home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HPAVC / HPAVC CD-ROM.iso / HOMEWORK.ZIP / ISCOMP.TXT < prev    next >
Text File  |  1998-07-25  |  18KB  |  270 lines

  1. Date sent:        Sat, 27 Apr 1996 18:31:21 -0600
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  IS 490 
  6. SPECIAL TOPICS
  7. Computer Graphics
  8. Lance Allen
  9. May 6, 1996
  10.  
  11.  
  12. Table of Contents
  13. Introduction                                    3
  14. How It Was                                3
  15. How It All Began                            4
  16. Times Were Changing                        6
  17. Industry's First Attempts                        7
  18. The Second Wave                            10
  19.  How the Magic is Made                        11
  20. Modeling                                    12
  21. Animation                                    13
  22. Rendering                                    13
  23. Conclusion                                    15
  24. Bibliography                                    16
  25.  
  26. Introduction 
  27.  
  28. Hollywood has gone digital, and the old ways of doing things are dying.  Animation and
  29. special effects created with computers have been embraced by television networks,
  30. advertisers, and movie studios alike.  Film editors, who for decades worked by painstakingly
  31. cutting and gluing film segments together, are now sitting in front of computer screens. 
  32. There, they edit entire features while adding sound that is not only stored digitally, but
  33. also has been created and manipulated with computers.  Viewers are witnessing the results of
  34. all this in the form of stories and experiences that they never dreamed of before. Perhaps
  35. the most surprising aspect of all this, however, is that the entire digital effects and
  36. animation industry is still in its infancy.  The future looks bright. How It Was    
  37.  
  38. In the beginning, computer graphics were as cumbersome and as hard to control as dinosaurs
  39. must have been in their own time.  Like dinosaurs, the hardware systems, or muscles, of
  40. early computer graphics were huge and ungainly.  The machines often filled entire buildings.
  41.  Also like dinosaurs, the software programs or brains of computer graphics were hopelessly
  42. underdeveloped.  Fortunately for the visual arts, the evolution of both brains and brawn of
  43. computer graphics did not take eons to develop.  It has, instead, taken only three decades
  44. to move from science fiction to current technological trends.  With computers out of the
  45. stone age, we have moved into the leading edge of the silicon era. Imagine sitting at a
  46. computer without any visual feedback on a monitor.  There would be no spreadsheets, no word
  47. processors, not even simple games like solitaire.  This is what it was like in the early
  48. days of computers.  The only way to interact with a computer at that time was through toggle
  49. switches, flashing lights, punchcards, and Teletype printouts. How It All Began 
  50.  
  51. In 1962, all this began to change. In that year, Ivan Sutherland, a Ph.D. student at (MIT),
  52. created the science of computer graphics.  For his dissertation, he wrote a program called
  53. Sketchpad that allowed him to draw lines of light directly on a cathode ray tube (CRT).  The
  54. results were simple and primitive. They were a cube, a series of lines, and groups of
  55. geometric shapes.  This offered an entirely new vision on how computers could be used.  In
  56. 1964, Sutherland teamed up with Dr. David Evans at the University of Utah to develop the
  57. world's first academic computer graphics department. Their goal was to attract only the most
  58. gifted students from across the country by creating a unique department that combined hard
  59. science with the creative arts.  They new they were starting a brand new industry and wanted
  60. people who would be able to lead that industry out of its infancy. Out of this unique mix of
  61. science and art, a basic understanding of computer graphics began to grow. Algorithms for
  62. the creation of solid objects, their modeling, lighting, and shading were developed.  This
  63. is the roots virtually every aspect of today's computer graphics industry is based on. 
  64. Everything from desktop publishing to virtual reality find their beginnings in the basic
  65. research that came out of the University of Utah in the 60's and 70's. During this time,
  66. Evans and Sutherland also founded the first computer graphics company. Aptly named Evans &
  67. Sutherland (E&S), the company was established in 1968 and rolled out its first computer
  68. graphics systems in 1969.  Up until this time, the only computers available that could
  69. create pictures were custom-designed for the military and prohibitively expensive. E&S's
  70. computer system could draw wireframe images extremely rapidly, and was the first commercial
  71. "workstation" created for computer-aided design (CAD).  It found its earliest customers in
  72. both the automotive and aerospace industries. Times Were Changing 
  73.  
  74. Throughout its early years, the University of Utah's Computer Science Department was
  75. generously supported by a series of research grants from the Department of Defense.  The
  76. 1970's, with its anti-war and anti-military protests, brought increasing restriction to the
  77. flows of academic grants, which had a direct impact on the Utah department's ability to
  78. carry out research. Fortunately, as the program wound down, Dr. Alexander Schure, founder
  79. and president of New York Institute of Technology (NYIT), stepped forward with his dream of
  80. creating computer-animated feature films. To accomplish this task, Schure hired Edwin
  81. Catmull, a University of Utah Ph.D., to head the NYIT computer graphics lab and then
  82. equipped the lab with the best computer graphics hardware available at that time. When
  83. completed, the lab boasted over $2 million worth of equipment. Many of the staff came from
  84. the University of Utah and were given free reign to develop both two- and three-dimensional
  85. computer graphics tools. Their goal was to soon produce a full -length computer animated
  86. feature film. The effort, which began in 1973, produced dozens of research papers and
  87. hundreds of new discoveries, but in the end, it was far too early for such a complex
  88. undertaking. The computers of that time were simply too expensive and too under powered, and
  89. the software not nearly developed enough.  In fact, the first full length computer generated
  90. feature film was not to be completed until recently in 1995. By 1978, Schure could no longer
  91. justify funding such an expensive effort, and the lab's funding was cut back.  The ironic
  92. thing is that had the Institute decided to patent many more of its researcher's discoveries
  93. than it did, it would control much of the technology in use today. Fortunately for the
  94. computer industry as a whole, however, this did not happen.  Instead, research was made
  95. available to whomever could make good use of it, thus accelerating the technologies
  96. development. Industry's First Attempts    
  97.  
  98. As NYIT's influence started to wane, the first wave of commercial computer graphics studios
  99. began to appear. Film visionary George Lucas (creator of Star Wars and Indiana Jones
  100. trilogies) hired Catmull from NYIT in 1978 to start the Lucasfilm Computer Development
  101. Division, and a group of over half-dozen computer graphics studios around the country opened
  102. for business. While Lucas's computer division began researching how to apply digital
  103. technology to filmmaking, the other studios began creating flying logos and broadcast
  104. graphics for various corporations including TRW, Gillette, the National Football League, and
  105. television programs, such as "The NBC Nightly News" and "ABC World News Tonight." Although
  106. it was a dream of these initial computer graphics companies to make movies with their
  107. computers, virtually all the early commercial computer graphics were created for television.
  108.  It was and still is easier and far more profitable to create graphics for television
  109. commercials than for film. A typical frame of film requires many more computer calculations
  110. than a similar image created for television, while the per-second film budget is perhaps
  111. about one-third as much income. The actual wake-up call to the entertainment industry was
  112. not to come until much later in 1982 with the release of Star-Trek II: The Wrath of Kahn.
  113. That movie contained a monumental sixty seconds of the most exciting full-color computer
  114. graphics yet seen. Called the "Genesis Effect," the sequence starts out with a view of a
  115. dead planet hanging lifeless in space. The camera follows a missiles trail into the planet
  116. that is hit with the Genesis Torpedo.  Flames arc outwards and race across the surface of
  117. the planet.  The camera zooms in and follows the planets transformation from molten lava to
  118. cool blues of oceans and mountains shooting out of the ground.  The final scene spirals the
  119. camera back out into space, revealing the cloud-covered newly born planet. These sixty
  120. seconds may sound uneventful in light of current digital effects, but this remarkable scene
  121. represents many firsts.  It required the development of several radically new computer
  122. graphics algorithms, including one for creating convincing computer fire and another to
  123. produce realistic mountains and shorelines from fractal equations. This was all created by
  124. the team at Lucasfilm's Computer Division. In addition, this sequence was the first time
  125. computer graphics were used as the center of attention, instead of being used merely as a
  126. prop to support other action. No one in the entertainment industry had seen anything like
  127. it, and it unleashed a flood of queries from Hollywood directors seeking to find out both
  128. how it was done and whether an entire film could be created in this fashion. Unfortunately,
  129. with the release of TRON later that same year and The Last Starfighter in 1984, the answer
  130. was still a decided no.
  131.  Both of these films were touted as a technological tour-de-force, which, in fact, they
  132.  were. The films' graphics were extremely well executed, the best seen up to that point, but
  133.  they could not save the film from a weak script.  Unfortunately, the technology was greatly
  134.  oversold during the film's promotion and so in the end it was technology that was blamed
  135.  for the film's failure. With the 1980s came the age of personal computers and dedicated
  136.  workstations. Workstations are minicomputers that were cheap enough to buy for one person.
  137.  Smaller was better, aster, an much, much cheaper.  Advances in silicon chip technologies
  138.  brought massive and very rapid increases in power to smaller computers along with drastic
  139.  price reductions.  The costs of commercial graphics plunged to match, to the point where
  140.  the major studios suddenly could no longer cover the mountains of debt coming due on their
  141.  overpriced centralized mainframe hardware. 
  142. With their expenses mounting, and without the extra capital to upgrade to the newer cheaper
  143. computers, virtually every independent computer graphics studio went out of business by
  144. 1987. All of them, that is, except PDI, which went on to become the largest commercial
  145. computer graphics house in the business and to serve as a model for the next wave of
  146. studios. The Second Wave 
  147.  
  148. Burned twice by TRON and The Last Starfighter, and frightened by the financial failure of
  149. virtually the entire industry, Hollywood steered clear of computer graphics for several
  150. years. Behind the scenes, however, it was building back and waiting for the next big break.
  151.  The break materialized in the form of a watery creation for the James Cameron 1989 film,
  152.  The Abyss. For this film, the group at George Lucas' Industrial Light and Magic (ILM)
  153.  created the first completely computer-generated entirely organic looking and thoroughly
  154.  believable creature to be realistically integrated with live action footage and characters.
  155.  This was the watery pseudopod that snaked its way into the underwater research lab to get a
  156.  closer look at its human inhabitants.  In this stunning effect, ILM overcame two very
  157.  difficult problems: producing a soft-edged, bulgy, and irregular shaped object, and
  158.  convincingly anchoring that object in a live-action sequence. Just as the 1982 Genesis
  159.  sequence served as a wake-up call for early film computer graphics, this sequence for The
  160.  Abyss was the announcement that computer graphics had finally come of age.  A massive
  161.  outpouring of computer-generated film graphics has since ensued with studios from across
  162.  the entire spectrum participating in the action. From that point on, digital technology
  163.  spread so rapidly that the movies using digital effects have become too numerous to list in
  164.  entirety.  However they include the likes of Total Recall, Toys, Terminator 2: Judgment
  165.  Day, The Babe, In the Line of Fire, Death Becomes Her, and of course, Jurassic Park.
  166. How the Magic is Made 
  167.  
  168. Creating computer graphics is essentially about three things: Modeling, Animation, and
  169. Rendering.  Modeling is the process by which 3-dimensional objects are built inside the
  170. computer; animation is about making those objects come to life with movement, and rendering
  171. is about giving them their ultimate appearance and looks.
  172.  Hardware is the brains and brawn of computer graphics, but it is powerless without the
  173.  right software. It is the software that allows the modeler to build a computer graphic
  174.  object, that helps the animator bring this object to life, and that, in the end, gives the
  175.  image its final look. Sophisticated computer graphics software for commercial studios is
  176.  either purchased for $30,000 to $50,000, or developed in-house by computer programmers. 
  177.  Most studios use a combination of both, developing new software to meet new project needs.
  178.  
  179. Modeling 
  180.  
  181. Modeling is the first step in creating any 3D computer graphics. Modeling in computer
  182. graphics is a little like sculpting, a little like building models with wood, plastic and
  183. glue, and a lot like CAD. Its flexibility and potential are unmatched in any other art form.
  184.  With computer graphics it is possible to build entire worlds  and entire realities.  Each
  185. can have its own laws, its own looks, and its own scale of time and space. 
  186.  Access to these 3-dimensional computer realities is almost always through the 2-dimensional
  187.  window of a computer monitor.  This can lead to the misunderstanding that 3-D modeling is
  188.  merely the production perspective drawings.  This is very far from the truth.  All elements
  189.  created during any modeling session possess three full dimensions and at any time can be
  190.  rotated, turned upside down, and viewed from any angle or perspective.  In addition, they
  191.  may be re-scaled, reshaped, or resized whenever the modeler chooses. Modeling is the first
  192.  step in creating any 3-dimensional computer animation.  It requires the artist's ability to
  193.  visualize mentally the objects being built, and the craftsperson's painstaking attention to
  194.  detail to bring it to completion. To create an object, a modeler starts with a blank screen
  195.  an sets the scale of the computer's coordinate system for that element. The scale can be
  196.  anything from microns to light years across in size.  It is important that scale stays
  197.  consistent with all elements in a project. A chair built in inches will be lost in a living
  198.  room built in miles. The model is then created by building up layers of lines and patches
  199.  that define the shape of the object.
  200. Animation
  201.  
  202.  While it is the modeler that contains the power of creation, it is the animator who
  203.  provides the illusion of life. The animator uses the tools at his disposal to make objects
  204.  move. Every animation process begins essentially the same way, with a storyboard.  
  205. A storyboard is a series of still images that shows how the elements will move and interact
  206. with each other.  This process is essential so that the animator knows what movements need
  207. to be assigned to objects in the animation. Using the storyboard, the animator sets up key
  208. points of movements for each object in the scene.  The computer then produces motion for
  209. each object on a frame by frame basis.  The final result when assembled, gives the form of
  210. fluid movement. Rendering
  211.  
  212. The modeler gives form, the animator provides motion, but still the animation process is not
  213. complete.  The objects and elements are nothing but empty or hollow forms without any
  214. surface.  They are merely outlines until the rendering process is applied. Rendering is the
  215. most computational time demanding aspect of the entire animation process. During the
  216. rendering process, the computer does virtually all the work using software that has been
  217. purchased or written in-house. It is here that the animation finally achieves its final
  218. look. Objects are given surfaces that make it look like a solid form.  Any type of look can
  219. be achieved by varying the looks of the surfaces. The objects finally look concrete.  Next,
  220. the objects are lighted. The look of the lighting is affected by the surfaces of the
  221. objects, the types of lights, and the mathematical models used to calculate the behavior of
  222. light. Once the lighting is completed, it is now time to create what the camera will see. 
  223. The computer calculates what the camera can see following the designs of the objects in the
  224. scene.  Keep in mind that all the objects have tops, sides, bottoms, and possibly insides.
  225. Types of camera lens, fog, smoke, and other effects all have to be calculated.  To create
  226. the final 2-D image, the computer scans the resulting 3D world and pulls out the pixels that
  227. the camera can see.  The image is then sent to the monitor, to videotape, or to a film
  228. recorder for display.  The multiple 2D still frames, when all assembled, produce the final
  229. animation.    
  230.  
  231. Conclusion
  232.  
  233. Much has happened in the commercial computer graphics industry since the decline of the
  234. first wave of studios and the rise of the second. Software and hardware costs have
  235. plummeted. The number of well-trained animators and programmers has increased dramatically.
  236. And at last, Hollywood and the advertising community have acknowledged that the digital age
  237. has finally arrived, this time not to disappear. All these factors have lead to an explosion
  238. in both the size of existing studios and the number of new enterprises opening their doors.
  239.  As the digital tide continues to rise, only one thing is certain. We have just begun to see
  240.  how computer technology will change the visual arts.
  241.  
  242. BIBLIOGRAPHY
  243.  
  244.  
  245. How Did They Do It? Computer Illusion in Film & TV , Alpha Books 1994;
  246. Christopher W. Baker
  247.  
  248.  
  249. Computer Graphics World, Volume 19, Number 3; March 1996;
  250.  Evan Hirsch, "Beyond Reality"
  251.  
  252.  
  253. Computer Graphics World, Volume 19, Number 4; April 1996;
  254.  Evan Marc Hirsch, "A Changing Landscape"
  255.  
  256.  
  257. Windows NT Magazine, Issue #7, March 1996;
  258.  Joel Sloss, "There's No Business Like Show Business"
  259.  
  260.  
  261. Cinescape, Volume 1, Number 5; February 1995;
  262.  Beth Laski, "Ocean of Dreams"
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269. 16
  270.