Первые дисплеи
За компьютерной графикой стоят электротехника, электроника и телевидение в том виде, какой эти области имели в первой половине XX века. Экраны показывали изготовленные изображения и раньше. Братья Люмьер с 1895 года применяли каше для спецэффектов в фильмах. Те показы были ограниченны и не были интерактивными. Ничто из сделанного в комнате не меняло изображение, если не считать ухода.
Первую электронно-лучевую трубку, трубку Брауна, изобрели в 1897 году. От неё пошли осциллограф и военный пульт управления, более прямые предки этой области. То были первые двумерные электронные дисплеи, которые отвечали на программу или на ввод человека. И всё же вплоть до 1950-х компьютерная графика едва ли была дисциплиной. Она возникла после войны из университетской и лабораторной работы над более развитыми компьютерами и из военной работы над радиолокацией, авиацией и ракетным делом. Те проекты давали больше сведений, чем мог показать ряд циферблатов. Чтобы с этим справиться, строили новые дисплеи, и дисциплина явилась вместе с ними.
Whirlwind, световое перо, партия в теннис
Ранние проекты вроде Whirlwind и SAGE сделали электронно-лучевую трубку пригодным дисплеем и способом взаимодействия и ввели световое перо как устройство ввода. Дуглас Т. Росс на системе Whirlwind SAGE написал небольшую программу, которая схватывала движение его пальца и показывала на индикаторе вектор этого движения, имя, которое он обвёл. Демонстрация скромная. В ней же вся идея, одним жестом: рука движется, машина записывает путь, экран путь показывает.
В 1958 году Уильям Хигинботам собрал Tennis for Two в Брукхейвенской национальной лаборатории, чтобы развлекать посетителей. Игра шла на осциллографе и имитировала теннисный матч. Это одна из первых интерактивных игр с изображением, которое можно было узнать и в которое можно было играть. В 1959 году, всё ещё в MIT, Росс работал над тем, как обращать математические формулировки в трёхмерные траектории инструмента для станка. По ходу этой работы он поместил на экран индикатора персонажа мультфильма Disney. Серьёзная задача и картинка уже делили одну машину.
В 1957 году Hewlett-Packard вышла на биржу, будучи учреждена десятилетием раньше, и связи основателей со Стэнфордом были крепки. Эта связь входит в то, как южная часть залива Сан-Франциско стала местом, которое позже назвали Кремниевой долиной. Компьютерная графика выросла рядом с аппаратным делом, не в стороне от него. Изображению нужен был дисплей, дисплею нужны были схемы, а схемы были товаром.
Sketchpad
В 1959 году TX-2 построили в Лаборатории Линкольна при MIT, с набором новых способов, какими человек и машина могли встретиться. Световым пером можно было рисовать на компьютере. Sketchpad Айвена Сазерленда собрали на этой машине около 1962 года и показали в 1963 году. На эту программу указывают до сих пор. Пером можно было рисовать простые фигуры, сохранять их и вызывать обратно.
В кончике пера сидел маленький фотоэлемент. Он испускал импульс всякий раз, когда электронная пушка экрана стреляла прямо в него. Импульс сличают по времени с текущим положением пушки, и место пера становится известно. Компьютер может тогда нарисовать там курсор. Приём прост, а решал он задачу, которая выглядела неловко. Экран это движущаяся точка света, не поверхность, к которой можно прикоснуться, так что вопрос «где перо» приходится задавать во времени, а не в месте.
Sketchpad изменил и то, чем был рисунок. Когда нужен квадрат, четыре линии не приходится вынянчивать, пока они не сойдутся. Называют прямоугольник, его место и размер. Программа строит его сама. Ещё лучше то, что программа Сазерленда моделировала сами предметы, а не готовую картинку. При модели автомобиля можно было изменить размер шин, не задевая остального автомобиля, или растянуть кузов, не деформируя шины. Немалая часть позднейших программ рисования до сих пор обналичивает этот чек. Идеи две: ограничения и модель вместо законченного следа. Трёхмерная графика начинается со второй. Sketchpad III Тимоти Джонсона в том же году показывал перспективный вид рядом с видами сверху, спереди и сбоку, в виде интерактивных каркасных моделей. Скрытые рёбра оставались видимыми. По данным изображение было трёхмерным. На плоской трубке это всё ещё была путаница линий.
Имя, игра, компания
В 1961 году Стив Рассел, тоже студент MIT, написал Spacewar! для DEC PDP-1. Копии разошлись к другим владельцам PDP-1. Экземпляр оказался и у самой DEC, и инженеры гоняли игру как диагностику на каждой новой машине перед отгрузкой. Продавцы научились включать её для заказчиков и называть первой в мире видеоигрой. Теннис Хигинботама опередил её почти на три года, но теннис остался внутри лаборатории. Spacewar! уезжала вместе с компьютером.
Около 1961 и 1962 годов в Кембриджском университете Элизабет Уолдрам написала программу для вывода радиоастрономических карт на электронно-лучевую трубку. Изображение не было игрой и не было мультфильмом. Это был выход научного прибора, нарисованный потому, что у таблицы чисел была не та форма, какой требовал вопрос. В 1963 году Э. Э. Зайак в Bell Telephone Laboratories сделал на IBM 7090 фильм о том, как можно менять ориентацию спутника, пока тот обращается по орбите. Кен Ноултон, Фрэнк Синден, Рут А. Вайс и Майкл Нолл работали в той же лаборатории. Фильм Синдена Force, Mass and Motion иллюстрировал законы Ньютона. В Радиационной лаборатории Лоуренса Нельсон Макс делал фильмы о вязкой жидкости и об ударных волнах. Boeing сделал фильм о вибрирующем самолёте. Ранний показной ролик этой области оказывается роликом людей, которые объясняют физическую систему тому, кто не станет читать уравнения.
В начале 1960-х Пьер Безье в Renault применял кривые Поля де Кастельжо, теперь называемые кривыми Безье, чтобы моделировать автомобильные кузова. Кривые труднее хорошо начертить, чем многоугольники. Из них же, по существу, состоит кузовная панель. Немалая часть позднейшего моделирования опирается на эту цеховую математику.
Компании появились быстро. К середине 1960-х среди активных были TRW, Lockheed-Georgia, General Electric и Sperry Rand. IBM ответила графическим терминалом 2250, первым графическим компьютером, поступившим в коммерческую продажу. В 1966 году Ральф Бэр в Sanders Associates придумал домашнюю игру, которую Magnavox позже продавала под именем Odyssey. Игра была проста, и электроника была дёшева. Игрок мог двигать по телевизору точки света. Это было первое потребительское изделие области.
Дэвид Эванс с 1953 по 1962 год был директором по инженерии в компьютерном отделении Bendix, затем приглашённым профессором в Беркли, и его занимало, как встречаются компьютеры и люди. В 1966 году Университет Юты нанял его поставить программу по компьютерным наукам, и графика стала его главным предметом. На протяжении 1970-х кафедра стала главным исследовательским центром области.
В 1966 году Сазерленд построил первый нашлемный дисплей, управляемый компьютером. Он показывал два каркасных изображения, по одному на каждый глаз, так что зритель видел сцену в стерео. Аппаратура, которая держала дисплей и устройство слежения, была достаточно тяжела, чтобы её назвали Дамокловым мечом, по очевидной причине. Нашлемный дисплей, нацеленный на виртуальную реальность, был запатентован ещё в 1960 году. Именно машину Сазерленда вёл компьютер, и изображение на ней строили как графику. Он перешёл из MIT в ARPA, затем в Гарвард, и в 1967 году Эванс привёз его в Юту.
В 1968 году Эванс и Сазерленд основали первую компанию, целиком занятую аппаратурой компьютерной графики. Сазерленд хотел поместить её в Кембридже, штат Массачусетс. Победил Солт-Лейк-Сити, потому что исследовательская группа была там. В том же году Артур Аппель в IBM в Йорктаун-Хайтс описал первый алгоритм бросания лучей, начало семейства методов, которые ведут свет от источника к поверхности и в камеру. В 1969 году Association for Computing Machinery учредила SIGGRAPH, группу по специальным интересам в этой области. Первая ежегодная конференция прошла в 1973 году. Там до сих пор спорят о большой части опубликованной работы.
Ещё два имени принадлежат этим годам, потому что работа конкретна. Джек Брезенхэм в 1962 году предложил алгоритм линии, который до сих пор носит его имя, а позже алгоритм окружности по средней точке. Он провёл 27 лет в IBM, а затем преподавал в Уинтропе. Чарльз Цури сделал в 1964 году то, что считают первым компьютерным искусством. А. Майкл Нолл с 1962 года делал цифровое искусство, намеренно пользуясь случайными процессами, и в 1965 году он, Фридер Наке и Георг Неес первыми показали компьютерное искусство публично. В апреле того года галерея Говарда Уайза показала работы Нолла рядом с узорами из случайных точек Белы Юлеша. Первое десятилетие области уже вмещало игру, индикатор вооружения, автомобильный кузов, спутник и стену галереи. Картинки, которую в большинстве домов узнали бы как вышедшую из компьютера, в нём ещё не было.