3D nedir, nasıl başlamıştır

3D Nedir ?

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.

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. )

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.

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.

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.

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.

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.

1964 Sketchpad ile çizilmiş araba

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.

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.

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

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.

1971 Cornell Universitesi (çizim:Donald Greenberg ve öğrencileri)

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.

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.

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.

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://design.osu.edu/carlson/history/html-files/cornell-awb.html
http://www.siggraph.org

Ekleyen: drekon