رسومات الحاسوب

قدمت مشاريع مبكرة مثل مشروعي Whirlwind و SAGE شاشة CRT كواجهة عرض وتفاعل عملية، كما قدمت القلم الضوئي كجهاز إدخال . أجرى دوغلاس تي. روس، من نظام Whirlwind SAGE، تجربة شخصية كتب فيها برنامجًا صغيرًا يلتقط حركة إصبعه ويعرض متجهها (اسمه المرسوم) على شاشة عرض. إحدى أوائل ألعاب الفيديو التفاعلية التي تميزت برسومات تفاعلية واضحة - لعبة Tennis for Two - صُممت لجهاز راسم الإشارة بواسطة ويليام هيغينبوثام عام 1958 لتسلية زوار مختبر بروكهافن الوطني ، حيث حاكت مباراة تنس. وفي عام 1959، أثناء عمل دوغلاس تي. روس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على تحويل المعادلات الرياضية إلى متجهات ثلاثية الأبعاد مُولدة بالحاسوب لأدوات الآلات، أنشأ صورة لشخصية كرتونية من ديزني على شاشة عرض . ^{[ 6 ]}

طرحت شركة هيوليت-باكارد، الرائدة في مجال الإلكترونيات، أسهمها للاكتتاب العام عام ١٩٥٧ بعد تأسيسها في العقد السابق، وأقامت علاقات وثيقة مع جامعة ستانفورد من خلال مؤسسيها الذين كانوا من خريجيها ^{[ ٧ ]} . بدأ بذلك تحول منطقة خليج سان فرانسيسكو الجنوبية، الذي استمر لعقود، إلى مركز رائد عالميًا في تكنولوجيا الحاسوب، والمعروف الآن باسم وادي السيليكون . وتطور مجال رسومات الحاسوب مع ظهور أجهزة رسومات الحاسوب.

أدت التطورات اللاحقة في مجال الحوسبة إلى تطورات أكبر في مجال رسومات الحاسوب التفاعلية . في عام ١٩٥٩، طُوِّر حاسوب TX-2 في مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . دمج TX-2 عددًا من واجهات التفاعل الجديدة بين الإنسان والآلة. كان بالإمكان استخدام قلم ضوئي لرسم اسكتشات على الحاسوب باستخدام برنامج Sketchpad الثوري الذي ابتكره إيفان ساذرلاند . ^{[ ٨ ]} باستخدام القلم الضوئي، أتاح Sketchpad رسم أشكال بسيطة على شاشة الحاسوب، وحفظها، وحتى استرجاعها لاحقًا. احتوى القلم الضوئي نفسه على خلية كهروضوئية صغيرة في طرفه. كانت هذه الخلية تُصدر نبضة إلكترونية كلما وُضعت أمام شاشة الحاسوب وأطلق مدفع الإلكترونات الخاص بالشاشة شعاعًا مباشرًا نحوها. بمجرد مزامنة النبضة الإلكترونية مع الموقع الحالي لمدفع الإلكترونات، كان من السهل تحديد مكان القلم على الشاشة بدقة في أي لحظة. بمجرد تحديد ذلك، كان بإمكان الحاسوب رسم مؤشر في ذلك الموقع. يبدو أن ساذرلاند قد وجد الحل الأمثل للعديد من مشاكل الرسومات التي واجهها. حتى اليوم، انطلقت العديد من معايير واجهات رسومات الحاسوب من برنامج Sketchpad المبكر. ومن الأمثلة على ذلك قيود الرسم. فعند رسم مربع مثلاً، لا داعي للقلق بشأن رسم أربعة خطوط بدقة لتشكيل حواف المربع، بل يكفي تحديد رغبتك في رسم مربع، ثم تحديد موقعه وحجمه. وسيقوم البرنامج بعد ذلك بإنشاء مربع مثالي، بالأبعاد الصحيحة وفي الموقع المناسب. مثال آخر هو أن برنامج ساذرلاند كان يُحاكي الأجسام، وليس مجرد صورها. بمعنى آخر، باستخدام نموذج سيارة، يُمكن تغيير حجم الإطارات دون التأثير على باقي أجزاء السيارة، كما يُمكن تمديد هيكل السيارة دون تشويه الإطارات.

يُنسب مصطلح "الرسومات الحاسوبية" إلى ويليام فيتر ، مصمم الرسومات في شركة بوينغ عام 1960. وقد نسبه فيتر بدوره إلى فيرن هدسون، الذي كان يعمل أيضاً في شركة بوينغ. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

في عام ١٩٦١، ابتكر طالب آخر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ستيف راسل ، لعبةً مهمةً أخرى في تاريخ ألعاب الفيديو ، وهي Spacewar! صُممت Spacewar لجهاز DEC PDP-1، وحققت نجاحًا فوريًا، وبدأت نسخها تتدفق إلى مالكي أجهزة PDP-1 الآخرين ، حتى حصلت شركة DEC على نسخة منها. استخدمها مهندسو DEC كبرنامج تشخيصي على كل جهاز PDP-1 جديد قبل شحنه. لاحظ فريق المبيعات ذلك سريعًا، وكانوا يُشغلون "أول لعبة فيديو في العالم" لعملائهم الجدد عند تركيب الأجهزة الجديدة. ( سبقت لعبة Tennis For Two لهيغينبوثام لعبة Spacewar بثلاث سنوات تقريبًا، لكنها كانت شبه مجهولة خارج الأوساط البحثية والأكاديمية).

في نفس الفترة تقريبًا (1961-1962) في جامعة كامبريدج، كتبت إليزابيث والدرام برنامجًا لعرض خرائط علم الفلك الراديوي على أنبوب أشعة الكاثود. ^{[ 10 ]}

في عام 1963، ابتكر إي إي زاجاك، العالم في مختبر بيل للهواتف (BTL)، فيلمًا بعنوان "محاكاة نظام تحكم في وضعية الجاذبية ثنائي الدوران". ^{[ 11 ]} في هذا الفيلم المُولّد حاسوبيًا، أوضح زاجاك كيف يمكن تغيير وضعية قمر صناعي أثناء دورانه حول الأرض. وقد أنشأ الرسوم المتحركة على حاسوب مركزي من طراز IBM 7090. وفي مختبر بيل للهواتف أيضًا، بدأ كل من كين نولتون ، وفرانك سيندن، وروث أ. وايس ، ومايكل نول العمل في مجال رسومات الحاسوب. أنتج سيندن فيلمًا بعنوان " القوة والكتلة والحركة" يوضح قوانين نيوتن للحركة . وفي نفس الفترة تقريبًا، كان علماء آخرون يُنشئون رسومات حاسوبية لتوضيح أبحاثهم. في مختبر لورانس للإشعاع ، أنتج نيلسون ماكس فيلمي " تدفق سائل لزج" و "انتشار موجات الصدمة في جسم صلب" . كما أنتجت شركة بوينغ للطائرات فيلمًا بعنوان "اهتزاز طائرة" .

في أوائل الستينيات، شهدت صناعة السيارات انتعاشًا ملحوظًا بفضل جهود بيير بيزييه في شركة رينو ، حيث استخدم منحنيات بول دي كاستيلجو - التي تُعرف الآن باسم منحنيات بيزييه نسبةً إلى أعمال بيزييه في هذا المجال - لتطوير تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد لهياكل سيارات رينو . وشكّلت هذه المنحنيات أساسًا للعديد من أعمال نمذجة المنحنيات في هذا المجال، نظرًا لأن المنحنيات - على عكس المضلعات - كيانات معقدة رياضيًا يصعب رسمها ونمذجتها بدقة.

لم يمضِ وقت طويل حتى بدأت الشركات الكبرى تُبدي اهتمامًا برسومات الحاسوب. ومن بين الشركات العديدة التي بدأت العمل في مجال رسومات الحاسوب بحلول منتصف الستينيات، شركاتٌ مثل TRW ، ولوكهيد-جورجيا ، وجنرال إلكتريك ، وسبري راند. وسارعت شركة IBM إلى الاستجابة لهذا الاهتمام بإصدار جهاز IBM 2250 ، وهو أول جهاز حاسوب رسومي متاح تجاريًا. وفي عام 1966، ابتكر رالف باير ، وهو مهندس مشرف في شركة ساندرز أسوشيتس ، لعبة فيديو منزلية ، رُخِّصت لاحقًا لشركة ماجنافوكس وأُطلق عليها اسم أوديسي . ورغم بساطتها الشديدة، واعتمادها على قطع إلكترونية رخيصة نسبيًا، إلا أنها سمحت للاعب بتحريك نقاط الضوء على الشاشة. وكانت أول منتج رسومي حاسوبي للمستهلكين. شغل ديفيد سي. إيفانز منصب مدير الهندسة في قسم الحواسيب بشركة بنديكس من عام 1953 إلى عام 1962، ثم عمل لمدة خمس سنوات كأستاذ زائر في جامعة بيركلي. وهناك واصل اهتمامه بالحواسيب وكيفية تفاعلها مع البشر. في عام 1966، استقطبت جامعة يوتا إيفانز لتأسيس برنامج علوم الحاسوب، وسرعان ما أصبح مجال رسومات الحاسوب محور اهتمامه الرئيسي. وأصبح هذا القسم الجديد مركز الأبحاث الرئيسي في العالم لرسومات الحاسوب طوال سبعينيات القرن العشرين.

في عام 1966، واصل إيفان ساذرلاند ابتكاراته في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) عندما اخترع أول شاشة عرض مثبتة على الرأس (HMD) يتم التحكم بها بواسطة الحاسوب. كانت الشاشة تعرض صورتين منفصلتين بهيكل سلكي، واحدة لكل عين، مما أتاح للمستخدم رؤية المشهد الحاسوبي بتقنية ثلاثية الأبعاد مجسمة . أُطلق على الجهاز الضخم اللازم لدعم الشاشة وجهاز التتبع اسم "سيف داموكليس" نظرًا للخطر المحتمل في حال سقوطه على المستخدم. بعد حصوله على درجة الدكتوراه من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أصبح ساذرلاند مديرًا لمعالجة المعلومات في وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة ( ARPA )، ثم أصبح لاحقًا أستاذًا في جامعة هارفارد. في عام 1967، استقطبه إيفانز للانضمام إلى برنامج علوم الحاسوب في جامعة يوتا ، وهو تطور حوّل هذا القسم إلى أحد أهم مراكز الأبحاث في مجال الرسومات الحاسوبية لما يقرب من عقد من الزمان، ليُخرّج في نهاية المطاف بعضًا من أهم رواد هذا المجال. هناك، أتقن ساذرلاند شاشة العرض المثبتة على الرأس، وبعد عشرين عامًا، أعادت وكالة ناسا اكتشاف تقنياته في أبحاثها حول الواقع الافتراضي . في ولاية يوتا، كان ساذرلاند وإيفانز مستشارين مطلوبين بشدة من قبل الشركات الكبيرة، لكنهما شعرا بالإحباط بسبب نقص أجهزة الرسومات المتاحة في ذلك الوقت، لذلك بدآ في وضع خطة لبدء شركتهما الخاصة.

في عام 1968، أسس ديف إيفانز وإيفان ساذرلاند أول شركة لتصنيع أجهزة رسومات الحاسوب، وهي شركة إيفانز وساذرلاند . وبينما كان ساذرلاند يرغب في البداية أن يكون مقر الشركة في كامبريدج، ماساتشوستس، فقد تم اختيار مدينة سولت ليك سيتي بدلاً من ذلك لقربها من مجموعة أبحاث الأساتذة في جامعة يوتا.

وفي عام 1968 أيضًا، وصف آرثر أبيل أول خوارزمية لإسقاط الأشعة ، وهي الأولى من فئة خوارزميات العرض القائمة على تتبع الأشعة والتي أصبحت منذ ذلك الحين أساسية في تحقيق الواقعية الفوتوغرافية في الرسومات من خلال نمذجة المسارات التي تسلكها أشعة الضوء من مصدر الضوء إلى الأسطح في المشهد وإلى الكاميرا.

في عام 1969، أنشأت جمعية آلات الحوسبة (ACM ) مجموعة اهتمام خاصة بالرسومات الحاسوبية ( SIGGRAPH )، التي تُعنى بتنظيم المؤتمرات ، ووضع معايير الرسومات ، وإصدار المنشورات في مجال الرسومات الحاسوبية. وبحلول عام 1973، عُقد أول مؤتمر سنوي لـ SIGGRAPH، والذي أصبح أحد محاور عمل المنظمة. وقد ازداد حجم SIGGRAPH وأهميتها مع توسع مجال الرسومات الحاسوبية بمرور الوقت.

لاحقًا، شهدت جامعة يوتا في سبعينيات القرن الماضي عددًا من الإنجازات في هذا المجال ، حيث وظفت إيفان ساذرلاند . وقد أُلحق ساذرلاند بديفيد سي. إيفانز لتدريس دورة متقدمة في رسومات الحاسوب، والتي أسهمت بشكل كبير في الأبحاث التأسيسية للمجال، وخرّجت العديد من الطلاب الذين أسسوا فيما بعد بعضًا من أهم شركات هذه الصناعة، مثل بيكسار ، وسيليكون جرافيكس ، وأدوبي سيستمز . وقاد توم ستوكهام فريق معالجة الصور في جامعة يوتا، والذي عمل بتعاون وثيق مع مختبر رسومات الحاسوب.

كان إدوين كاتمول أحد هؤلاء الطلاب . كان كاتمول قد انتقل لتوه من شركة بوينغ، وكان يدرس الفيزياء. نشأ كاتمول على أفلام ديزني ، وكان يعشق الرسوم المتحركة، لكنه سرعان ما اكتشف أنه لا يملك موهبة الرسم. رأى كاتمول (مع كثيرين غيره) أن الحواسيب هي التطور الطبيعي للرسوم المتحركة، وأرادوا أن يكونوا جزءًا من هذه الثورة. أول رسوم متحركة حاسوبية شاهدها كاتمول كانت من صنعه. فقد ابتكر رسمًا متحركًا ليده وهي تفتح وتغلق. كما كان رائدًا في استخدام تقنية رسم الخرائط النسيجية لرسم الأنسجة على النماذج ثلاثية الأبعاد عام 1974، والتي تُعتبر الآن من التقنيات الأساسية في النمذجة ثلاثية الأبعاد . أصبح من أهدافه إنتاج فيلم روائي طويل باستخدام رسومات الحاسوب، وهو هدف حققه بعد عقدين من الزمن، بعد دوره التأسيسي في شركة بيكسار . في نفس الصف، ابتكر فريد بارك رسمًا متحركًا لوجه زوجته. تم تضمين كلا الرسمين المتحركين في فيلم Futureworld عام 1976 .

بينما كان مختبر رسومات الحاسوب بجامعة يوتا يجذب الناس من كل حدب وصوب، كان جون وارنوك أحد الرواد الأوائل؛ أسس لاحقًا شركة أدوبي سيستمز وأحدث ثورة في عالم النشر بلغة وصف صفحات بوست سكريبت . ثم طورت أدوبي برنامج تحرير الصور المعياري في هذا المجال، أدوبي فوتوشوب، وبرنامج المؤثرات الخاصة البارز في صناعة السينما، أدوبي أفتر إفكتس .

كان جيمس كلارك موجودًا أيضًا؛ وقد أسس لاحقًا شركة Silicon Graphics ، وهي شركة مصنعة لأنظمة العرض المتقدمة التي هيمنت على مجال الرسومات المتطورة حتى أوائل التسعينيات.

حققت جامعة أوتريخت إنجازًا هامًا في مجال رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد بفضل روادها الأوائل، ألا وهو تحديد الأسطح المخفية . فلكي يرسم الحاسوب تمثيلًا لجسم ثلاثي الأبعاد على الشاشة، عليه تحديد الأسطح التي تقع "خلف" الجسم من منظور المشاهد، والتي يجب بالتالي "إخفاؤها" عند إنشاء (أو عرض) الصورة. وكان نظام الرسومات الأساسية ثلاثية الأبعاد (أو Core ) أول معيار رسومي يُطوَّر. وقد طوّر هذا "الإطار المفاهيمي" فريقٌ مؤلف من 25 خبيرًا من مجموعة الاهتمامات الخاصة SIGGRAPH التابعة لجمعية ACM . نُشرت المواصفات عام 1977، وأصبحت أساسًا للعديد من التطورات اللاحقة في هذا المجال.

في سبعينيات القرن العشرين أيضاً، ساهم هنري غورو وجيم بلين وبوي تونغ فونغ في وضع أسس التظليل في الرسوميات الحاسوبية من خلال تطوير نموذجي تظليل غورو وبلين -فونغ ، مما سمح للرسومات بتجاوز المظهر "المسطح" إلى مظهر يُجسد العمق بدقة أكبر. كما ابتكر جيم بلين المزيد في عام 1978 من خلال تقديم تقنية رسم الخرائط النتوئية ، وهي تقنية لمحاكاة الأسطح غير المستوية، وتُعدّ سلفاً للعديد من أنواع رسم الخرائط الأكثر تطوراً المستخدمة اليوم.

ظهرت صالات ألعاب الفيديو الحديثة، كما نعرفها اليوم، في سبعينيات القرن الماضي، حيث استخدمت أولى ألعاب الصالات رسومات ثنائية الأبعاد متحركة في الوقت الفعلي . وكانت لعبة "بونغ" عام 1972 من أوائل ألعاب الصالات الناجحة. أما لعبة "سبيد ريس" عام 1974، فقد تميزت برسومات متحركة على طريق ذي تمرير رأسي . بينما قدمت لعبة "غان فايت" عام 1975 شخصيات متحركة تشبه البشر، في حين عرضت لعبة "سبيس إنفيدرز" عام 1978 عددًا كبيرًا من الشخصيات المتحركة على الشاشة؛ وقد استخدمت كلتا اللعبتين دائرة تحويل متخصصة مصنوعة من رقائق منفصلة لمساعدة معالج إنتل 8080 الدقيق على تحريك رسومات إطار المخزن المؤقت .

شهدت ثمانينيات القرن العشرين بدء تسويق رسومات الحاسوب. ومع انتشار أجهزة الحاسوب المنزلية ، أصبح هذا الموضوع، الذي كان في السابق حكراً على الأكاديميين، متاحاً لجمهور أوسع بكثير، وازداد عدد مطوري رسومات الحاسوب بشكل ملحوظ.

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، أدت تقنية التكامل واسع النطاق جدًا لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS) إلى توفر معالجات مركزية (CPU) ذات 16 بت، وأولى رقائق معالجة الرسومات (GPU)، مما أحدث ثورة في مجال رسومات الحاسوب، ومكّن من عرض رسومات عالية الدقة لمحطات رسومات الحاسوب وأنظمة الحواسيب الشخصية . وكانت وحدة μPD7220 من شركة NEC أول وحدة معالجة رسومات، مصنعة على شريحة NMOS VLSI متكاملة بالكامل. وقد دعمت دقة تصل إلى 1024×1024 بكسل ، ووضعت الأسس لسوق رسومات الحواسيب الشخصية الناشئ. استُخدمت هذه الوحدة في عدد من بطاقات الرسومات ، وتم ترخيصها لوحدات مشابهة مثل Intel 82720، وهي أول وحدة معالجة رسومات من إنتاج شركة Intel . ^{[ 12 ]} انخفضت أسعار ذاكرة MOS أيضًا في أوائل الثمانينيات، مما أتاح تطوير ذاكرة إطار عرض بأسعار معقولة، ^{[ 13 ]} ولا سيما ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) التي قدمتها شركة تكساس إنسترومنتس (TI) في منتصف الثمانينيات. ^{[ 14 ]} في عام 1984، أصدرت هيتاشي معالج الرسومات ARTC HD63484، وهو أول معالج رسومات CMOS تكميلي . كان قادرًا على عرض صور عالية الدقة في وضع الألوان، ودقة تصل إلى 4K في وضع أحادي اللون، وقد استُخدم في عدد من بطاقات الرسومات والمحطات الطرفية خلال أواخر الثمانينيات. ^{[ 15 ]} في عام 1986، قدمت شركة تكساس إنسترومنتس (TI) معالج الرسومات TMS34010 ، وهو أول معالج رسومات MOS قابل للبرمجة بالكامل . ^{[ 14 ]}

شهدت محطات معالجة الرسومات الحاسوبية خلال هذا العقد تطورًا ملحوظًا، حيث أصبحت محطات عمل ذكية، شبه مستقلة، ومستقلة. وتزايد اعتماد معالجة الرسومات والتطبيقات على ذكاء محطة العمل نفسها، بدلًا من الاعتماد على الحواسيب المركزية والحواسيب الصغيرة . ومن الأمثلة على التحول المبكر نحو الرسومات الحاسوبية عالية الدقة، محطات العمل الذكية المخصصة لسوق الهندسة بمساعدة الحاسوب، وهي محطات Orca 1000 و2000 و3000، التي طورتها شركة Orcatech في أوتاوا، وهي شركة منبثقة عن Bell-Northern Research ، بقيادة ديفيد بيرسون، أحد رواد محطات العمل. اعتمدت محطة Orca 3000 على معالج Motorola 68000 ذي 16 بت ومعالجات AMD ذات الشرائح الثنائية ، وكان نظام تشغيلها يونكس. وقد استهدفت هذه المحطة بشكل مباشر قطاع هندسة التصميم المتطور. بدأ الفنانون ومصممو الجرافيك ينظرون إلى الحاسوب الشخصي، وخاصةً أميغا وماكنتوش ، كأداة تصميم جادة، قادرة على توفير الوقت والرسم بدقة أكبر من الطرق الأخرى. ولا يزال ماكنتوش أداةً شائعةً للغاية في مجال رسومات الحاسوب بين استوديوهات وشركات تصميم الجرافيك. غالبًا ما تستخدم الحواسيب الحديثة، التي يعود تاريخها إلى ثمانينيات القرن الماضي، واجهات المستخدم الرسومية لعرض البيانات والمعلومات باستخدام الرموز والأيقونات والصور، بدلاً من النصوص. وتُعدّ الرسومات أحد العناصر الخمسة الأساسية لتكنولوجيا الوسائط المتعددة .

في مجال العرض الواقعي، طورت جامعة أوساكا اليابانية نظام LINKS-1 للرسومات الحاسوبية ، وهو حاسوب فائق يستخدم ما يصل إلى 257 معالجًا دقيقًا من طراز Zilog Z8001 ، وذلك في عام 1982، بهدف عرض رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد واقعية . ووفقًا لجمعية معالجة المعلومات في اليابان: "يكمن جوهر عرض الصور ثلاثية الأبعاد في حساب إضاءة كل بكسل يُشكل سطحًا مُعرضًا من وجهة نظر معينة، ومصدر ضوء ، وموقع الجسم. وقد طُوّر نظام LINKS-1 لتحقيق منهجية عرض صور تسمح بمعالجة كل بكسل بشكل متوازٍ ومستقل باستخدام تتبع الأشعة . ومن خلال تطوير منهجية برمجية جديدة مُخصصة لعرض الصور بسرعة عالية، تمكن LINKS-1 من عرض صور واقعية للغاية بسرعة." ^{[ 16 ]} وكان LINKS-1 أقوى حاسوب في العالم حتى عام 1984. ^{[ 17 ]}

وفي مجال العرض الواقعي أيضًا، تم تطوير معادلة العرض العامة لديفيد إيميل وجيمس كاجيا في عام 1986 - وهي خطوة مهمة نحو تطبيق الإضاءة العالمية ، وهو أمر ضروري لتحقيق الواقعية الفوتوغرافية في رسومات الكمبيوتر.

كان لاستمرار شعبية سلسلة أفلام حرب النجوم وغيرها من سلاسل الخيال العلمي تأثير كبير على تقنية الرسوم المتحركة الحاسوبية في السينما آنذاك، حيث اشتهرت شركتا لوكاس فيلم وإندستريال لايت آند ماجيك بكونهما الخيار الأمثل للعديد من الاستوديوهات الأخرى للحصول على رسومات حاسوبية فائقة الجودة في الأفلام. وشهدت الأفلام اللاحقة من الثلاثية الأصلية تطورات هامة في تقنية مفتاح الكروما (الشاشة الزرقاء، وغيرها). كما برز مقطعان فيديو آخران كأعمال خالدة ذات أهمية تاريخية: فيديو أغنية " Money for Nothing " لفرقة داير ستريتس عام 1985، والذي تم إنتاجه بتقنية الرسوم المتحركة الحاسوبية بالكامل تقريبًا، والذي ساهم في انتشار هذه التقنية بين عشاق الموسيقى في ذلك الوقت، ومشهد من فيلم " يونغ شرلوك هولمز " في العام نفسه، والذي يضم أول شخصية بتقنية الرسوم المتحركة الحاسوبية بالكامل في فيلم روائي طويل ( فارس متحرك من الزجاج الملون ). في عام ١٩٨٨، طوّرت شركة بيكسار ، التي كانت قد انفصلت بالفعل عن شركة إندستريال لايت آند ماجيك ككيان مستقل، أولى برامج التظليل - وهي برامج صغيرة مصممة خصيصًا لتنفيذ التظليل كخوارزمية منفصلة - على الرغم من أن الجمهور لم يرَ نتائج هذا التقدم التكنولوجي إلا في العقد التالي. في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، استُخدمت حواسيب سيليكون غرافيكس (SGI) لإنتاج بعض من أوائل الأفلام القصيرة المُولّدة بالكامل بواسطة الحاسوب في بيكسار ، واعتُبرت أجهزة سيليكون غرافيكس علامة فارقة في هذا المجال خلال ذلك العقد.

تُعرف فترة الثمانينيات أيضًا بالعصر الذهبي لألعاب الفيديو ؛ إذ قدّمت أنظمة أتاري ونينتندو وسيجا ، وغيرها من الشركات، والتي حققت مبيعات بالملايين، رسومات الحاسوب لأول مرة لجمهور جديد شاب وسريع التأثر، كما فعلت أجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تعمل بنظام MS-DOS ، وأجهزة Apple II ، وأجهزة Mac ، وأجهزة Amiga ، والتي سمحت جميعها للمستخدمين ببرمجة ألعابهم الخاصة إذا كانوا يتمتعون بالمهارة الكافية. أما بالنسبة لأجهزة الألعاب ، فقد تحققت إنجازات في مجال الرسومات ثلاثية الأبعاد التجارية والفورية . في عام 1988، تم طرح أولى لوحات الرسومات ثلاثية الأبعاد الفورية المخصصة لأجهزة الألعاب، مع نظام Namco System 21 ^{[ 18 ]} ونظام Taito Air System. ^{[ 19 ]} وعلى الصعيد الاحترافي، طوّرت شركتا Evans & Sutherland وSGI أجهزة رسومات نقطية ثلاثية الأبعاد أثرت بشكل مباشر على وحدة معالجة الرسومات أحادية الشريحة (GPU) اللاحقة، وهي تقنية تستخدم شريحة منفصلة وقوية للغاية في المعالجة المتوازية مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) لتحسين الرسومات.

شهد العقد أيضاً تطبيق رسومات الحاسوب على العديد من الأسواق المهنية الإضافية، بما في ذلك الترفيه والتعليم القائم على الموقع مع E&S Digistar، وتصميم المركبات، ومحاكاة المركبات، والكيمياء.

كان أبرز ما ميّز تسعينيات القرن الماضي هو ظهور النمذجة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع، وارتفاع جودة الصور المولدة بالحاسوب بشكل عام. أصبحت الحواسيب المنزلية قادرة على أداء مهام العرض التي كانت مقتصرة سابقًا على محطات العمل باهظة الثمن. ومع توفر برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد للأنظمة المنزلية، تراجعت شعبية محطات عمل Silicon Graphics ، بينما ازدادت أهمية أجهزة Microsoft Windows و Apple Macintosh القوية التي تعمل بمنتجات Autodesk مثل 3D Studio أو غيرها من برامج العرض المنزلية. وبحلول نهاية العقد، بدأت وحدة معالجة الرسومات (GPU) بالصعود إلى المكانة البارزة التي لا تزال تتمتع بها حتى اليوم.

بدأ هذا المجال يشهد ظهور أولى الرسومات المُعالجة التي يمكن أن تبدو واقعية للغاية للعين غير المُدرَّبة (مع أنها لم تكن قادرة على ذلك آنذاك حتى مع فنان متخصص في المؤثرات البصرية الحاسوبية)، وأصبحت الرسومات ثلاثية الأبعاد أكثر شيوعًا في ألعاب الفيديو والوسائط المتعددة والرسوم المتحركة . في أواخر ثمانينيات القرن الماضي وبداية التسعينيات، تم إنتاج أول مسلسل تلفزيوني بتقنية الرسومات الحاسوبية في فرنسا: " حياة الوحوش" من إنتاج استوديو ماك غوف لين (1988)، و" حكايات هندسية" (1989-1991) من إنتاج استوديو فانتوم، و "كواركس" ، أول مسلسل بتقنية الرسومات الحاسوبية عالية الوضوح من إخراج موريس بينايون وفرانسوا شويتن (إنتاج استوديو ZA، 1990-1993).

في عالم السينما، بدأت شركة بيكسار صعودها التجاري الملحوظ في تلك الحقبة تحت قيادة إدوين كاتمول ، مع أول إصدار سينمائي رئيسي لها عام 1995 - فيلم "حكاية لعبة " - الذي حقق نجاحًا نقديًا وتجاريًا هائلًا. وقد واصل الاستوديو، الذي ابتكر تقنية التظليل القابل للبرمجة ، تحقيق العديد من النجاحات في مجال الرسوم المتحركة، ولا يزال عمله في مجال الرسوم المتحركة المُسبقة العرض يُعتبر رائدًا في الصناعة ومصدرًا رائدًا في مجال البحث والتطوير.

في عالم ألعاب الفيديو، أرست لعبة Virtua Racing ، التي تعمل على لوحة نظام ألعاب Sega Model 1 ، عام 1992 ، أسس ألعاب السباق ثلاثية الأبعاد بالكامل، ونشرت رسومات ثلاثية الأبعاد متعددة الأضلاع في الوقت الفعلي بين جمهور أوسع في صناعة ألعاب الفيديو . ^{[ 20 ]} ثمّ وسّع جهازا Sega Model 2 عام 1993 و Sega Model 3 عام 1996 آفاق الرسومات ثلاثية الأبعاد التجارية في الوقت الفعلي. أما على أجهزة الكمبيوتر الشخصية، فقد أصدرت شركة id Software ثلاثًا من أوائل ألعاب إطلاق النار ثلاثية الأبعاد من منظور الشخص الأول التي حققت شعبية هائلة، وهي Wolfenstein 3D و Doom و Quake ، والتي لاقت استحسانًا نقديًا وجماهيريًا واسعًا خلال هذا العقد، مستخدمةً محرك عرض مبتكرًا من قِبل جون كارماك . وحققت أجهزة Sony PlayStation و Sega Saturn و Nintendo 64 ، من بين أجهزة أخرى، مبيعات بالملايين، وساهمت في نشر الرسومات ثلاثية الأبعاد بين اللاعبين المنزليين. أصبحت بعض عناوين الجيل الأول ثلاثية الأبعاد في أواخر التسعينيات مؤثرة في نشر الرسومات ثلاثية الأبعاد بين مستخدمي أجهزة الألعاب، مثل ألعاب المنصات Super Mario 64 و The Legend of Zelda: Ocarina of Time ، وألعاب القتال ثلاثية الأبعاد المبكرة مثل Virtua Fighter و Battle Arena Toshinden و Tekken .

استمر التطور الكبير في تقنيات وخوارزميات العرض. ففي عام ١٩٩٦، ابتكر كريشنامورتي وليفوي تقنية رسم الخرائط العادية (Normal Mapping )، وهي تطوير لتقنية رسم الخرائط النتوئية (Bump Mapping) التي ابتكرها جيم بلين . وفي عام ١٩٩٩، أطلقت شركة إنفيديا بطاقة GeForce 256 الرائدة، وهي أول بطاقة رسومات منزلية تُسوَّق كوحدة معالجة رسومات (GPU)، والتي احتوت، بحسب وصفها، على "محركات متكاملة للتحويل والإضاءة وإعداد/ قص المثلثات والعرض " . وبحلول نهاية العقد ، اعتمدت الحواسيب أطر عمل شائعة لمعالجة الرسومات مثل DirectX و OpenGL . ومنذ ذلك الحين، أصبحت رسومات الحاسوب أكثر تفصيلاً وواقعية، بفضل أجهزة الرسومات الأكثر قوة وبرامج النمذجة ثلاثية الأبعاد . كما برزت شركة AMD كشركة رائدة في تطوير بطاقات الرسومات خلال هذا العقد، مما أدى إلى احتكار ثنائي في هذا المجال لا يزال قائماً حتى اليوم.

أصبحت تقنية الصور المولدة بالحاسوب (CGI) منتشرة على نطاق واسع خلال هذه الحقبة. وبحلول أواخر التسعينيات، ساهمت ألعاب الفيديو وأفلام CGI في انتشارها بين عامة الناس، واستمر هذا الانتشار بوتيرة متسارعة في العقد الأول من الألفية الثانية. كما تم اعتماد تقنية CGI على نطاق واسع في الإعلانات التلفزيونية في أواخر التسعينيات والعقد الأول من الألفية الثانية، فأصبحت مألوفة لدى جمهور كبير.

كان التطور المستمر والتطور المتزايد لوحدات معالجة الرسومات ( GPU ) عاملاً حاسماً في هذا العقد، وأصبحت إمكانيات العرض ثلاثي الأبعاد ميزة أساسية، حيث باتت وحدات معالجة الرسومات ثلاثية الأبعاد ضرورةً ملحةً لمصنعي أجهزة الكمبيوتر المكتبية . هيمنت سلسلة بطاقات الرسومات Nvidia GeForce على السوق في أوائل العقد، مع وجود منافسة قوية من ATI بين الحين والآخر . ^{[ 21 ]} ومع تقدم العقد، باتت حتى الأجهزة منخفضة التكلفة تحتوي عادةً على وحدة معالجة رسومات ثلاثية الأبعاد، حيث طرحت كل من Nvidia و AMD شرائح منخفضة السعر واستمرتا في هيمنتهما على السوق. أما برامج التظليل (Shaders) ، التي طُرحت في ثمانينيات القرن الماضي لأداء معالجة متخصصة على وحدة معالجة الرسومات، فقد أصبحت بحلول نهاية العقد مدعومة في معظم أجهزة المستهلكين، مما أدى إلى تسريع الرسومات بشكل ملحوظ، وسمح بتحسين كبير في جودة الصور من حيث الملمس والتظليل في رسومات الكمبيوتر، وذلك بفضل الانتشار الواسع لتقنيات مثل رسم الخرائط العادية ( Normal Mapping) ورسم الخرائط البارزة (Bump Mapping ) وغيرها من التقنيات التي تتيح محاكاة قدر كبير من التفاصيل.

بدأت رسومات الحاسوب المستخدمة في الأفلام وألعاب الفيديو تتطور تدريجيًا لتصبح واقعية لدرجة تجاوزت حدود الواقعية . وانتشرت أفلام الرسوم المتحركة الحاسوبية ، حيث هيمنت أفلام الرسوم المتحركة التقليدية مثل "العصر الجليدي" و "مدغشقر"، بالإضافة إلى العديد من أفلام بيكسار مثل "البحث عن نيمو"، على شباك التذاكر في هذا المجال. وكان فيلم "فاينل فانتسي: الأرواح في الداخل" ، الذي صدر عام 2001، أول فيلم روائي طويل مُولّد بالكامل بواسطة الحاسوب، يستخدم شخصيات واقعية للغاية بتقنية التقاط الحركة. ^{[ 22 ]} ومع ذلك، لم يحقق الفيلم نجاحًا تجاريًا. ^{[ 23 ]} وقد أشار بعض النقاد إلى أن هذا قد يكون جزئيًا لأن ملامح وجوه الشخصيات الرئيسية المُولّدة بالحاسوب كانت تقع ضمن " حدود الواقعية ". ^{[ ملاحظة 1 ]} كما لفتت أفلام رسوم متحركة أخرى مثل "قطار القطب الشمالي " الأنظار في ذلك الوقت. وعادت سلسلة "حرب النجوم" أيضًا مع ثلاثيتها السابقة، واستمرت المؤثرات في وضع معايير جديدة للرسوم المتحركة الحاسوبية في السينما.

في عالم ألعاب الفيديو ، حافظت أجهزة سوني بلاي ستيشن 2 و 3 ، وسلسلة أجهزة مايكروسوفت إكس بوكس ، وأجهزة نينتندو مثل جيم كيوب، على قاعدة جماهيرية واسعة، وكذلك الحال بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تعمل بنظام ويندوز . واستمرت الألعاب الشهيرة ذات المؤثرات البصرية الحاسوبية المتقدمة، مثل سلسلة جراند ثيفت أوتو ، وأساسنز كريد ، وفاينل فانتسي ، وبايوشوك ، وكينغدوم هارتس ، وميرورز إيدج ، وعشرات غيرها، في الاقتراب من الواقعية الفوتوغرافية ، مما ساهم في نمو صناعة ألعاب الفيديو وإبهار اللاعبين، إلى أن أصبحت عائدات هذه الصناعة تُضاهي عائدات صناعة السينما. اتخذت مايكروسوفت قرارًا بتسهيل وصول مطوري الألعاب المستقلين إلى تقنية DirectX من خلال برنامج XNA ، إلا أن هذا القرار لم يُحقق النجاح المرجو. مع ذلك، حافظت DirectX نفسها على نجاحها التجاري. كما واصلت OpenGL تطورها، وشهدت هي و DirectX تحسنًا ملحوظًا؛ وبدأت لغات التظليل من الجيل الثاني، HLSL و GLSL، في اكتساب شعبية واسعة خلال هذا العقد.

في مجال الحوسبة العلمية ، تم ابتكار تقنية GPGPU لنقل كميات كبيرة من البيانات ثنائياً بين وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU)، مما ساهم في تسريع التحليل في العديد من أنواع تجارب المعلوماتية الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . كما استُخدمت هذه التقنية في تعدين البيتكوين ولها تطبيقات في مجال رؤية الحاسوب .

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، أصبحت تقنية الصور المولدة بالحاسوب (CGI) منتشرة بشكل شبه كامل في الفيديو، وأصبحت الرسومات المُعدة مسبقًا واقعية علميًا تقريبًا ، وقد تحاكي الرسومات في الوقت الفعلي على نظام عالي الجودة بشكل مناسب الواقعية الفوتوغرافية للعين غير المدربة.

تطورت عملية رسم الخرائط النسيجية لتصبح عملية متعددة المراحل ذات طبقات عديدة؛ فمن الشائع دمج رسم الخرائط النسيجية، ورسم خرائط النتوءات، والأسطح المتساوية ، ورسم الخرائط العادية ، وخرائط الإضاءة بما في ذلك اللمعان وتقنيات الانعكاس ، وأحجام الظلال في محرك عرض واحد باستخدام التظليل ، الذي يشهد تطورًا ملحوظًا. أصبح التظليل الآن ضرورة شبه حتمية للعمل المتقدم في هذا المجال، إذ يوفر تعقيدًا كبيرًا في معالجة البكسلات والرؤوس والنسيج على أساس كل عنصر، بالإضافة إلى عدد لا يحصى من التأثيرات الممكنة. وتُعد لغات التظليل HLSL و GLSL من المجالات النشطة للبحث والتطوير. كما يُعد العرض القائم على الفيزياء (PBR)، الذي يُنفذ العديد من الخرائط ويُجري حسابات متقدمة لمحاكاة تدفق الضوء البصري الحقيقي ، مجالًا بحثيًا نشطًا أيضًا، إلى جانب مجالات متقدمة أخرى مثل التظليل المحيطي ، وتشتت الضوء تحت السطحي ، وتشتت رايلي ، ورسم خرائط الفوتونات ، وتتبع الأشعة، وغيرها الكثير. بدأت التجارب المتعلقة بقوة المعالجة المطلوبة لتوفير الرسومات في الوقت الفعلي في أوضاع فائقة الدقة مثل 4K Ultra HD ، على الرغم من أنها بعيدة المنال عن الجميع باستثناء الأجهزة المتطورة للغاية.

في عالم السينما، تُصنع معظم أفلام الرسوم المتحركة بتقنية CGI حاليًا؛ حيث يُنتج عدد كبير منها سنويًا ، لكن قليلًا منها، إن وُجد، يحاول الوصول إلى الواقعية الفوتوغرافية بسبب المخاوف المستمرة من ظاهرة " وادي الغرابة" . ومعظمها أفلام كرتون ثلاثية الأبعاد .

في مجال ألعاب الفيديو، سيطرت أجهزة مايكروسوفت إكس بوكس ​​ون ، وسوني بلاي ستيشن 4 ، ونينتندو سويتش على السوق المنزلية وكانت جميعها قادرة على تقديم رسومات ثلاثية الأبعاد متقدمة؛ كما كان نظام ويندوز لا يزال أحد أكثر منصات الألعاب نشاطًا.

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، سمحت التطورات في تقنية تتبع الأشعة باستخدامها في العرض في الوقت الحقيقي، بالإضافة إلى الرسومات المدعومة بالذكاء الاصطناعي لإنشاء أو تكبير الإطارات.

رغم وجود تقنية تتبع الأشعة سابقًا، كانت شركة إنفيديا أول من سعى لتطويرها باستخدام أنوية مخصصة لتتبع الأشعة، بالإضافة إلى تطويرها للذكاء الاصطناعي باستخدام تقنية DLSS وأنوية Tensor . وحذت شركة AMD حذوها في هذا المجال، حيث طورت تقنية FSR وأنوية Tensor وأنوية لتتبع الأشعة.

الرسومات الحاسوبية ثنائية الأبعاد هي عملية توليد الصور الرقمية باستخدام الحاسوب - في الغالب من نماذج، مثل الصور الرقمية، وبتقنيات خاصة بها.

تُستخدم رسومات الحاسوب ثنائية الأبعاد بشكل أساسي في التطبيقات التي طُوّرت في الأصل باستخدام تقنيات الطباعة والرسم التقليدية ، مثل الطباعة. في هذه التطبيقات، لا تُمثّل الصورة ثنائية الأبعاد مجرد تمثيل لجسم من العالم الحقيقي، بل هي عنصر مستقل ذو قيمة دلالية مضافة؛ ولذلك تُفضّل النماذج ثنائية الأبعاد لأنها تُتيح تحكمًا مباشرًا أكبر في الصورة مقارنةً برسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد ، التي يُشبه نهجها التصوير الفوتوغرافي أكثر من الطباعة .

الرسومات المتجهة

تُعدّ تنسيقات الرسومات المتجهة مكملة للرسومات النقطية . فالرسومات النقطية هي تمثيل الصور على شكل مصفوفة من البكسلات ، وتُستخدم عادةً لتمثيل الصور الفوتوغرافية. ^{[ 24 ]} أما الرسومات المتجهة، فتتضمن ترميز معلومات حول الأشكال والألوان التي تُكوّن الصورة، مما يُتيح مرونة أكبر في العرض. هناك حالات يكون فيها استخدام أدوات وتنسيقات الرسومات المتجهة هو الأفضل، وحالات أخرى يكون فيها استخدام أدوات وتنسيقات الرسومات النقطية هو الأفضل. وفي بعض الأحيان، يُستخدم كلا التنسيقين معًا. إن فهم مزايا وعيوب كل تقنية، والعلاقة بينهما، يُرجّح أن يُؤدي إلى استخدام الأدوات بكفاءة وفعالية.

نماذج التعلم الآلي التوليدية

منذ منتصف العقد الثاني من الألفية، ونتيجةً للتطورات في الشبكات العصبية العميقة ، تم ابتكار نماذج تستقبل وصفًا باللغة الطبيعية كمدخلات، وتُنتج صورةً مطابقةً لهذا الوصف كمخرجات. تجمع نماذج تحويل النص إلى صورة عادةً بين نموذج لغوي ، يُحوّل النص المُدخل إلى تمثيل كامن، ونموذج توليدي للصور، يُنتج صورةً بناءً على هذا التمثيل. وقد تم تدريب النماذج الأكثر فعالية على كميات هائلة من بيانات الصور والنصوص المُستخرجة من الإنترنت. وبحلول عام ٢٠٢٢، أصبحت أفضل هذه النماذج، مثل Dall-E 2 و Stable Diffusion ، قادرةً على إنشاء صور بأنماط متنوعة، تتراوح بين محاكاة الفنانين المعاصرين إلى صور شبه واقعية، في غضون ثوانٍ معدودة، شريطة توفر أجهزة قوية كافية. ^{[ ٢٥ ]}

الرسومات ثلاثية الأبعاد، مقارنةً بالرسومات ثنائية الأبعاد، هي رسومات تستخدم تمثيلاً ثلاثي الأبعاد للبيانات الهندسية. ولأغراض تحسين الأداء، يتم تخزين هذه البيانات في الحاسوب. ويشمل ذلك الصور التي قد تُعرض لاحقاً أو للمشاهدة في الوقت الفعلي.

على الرغم من هذه الاختلافات، تعتمد رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد على خوارزميات مشابهة لتلك المستخدمة في رسومات الحاسوب ثنائية الأبعاد في الإطار، وعلى رسومات نقطية (كما في ثنائية الأبعاد) في العرض النهائي. في برامج رسومات الحاسوب، قد يكون التمييز بين ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد غير واضح أحيانًا؛ فقد تستخدم تطبيقات ثنائية الأبعاد تقنيات ثلاثية الأبعاد لتحقيق تأثيرات مثل الإضاءة، بينما قد تستخدم تطبيقات ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي تقنيات عرض ثنائية الأبعاد.

الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد هي نفسها النماذج ثلاثية الأبعاد. يُضمّن النموذج داخل ملف البيانات الرسومية، بصرف النظر عن عملية العرض. ومع ذلك، توجد اختلافات، منها أن النموذج ثلاثي الأبعاد يُمثّل أي كائن ثلاثي الأبعاد. ولا يُعتبر النموذج رسوميًا إلا بعد عرضه بصريًا. وبفضل الطباعة، لا تقتصر النماذج ثلاثية الأبعاد على الفضاء الافتراضي فقط. العرض ثلاثي الأبعاد هو كيفية عرض النموذج، ويمكن استخدامه أيضًا في عمليات المحاكاة والحسابات الحاسوبية غير الرسومية.

الرسوم المتحركة الحاسوبية هي فن إنشاء صور متحركة باستخدام الحواسيب . وهي فرع من فروع رسومات الحاسوب والرسوم المتحركة . ويجري إنتاجها بشكل متزايد باستخدام رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد ، مع أن رسومات الحاسوب ثنائية الأبعاد لا تزال شائعة الاستخدام لتلبية احتياجات الأسلوب الفني، وانخفاض استهلاك النطاق الترددي، وسرعة العرض في الوقت الفعلي . أحيانًا يكون الحاسوب نفسه هو الهدف من الرسوم المتحركة، وأحيانًا أخرى يكون وسيطًا آخر ، كالأفلام . ويُشار إليها أيضًا باسم الصور المولدة بالحاسوب (CGI )، خاصةً عند استخدامها في الأفلام .

قد تحتوي الكيانات الافتراضية على سمات متنوعة، مثل قيم التحويل (الموقع، والاتجاه، والحجم) المخزنة في مصفوفة تحويل الكائن، ويتم التحكم بها من خلالها . التحريك هو تغيير إحدى السمات بمرور الوقت. توجد طرق متعددة لتحقيق التحريك؛ يعتمد الشكل الأساسي على إنشاء وتعديل الإطارات الرئيسية ، حيث يخزن كل إطار قيمة في وقت محدد، لكل سمة يتم تحريكها. يتغير برنامج الرسومات ثنائية/ثلاثية الأبعاد مع كل إطار رئيسي، مما يُنشئ منحنى قابلًا للتعديل لقيمة مُرتبطة بمرور الوقت، وهو ما ينتج عنه التحريك. تشمل طرق التحريك الأخرى تقنيات إجرائية وتقنيات تعتمد على التعبيرات : الأولى تُدمج العناصر ذات الصلة للكيانات المتحركة في مجموعات من السمات، وهي مفيدة لإنشاء تأثيرات الجسيمات ومحاكاة الحشود ؛ أما الثانية فتسمح بنتيجة مُقيمة مُعادة من تعبير منطقي مُحدد من قِبل المستخدم، بالإضافة إلى الرياضيات، لأتمتة التحريك بطريقة يُمكن التنبؤ بها (مفيد للتحكم في سلوك العظام بما يتجاوز ما يُوفره التسلسل الهرمي في إعداد النظام الهيكلي ).

لخلق وهم الحركة، تُعرض صورة على شاشة الكمبيوتر ثم تُستبدل بسرعة بصورة جديدة مشابهة للصورة السابقة، ولكنها مُزاحة قليلاً . هذه التقنية مطابقة لوهم الحركة في التلفزيون والأفلام .

في التصوير الرقمي، تُعرَّف البكسل (أو عنصر الصورة ^{[ 26 ]} ) بأنها نقطة واحدة في صورة نقطية . تُوضع البكسلات على شبكة ثنائية الأبعاد منتظمة، وغالبًا ما تُمثَّل باستخدام نقاط أو مربعات. كل بكسل هو عينة من الصورة الأصلية، وكلما زاد عدد العينات، زادت دقة تمثيل الصورة الأصلية. تختلف شدة إضاءة كل بكسل؛ ففي أنظمة الألوان، يحتوي كل بكسل عادةً على ثلاثة بكسلات فرعية ، مثل الأحمر والأخضر والأزرق .

الرسومات هي تمثيلات بصرية على سطح ما، مثل شاشة الحاسوب. ومن أمثلتها الصور الفوتوغرافية، والرسومات، والتصاميم الجرافيكية، والخرائط ، والرسومات الهندسية ، وغيرها من الصور. غالبًا ما تجمع الرسومات بين النصوص والرسوم التوضيحية. قد يقتصر التصميم الجرافيكي على الاختيار المتعمد، أو التصميم، أو الترتيب الدقيق للخطوط فقط، كما في الكتيبات، أو المنشورات، أو الملصقات، أو المواقع الإلكترونية، أو الكتب، دون أي عناصر أخرى. قد يكون الهدف هو الوضوح أو التواصل الفعال، أو قد يُسعى إلى الربط بعناصر ثقافية أخرى، أو ببساطة، ابتكار أسلوب مميز.

العناصر الأولية هي وحدات أساسية يمكن لنظام الرسومات دمجها لإنشاء صور أو نماذج أكثر تعقيدًا. ومن الأمثلة على ذلك الصور المتحركة وخرائط الشخصيات في ألعاب الفيديو ثنائية الأبعاد، والعناصر الهندسية الأولية في برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، والمضلعات والمثلثات في العرض ثلاثي الأبعاد. قد تدعم الأجهزة العناصر الأولية لتحقيق عرض فعال ، أو قد تكون اللبنات الأساسية التي يوفرها تطبيق الرسومات .

التجسيد هو عملية إنشاء صورة ثنائية الأبعاد من نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام برامج الحاسوب. يحتوي ملف المشهد على كائنات بلغة أو بنية بيانات محددة بدقة؛ ويتضمن معلومات عن الهندسة، ووجهة النظر، والتركيب، والإضاءة، والتظليل ، كوصف للمشهد الافتراضي. تُمرر البيانات الموجودة في ملف المشهد إلى برنامج التجسيد لمعالجتها وإخراجها كصورة رقمية أو ملف صورة نقطية . عادةً ما يكون برنامج التجسيد مُدمجًا في برامج رسومات الحاسوب، مع وجود برامج أخرى متاحة كإضافات أو برامج منفصلة تمامًا. يُمكن تشبيه مصطلح "التجسيد" بـ"تجسيد الفنان" للمشهد. على الرغم من اختلاف التفاصيل التقنية لأساليب التجسيد، إلا أن التحديات العامة التي يجب التغلب عليها في إنتاج صورة ثنائية الأبعاد من تمثيل ثلاثي الأبعاد مُخزن في ملف مشهد تتلخص في مسار معالجة الرسومات على طول جهاز التجسيد، مثل وحدة معالجة الرسومات (GPU ). وحدة معالجة الرسومات هي جهاز قادر على مساعدة وحدة المعالجة المركزية (CPU) في العمليات الحسابية. لكي يبدو المشهد واقعيًا وقابلًا للتنبؤ نسبيًا تحت الإضاءة الافتراضية، يجب على برنامج التجسيد حل معادلة التجسيد . لا تأخذ معادلة العرض في الحسبان جميع ظواهر الإضاءة، ولكنها نموذج إضاءة عام للصور المولدة بالحاسوب. ويُستخدم مصطلح "العرض" أيضاً لوصف عملية حساب التأثيرات في ملف تحرير الفيديو لإنتاج الفيديو النهائي.

عرض ثلاثي الأبعاد

الإسقاط ثلاثي الأبعاد هو أسلوب لتحويل النقاط ثلاثية الأبعاد إلى مستوى ثنائي الأبعاد. ونظرًا لأن معظم الطرق الحالية لعرض البيانات الرسومية تعتمد على وسائط ثنائية الأبعاد مستوية، فإن استخدام هذا النوع من الإسقاط واسع الانتشار. يُستخدم هذا الأسلوب في معظم تطبيقات العرض ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي، ويعتمد عادةً على تقنية تحويل الصور إلى صور نقطية لإنتاج الصورة النهائية.

تتبع الأشعة

تتبع الأشعة هو أسلوب من أساليب خوارزميات ترتيب الصور ، يُستخدم لإنشاء صورة عن طريق تتبع مسار الضوء عبر وحدات البكسل في مستوى الصورة . يتميز هذا الأسلوب بقدرته على إنتاج درجة عالية من الواقعية الفوتوغرافية ، عادةً ما تكون أعلى من تلك التي توفرها طرق عرض خطوط المسح التقليدية، ولكن بتكلفة حسابية أكبر .

تظليل

يشير التظليل إلى تصوير العمق في النماذج ثلاثية الأبعاد أو الرسوم التوضيحية من خلال مستويات متفاوتة من الظلام . وهي عملية تُستخدم في الرسم لتصوير مستويات الظلام على الورق عن طريق تطبيق الوسائط بكثافة أكبر أو بدرجة أغمق للمناطق المظلمة، وبكثافة أقل أو بدرجة أفتح للمناطق الفاتحة. هناك تقنيات تظليل متنوعة، منها التظليل المتقاطع ، حيث تُرسَم خطوط متعامدة متفاوتة التقارب على شكل شبكة لتظليل منطقة ما. كلما تقاربت الخطوط، بدت المنطقة أغمق، والعكس صحيح. وقد تم تعميم المصطلح مؤخرًا ليشمل تطبيق المؤثرات الخاصة بالتظليل.

رسم الخرائط النسيجية

رسم الخرائط النسيجية هو أسلوب لإضافة تفاصيل أو نسيج سطحي أو لون إلى رسومات حاسوبية أو نماذج ثلاثية الأبعاد . وقد كان إدوين كاتمول رائدًا في تطبيقه على الرسومات ثلاثية الأبعاد عام ١٩٧٤. تُطبَّق خريطة نسيجية على سطح شكل أو مضلع، وهي عملية تُشبه وضع ورق مزخرف على صندوق أبيض عادي. أما تعدد النسيج فهو استخدام أكثر من نسيج واحد في الوقت نفسه على مضلع. ^{[ 27 ]} تُعدّ الخامات الإجرائية (التي تُنشأ من خلال ضبط معلمات خوارزمية أساسية تُنتج خامة إخراجية)، وخامات الصور النقطية (التي تُنشأ في تطبيق لتحرير الصور أو تُستورد من كاميرا رقمية ) من الطرق الشائعة لتطبيق تعريف الخامات على النماذج ثلاثية الأبعاد في برامج رسومات الحاسوب. في حين أن وضع الخامات على سطح النموذج يتطلب غالبًا تقنية تُعرف باسم رسم خرائط الأشعة فوق البنفسجية (تخطيط يدوي عشوائي لإحداثيات الخامة) للأسطح المضلعة ، فإن أسطح B-spline غير المنتظمة العقلانية (NURB) لها معلمات خاصة بها تُستخدم كإحداثيات للخامة. يشمل رسم خرائط الخامات أيضًا تقنيات لإنشاء خرائط عادية وخرائط نتوءات تُطابق الخامة لمحاكاة الارتفاع، وخرائط انعكاسات لامعة للمساعدة في محاكاة اللمعان وانعكاسات الضوء، بالإضافة إلى رسم خرائط البيئة لمحاكاة الانعكاس الشبيه بالمرآة، والذي يُسمى أيضًا اللمعان.

مضاد التعرج

يؤدي عرض الكيانات غير المعتمدة على الدقة (مثل النماذج ثلاثية الأبعاد) على أجهزة العرض النقطية (القائمة على البكسل)، كشاشات الكريستال السائل أو أجهزة التلفاز ذات أنبوب أشعة الكاثود، إلى ظهور تشوهات في الحواف، خاصةً على طول الحواف الهندسية وحدود تفاصيل النسيج؛ وتُعرف هذه التشوهات بشكل غير رسمي باسم " الخطوط المسننة ". تعمل طرق منع التعرج على معالجة هذه المشاكل، مما ينتج عنه صور أكثر جاذبية للمشاهد، ولكنها قد تكون مكلفة حسابيًا. يمكن استخدام خوارزميات متنوعة لمنع التعرج (مثل أخذ العينات الفائقة )، ثم تخصيصها لتحقيق أفضل أداء عرض مقابل جودة الصورة الناتجة؛ لذا ينبغي على مصمم الرسومات مراعاة هذه المفاضلة عند استخدام طرق منع التعرج. إن عرض نسيج نقطي قبل عملية منع التعرج على شاشة (أو موقع على الشاشة) بدقة مختلفة عن دقة النسيج نفسه (مثل نموذج مزخرف على مسافة من الكاميرا الافتراضية) سيُظهر تشوهات التعرج، بينما أي نسيج مُعرَّف إجرائيًا سيُظهر دائمًا تشوهات التعرج لأنه مستقل عن الدقة؛ تساعد تقنيات مثل رسم الخرائط المتداخلة وتصفية النسيج في حل مشاكل التعرج المتعلقة بالنسيج.

تقنية عرض الحجم هي أسلوب يُستخدم لعرض إسقاط ثنائي الأبعاد لمجموعة بيانات ثلاثية الأبعاد مُستخلصة بشكل منفصل. تتكون مجموعة البيانات ثلاثية الأبعاد النموذجية من مجموعة من صور الشرائح ثنائية الأبعاد التي تم الحصول عليها بواسطة جهاز التصوير المقطعي المحوسب أو جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي .

عادةً ما تُؤخذ هذه الصور بنمط منتظم (مثلاً، شريحة واحدة كل مليمتر) وتحتوي عادةً على عدد منتظم من وحدات البكسل بنمط منتظم. هذا مثال على شبكة حجمية منتظمة، حيث يُمثَّل كل عنصر حجمي، أو فوكسل، بقيمة واحدة تُستخلص من خلال أخذ عينات من المنطقة المحيطة مباشرةً بالفوكسل.

النمذجة ثلاثية الأبعاد هي عملية تطوير تمثيل رياضي هيكلي لأي جسم ثلاثي الأبعاد، يُسمى "نموذج ثلاثي الأبعاد"، باستخدام برامج متخصصة. يمكن إنشاء النماذج تلقائيًا أو يدويًا؛ وتُشبه عملية النمذجة اليدوية، التي تتضمن إعداد البيانات الهندسية لرسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد، الفنون التشكيلية كالنحت . يمكن إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد باستخدام عدة طرق: استخدام NURBS لإنشاء أسطح دقيقة وناعمة، أو نمذجة الشبكة المضلعة (معالجة الأشكال الهندسية متعددة الأوجه)، أو تقسيم الشبكة المضلعة (تقسيم متقدم للمضلعات، ينتج عنه أسطح ناعمة مشابهة لنماذج NURBS). يمكن عرض النموذج ثلاثي الأبعاد كصورة ثنائية الأبعاد من خلال عملية تُسمى العرض ثلاثي الأبعاد ، أو استخدامه في محاكاة حاسوبية للظواهر الفيزيائية، أو تحريكه مباشرةً لأغراض أخرى. كما يمكن إنشاء النموذج فعليًا باستخدام أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد .

كان تشارلز كسوري رائدًا في مجال الرسوم المتحركة الحاسوبية والفنون الجميلة الرقمية، وقد ابتكر أول فن حاسوبي في عام 1964. وقد اعترفت مؤسسة سميثسونيان بكسوري باعتباره أب الفن الرقمي والرسوم المتحركة الحاسوبية، كما اعترف متحف الفن الحديث (MoMA) وجمعية آلات الحوسبة - SIGGRAPH بأنه رائد في مجال الرسوم المتحركة الحاسوبية .

يُعدّ دونالد ب. غرينبيرغ رائدًا في مجال ابتكار رسومات الحاسوب. ألّف غرينبيرغ مئات المقالات، وعمل مُعلّمًا ومُرشدًا للعديد من فناني ومصممي الرسوم المتحركة والباحثين البارزين في مجال رسومات الحاسوب، مثل روبرت ل. كوك ، ومارك ليفوي ، وبرايان أ. بارسكي ، وواين ليتل . وقد فاز العديد من طلابه السابقين بجوائز الأوسكار لإنجازاتهم التقنية، كما فاز عدد منهم بجائزة سيغراف للإنجاز. وكان غرينبيرغ المدير المؤسس لمركز مؤسسة العلوم الوطنية لرسومات الحاسوب والتصوير العلمي.

كان نول من أوائل الباحثين الذين استخدموا الحاسوب الرقمي لإنشاء أنماط فنية ولإضفاء الطابع الرسمي على استخدام العمليات العشوائية في الفنون البصرية . بدأ نول في ابتكار الفن الرقمي عام ١٩٦٢، مما جعله من أوائل الفنانين الرقميين. وفي عام ١٩٦٥، كان نول، إلى جانب فريدر ناكه وجورج نيس، أول من عرضوا أعمالهم الفنية الحاسوبية علنًا . وخلال شهر أبريل من العام نفسه، عرض معرض هوارد وايز أعمال نول الفنية الحاسوبية إلى جانب أنماط النقاط العشوائية للفنان بيلا جولز .

جاك بريسنهام أستاذ سابق في علوم الحاسوب. طوّر خوارزمية خط بريسنهام ، وهي أشهر اختراعاته عام 1962، وخوارزمية دائرة نقطة المنتصف . تقاعد بعد 27 عامًا من الخدمة في شركة IBM كعضو كبير في الطاقم الفني، ودرّس لمدة 16 عامًا في جامعة وينثروب ، ولديه تسع براءات اختراع .

• بيير بيزييه
• جيم بلين
• جون كارماك
• بول دي كاستيلجو
• إد كاتمول
• فرانك كرو
• جيمس د. فولي
• ويليام فيتر
• هنري فوكس
• هنري غورو
• تشارلز لوب
• نادية ماجنانات تالمان
• بينوا ماندلبروت
• مارتن نيويل
• فريد بارك
• بوي تونغ فونغ
• ستيف راسل
• دانيال ج. ساندين
• ألفي راي سميث
• بوب سبرول
• إيفان ساذرلاند
• دانيال ثالمان
• جونسون ك. يان
• أندريس فان دام
• جون وارنوك
• ج. تيرنر ويتد
• لانس ويليامز
• جيم كاجيا
• جيمس هـ. كلارك

• سيغراف
• GDC
• مختبرات بيل للهواتف
• شركة Link Flight Simulation، قسم من شركة Singer
• القوات المسلحة الأمريكية ، ولا سيما حاسوب ويرل ويند ومشروع سيج
• بوينغ
• يوروغرافيكس
• إيفانز وسوذرلاند
• شركة آي بي إم
• رينو
• معهد نيويورك للتكنولوجيا
• قسم علوم الحاسوب بجامعة يوتا
• لوكاس فيلم وإندستريال لايت آند ماجيك
• أوتوديسك
• أنظمة أدوبي
• بيكسار
• سيليكون جرافيكس ، مجموعة كرونوس ، وأوبن جي إل
• قسم DirectX في مايكروسوفت
• إنفيديا
• AMD (ATI Technologies)