Kdybyste počátkem šedesátých let skládali dizertaci v oboru elektrotechniky a počítačových věd, koho byste chtěli mít jako školitele a oponenty? Co třeba Claude Shannon (v našem seriálu snad netřeba představovat), Marvin Minsky (tvůrce prvního HMD a legenda oboru AI) a Steven Coons (ten Coons, po němž je pojmenována cena udělovaná sdružením SIGGRAPH)? Právě tato trojice dohlížela na mladého doktoranda Ivana Sutherlanda, který na MIT dokončoval svou doktorandskou práci na téma počítačová grafika. Jejím výsledkem byl první grafický tablet, první program pro interaktivní kresbu a manipulaci s počítačovou grafikou a také první předchůdce grafického uživatelského rozhraní. Jako by jen jedno z toho nestačilo, aby se člověk v pětadavaceti stal legendou počítačové historie.
Když mi na konci léta 1960 Jack Raffel řekl, že v Lincolnově laboratoři řeší, jak udělat počítač „přístupnějším“ pomocí pokročilé technologie displejů, věnoval jsem tomu zpočátku malou pozornost. Bylo to ale zrnko, které začalo klíčit. Když jsem pak měl možnost pracovat na MIT s počítačem TX-O, seznámil jsem se blíže s možnostmi displejů a světelných per. A začal jsem přemýšlet o tom, že využití počítačů pro zaznamenání obrazců by mohlo být zábavné a užitečné. Koncem dubna 1961 jsem proto zašel za Wesley Clarkem, který měl na starosti počítačové aplikace ve Skupině 51 Lincolnových laboratoří a navrhl jsem, že bych použil TX-2 pro experimenty technikami kreslení na počítači. Clark byl nadšen a já měl štěstí, protože jak jsem později zjistil, řadu funkcí TX-2 navrhl právě s ohledem na možnost realizace nějakého takového projektu.
„History of Sketchpad“ z úvodní části doktorské práce Ivana Sutherlanda, 1963
Zahradník programátorem
Stavební výkresy, rýsovací prkno, tuš a pera – to bylo prostředí, ve kterém během čtyřicátých let vyrůstal malý Ivan, syna stavebního inženýra, který se se svou rodinou přestěhoval z amerického středozápadu na východní pobřeží. To že Ivan Sutherland nevyrůstal v rodné Nebrasce, mělo ale ještě důležitější důsledek: jako školák se seznámil s Edmudem Berkeleym, autorem první knihy o počítačích pro širokou veřejnost (Great Brains, or Machines that Think, 1949) a první „počítačové“ stavebnice pro amatéry nadšence – Simon – vybavené reléovou pamětí o velikosti 12 bitů, který se počátkem padesátých let prodával za 600 dolarů.
Simon na obálce časopisu Radio Electronics
O tom ale bratři Sutherlandovi zpočátku nic netušili. Hledali možnost, jak si přivydělat, a poněkud podivínský Berkeley zas potřeboval výpomoc se sekáním trávníku a údržbou zahrady. Po krátké době se s chlapci spřátelil a začal je učit základy programování právě na malém Simonovi. Zejména starší Ivan se pro programování doslova nadchl a po nějaké době napsal pro Simon čtyřstránkový program pro dělení. Ivan Sutherland se tak stal dost možná prvním středoškolákem – programátorem na světě – a není divu, že při vstupu na vysokou školu si nakonec místo původně plánovaného stavebního inženýrství zvolil elektroinženýrství. Po dokončení bakalářského studia na Carnegie Mellonově univerzitě zamířil nejprve na Caltech, kde dokončil magisterská studia a následně přešel jako doktorand na MIT – zde se, jak jsme již naznačili, začala psát historie Sketchpadu.
Během léta roku 1960 vyzkoušel první předběžné možnosti kreslení na TX-2 Herschel Loomis – v květnu 1961 mi je převedl v rámci mého prvního seznámení s počítačem. Ještě během léta jsem navrhl program pro vykreslování křivek a věnoval se problematice prokládaného a překreslovaného displeje. Koncem léta 1961 byly obnoveny práce na plotteru pro TX-2 – plotter EAI byl v Lincolnově laboratoři už asi dva nebo tři roky, ale nikdo s ním nepracoval. … (profesor Shannon) souhlasil, že bude školitelem v rámci mé disertační práce na podzim 1961. Když jsem oslovil jednotlivé členy fakulty, pochopil jsem, že nejsem jediným, kdo se zajímá o možnost grafického vstupu a výstupu počítače. Dostupnost počítačových displejů a zařízení, jako byla světelná pera, naznačovala, že počítače se nevyhnutelně jednoho dne stanou nástrojem při konstrukčním rýsování. Lidé na MIT už delší dobu hovořili o takovém způsobu využití.
„History of Sketchpad“ z úvodní části doktorské práce Ivana Sutherlanda, 1963
Ivan Sutherland o svých 70. narozeninách (2008)
TX-2: jediný svého druhu, pro grafiku jako stvořený
Ivan Sutherland v úvodu své doktorské práce zdůrazňuje, jak důležitou roli v ní hrál počítač TX-2, navržený původně pro výzkum umělé inteligence. Zejména jeho na svou dobu velká magnetická jádrová paměť s kapacitou odpovídající přibližně 256 kilobajtům (70 tisíc slov o šířce 36 bitů), velký počet indexovaných registrů, flexibilní řízení vstupů a výstupů a řada ručních přepínačů, otočných relé a ovládacích tlačítek. Díky tomu, že se jednalo o experimentální výzkumný počítač, bylo možné dodělávat prvky či periferie na zakázku (například modul s ovládacími tlačítky). Experimentování s kreslením a manipulací s obrazci tak mohlo postupovat kupředu velmi rychle, a jak Sutherland sám zdůrazňoval: „když jsme zjistili, jak kreslení na počítači realizovat, mohou být pro praktické nasazení využity mnohem menší stroje“.
Paměťové „skříně“ počítače TX-2, vzadu konzole operátora, kde běžel Sketchpad.
To ale neznamená, že by Sutherlandova práce byla nějak snadná. Musel vytvořit software pro kreslení rovných i zakřivených čar, kruhů, obdélníků a mnohoúhelníků doslova od píky – bez možnosti využít vyšší programovací jazyky (nemluvě o knihovnách apod.), vyřešit jak pracovat s překrývajícími se prvky, jak s jednotlivými prvky obrazců manipulovat, jak je mazat. To vše na „experimentálním“ mainframe s desítkami kilobajtů paměti. Trvalo mu to bezmála rok.
V květnu 1962 byla druhá verze Sketchpadu natolik stabilní, že jsme mohli natočit krátký film ukazující různé možnosti kresby a manipulace. Bylo možné nakreslit čáru, segmenty, kruhy a oblouky, ukázáním na ně je opět smazat, nebo pohybovat s body, k nimž jsou vztaženy. Pomocí parametrů bylo možné čáry převracet z horizontálních na vertikální, umísťovat na čáry nebo kruhy body a pracovat s místy kde se dotýkají nebo kříží. … Bylo jasné, že rýsování je skutečně možné přenést do počítače.
„History of Sketchpad“ z úvodní části doktorské práce Ivana Sutherlanda, 1963
O pár měsíců později dokončil Sutherland s několika kolegy třetí, v rámci jeho dizertace finální verzi Sketchpadu, s níž podle jeho vlastních slov mohli pracovat i nezaškolení lidé včetně sekretářky. Byla vytvořena knihovna základních tvarů a prvků, které sloužily pro rychlejší tvorbu složitějších nákresů. Sutherlandovi bylo jasné, že vytvořil systém a software s potenciálem „za hranicemi snů“.
Ukázky kresby obrazců na Sketchpadu.
Revoluce pouze v laboratoři
Při pohledu na TX-2 je jasné, že pojem „první tablet“ je poněkud nadsazený. Přesto jím, ve smyslu tabletu grafického, mnohatunový kolos s CRT obrazovkou a softwarem Sketchpad byl. Sketchpad ale nebyl jen software – jednalo se o řešení zahrnující interaktivní práci s počítačem v reálném čase (dlouho před tím, než se podobný koncept stal běžným), interaktivní „grafické“ uživatelské rozhraní (uvozovky jsou namístě hlavně proto, že tu nebyla žádná abstrakce v podobě ikon, „pouze“ možnost přímo manipulovat obrazci jako objekty – kreslit, posouvat, rotovat, zmenšovat či zvětšovat, kopírovat a mazat). Právě to ale byla největší revoluce – proměna počítačové obrazovky v rýsovací prkno či skicák schopné nesčetněkrát replikovat vložené obrazy či obrazce. Sketchpad dokonce uměl pracovat s trojrozměrnými objekty a byl natolik uživatelsky „odladěný“, že náhodné prudké pohyby (kdy uživateli obvykle „ujela“ ruka se světelným perem) ignoroval a nepřenesl je do zaznamenávaných obrazců.
Ivan Sutherland u svého Sketchpadu
Sutherlandův Sketchpad bohužel patřil mezi revoluční počiny, které příliš předběhly svou dobu. Éra interaktivní práce s počítačem a grafických rozhraní měla přijít až za dalších deset let a software vytvořený pro unikátní výzkumný počítač TX-2 nebylo možné jednoduše převést na jiné platformy. Výzkum počítačové grafiky se navíc během následujícího desetiletí zaměřil na jiné oblasti – zejména techniky pro vykreslování povrchů (stínování, textury, pixely). No a konečně Sutherland sám se ihned po získání doktorátu přeorientoval na zcela novou oblast – výzkum virtuální reality. Což mimochodem znamená, že se s ním v minisérii o počítačové grafice ještě setkáme.
Video: Demo Sketchpadu (1.část)
Video: Demo Sketchpadu (2. část)
Odkazy
- Wikipedie: Ivan Sutherland
- Wikipedie: TX-2
- Wikipedie: Sketchpad
- Dizertační práce Ivana Sutherlanda (1963, elektronická re-edice z roku 2003), PDF
