacja i zderzenia (sprężyste lub nie). Można ustawić garść metalowych kulek metr nad najwyższym stopniem schodów, a komputer sam realistycznie odtworzy przebieg zjawiska ich spadania. My będziemy tylko z podziwem patrzeć, jak kulki spadają na coraz niższe schody, odbijając w swoich srebrzystych powierzchniach otoczenie...

Możliwości jest bardzo dużo, a na dodatek programy te wciąż się rozwijają - i na razie nic nie wskazuje, że rozwój ten miałby się zatrzymać. Wyższa cena programu z reguły idzie w parze z większą wygodą pracy (choć nie zawsze, jak to na rynku bywa) i zwiększonymi (głównie przez tę wygodę) możliwościami.

A co do jakości generowanych przez programy tego typu obrazów - proszę spojrzeć na zamieszczone w artykule grafiki: mówią same za siebie.

Trzeba uczciwie powiedzieć - na początku była tylko czysta zabawa. Lub przynajmniej taką się jawiła w oczach ludzi spoza "branży". Dziś - grafika komputerowa, to poważna dziedzina nauki i przemysłu. Z pozornej dziecinady przekształciła się w poważną dziedzinę informatyki i... sztuki właśnie.

Dlaczego sztuki? Dlatego, że rola programisty kończy się wraz z napisaniem programu. Teraz przed komputerem siada człowiek, który ma stworzyć dzieło - animację czy obraz. To nie sztuka wziąć kilka kulek, poustawiać je byle jak, i tym się chwalić.

Grafika komputerowego obowiązują (a raczej powinny obowiązywać) te same zasady, co wszystkich artystów. A więc przede wszystkim pomysł - komputer wraz ze skomplikowanym oprogramowaniem jest tylko narzędziem, środkiem wyrazu, techniką nie gorszą i nie lepszą od dłuta, pędzla czy gliny.

Nie widzę powodu, dla którego wykonany na komputerze przez dobrego grafika krajobraz czy inny ciekawy obiekt miałby być uznawany za - w jakimkolwiek sensie - gorszy od np., uważanej bez dyskusji za dzieło sztuki, fotografii artystycznej. Osobom myślącym inaczej polecam wystawy takiej twórczości - informację o nich, jak również zwycięskie dzieła, można znaleźć w Internecie.

Możliwości zastosowań takiej grafiki jest mnóstwo. Chyba pierwsze skorzystały z nich telewizja i rozrywka, jako - nie kryjmy o co faktycznie chodzi - najbardziej nastawione na komercję i najlepiej płacące twórcom. Telewizje zachodnie rozumieją doskonale, że widza w znacznym stopniu przyciąga odpowiednia oprawa graficzna i dlatego starają się uatrakcyjniać wszystkie programy ciekawymi trójwymiarowymi animacjami. W Polsce takie myślenie też jest już widoczne, jednakże - oględnie mówiąc - z różnymi rezultatami...

Kino, zwłaszcza science fiction, opanowało już perfekcyjnie technikę tworzenia obrazu animowanego. Wszystkie nowe filmy tego typu są uatrakcyjnione wspaniałymi, "nieziemskimi" krajobrazami, pięknymi, ogromnymi statkami kosmicznymi, wspaniałymi efektami walk robotów, eksplozji itp. Do stworzenia i ożywienia dinozaurów z "Jurassic Park" posłużyły właśnie komputery (Zabawa w obrazki, "WiŻ" nr 9/1996), między innymi z tego typu oprogramowaniem. Trudno byłoby też nakręcić "Robocopa", używając makiety. Nikt też oczywiście nie buduje olbrzymich makiet krążowników międzygalaktycznych. Trudno byłoby także uzyskać efekty podziwiane w filmie "Terminator" oraz "Terminator II" inaczej niż na komputerze.

W zasadzie nie jest możliwe obecnie powstanie filmu akcji bez pomocy komputera. Teraz już nikt "nie kupi" wyraźnie rozpoznawalnych makiet i atrap, lipnych fotomontaży oraz jawnych oszustw podczas kręcenia efektów specjalnych. Tak, dzisiejsze kino to perfekcja formy... i przeważnie tylko formy. Wielka szkoda, ale to całkiem inna historia.

Rozrywka jest olbrzymim i bogatym przemysłem. Nic dziwnego, że szybko zaadaptowała nowe techniki graficzne do swoich potrzeb. Jakiś czas temu na rynku gier komputerowych pojawiła się na przykład gra "Rise of the Robots", w której gracz kieruje małymi postaciami walczących robotów. Abstrahując od wartości wychowawczej takich gier i tego, czy moralne jest ciągłe tworzenie fabułek opartych na przemocy i zabijaniu (nawet jeśli chodzi tylko o roboty), trzeba uczciwie pochwalić trójwymiarowe, bardzo realistyczne animacje postaci robotów, do których wykonania zatrudniono najlepszych grafików komputerowych.

Jak wspomniałem, wielu plastyków i grafików używa komputera jako narzędzia pracy. Kierują się oni tym, że daje on praktycznie nieograniczone możliwości tworzenia i modelowania, ograniczeniem jest tu tylko wyobraźnia artysty. Ma on wolną rękę, nie musi się martwić, skąd weźmie potrzebny materiał lub jak zrobi ten czy inny obiekt - może się skupić na samym akcie twórczym. O pogranicze sztuki ociera się także wzornictwo przemysłowe. O wiele łatwiej - a przede wszystkim taniej - jest wykonać model obiektu na komputerze niż w rzeczywistości i zmieniać go tylko w pamięci maszyny.

Innym przykładem zastosowań takiej grafiki, zwłaszcza w formie animacji, są różnego rodzaju prezentacje. Dla przykładu: można na ekranie komputera prezentować różne skomplikowane zjawiska fizyczne, co ma duże walory edukacyjne. Studentom chemii można pokazywać komputerowe symulacje skomplikowanych molekuł, studentom fizyki ewoluujące układy wielu ciał itp. Archeologom można pokazać film - rekonstrukcję jakiejś starej osady odkrytej przez badaczy.

Wszystko to, co napisałem powyżej, brzmi wprost idyllicznie. Siada się do komputera, tworzy odpowiednią animację czy film i problem z głowy, a pieniądze w kieszeni. Czy to wyczerpuje temat?

Sam zajmuję się tworzeniem tego typu grafiki i animacji. Dostrzegam pewne zagrożenie w stworzonych mi przez komputer możliwościach. Bardzo często zdarza się, że animacje i grafiki komputerowe stają się dziełem samym w sobie i dla siebie. Grafika jest uznawana za wspaniałą tylko dlatego, że jest kolorowa, dobrej jakości rzemieślniczej, gotowa do transmisji "na antenę" lub "na ekran".

Natomiast często zbyt mało uwagi poświęca się poziomowi artystycznemu grafiki, który bywa przecież żenujący; wystarczy pooglądać niektóre reklamy w polskich telewizjach czy tzw. oprawy dnia.

Coraz częściej też powstają filmy w gruncie rzeczy puste, bez żadnej treści czy przesłania intelektualnego, zawierające same tylko efekty komputerowe. Przeraża, że dziś wystarczy zatrudnić specjalistów od grafiki komputerowej, aby stworzyć światowy hit i zbić fortunę.

Cóż, komputer nie uwalnia od głupoty.

Część grafik wykonana została przez autora

Autor jest doktorantem w Instytucie Cząstek Elementarnych na ETH w Zurychu. Obecnie przebywa w Amsterdamie, gdzie pracuje w grupie, przygotowującej eksperyment z dziedziny cząstek elementarnych. Zainteresowanych kontaktem podajemy adres elektroniczny. E-mail:domi@nikhef.nl