Die ersten Bildschirme
Die Wissenschaften, die hinter der Computergrafik stehen, sind die Elektrotechnik, die Elektronik und das Fernsehen, so wie diese Gebiete in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts standen. Bildschirme hatten schon früher gefertigte Bilder gezeigt. Die Brüder Lumière benutzten ab 1895 Mattes für Spezialeffekte im Film. Diese Darstellungen waren begrenzt, und sie waren nicht interaktiv. Nichts, was man im Raum tat, änderte das Bild. Hinausgehen ausgenommen.
Die erste Kathodenstrahlröhre, die Braunsche Röhre, wurde 1897 erfunden. Aus ihr kamen das Oszilloskop und das militärische Kontrollpult, die näheren Vorfahren des Gebiets. Sie waren die ersten zweidimensionalen elektronischen Anzeigen, die auf ein Programm oder auf die Eingabe einer Person antworteten. Trotzdem war die Computergrafik bis in die 1950er Jahre kaum ein Fach. Sie entstand nach dem Krieg aus der Arbeit von Universitäten und Laboratorien an weiter entwickelten Computern und aus militärischer Arbeit an Radar, Luftfahrt und Raketentechnik. Diese Vorhaben erzeugten mehr Information, als eine Reihe von Zeigerinstrumenten zeigen konnte. Neue Anzeigen wurden gebaut, um das zu bewältigen, und das Fach kam mit ihnen.
Whirlwind, ein Lichtgriffel, ein Tennisspiel
Frühe Vorhaben wie Whirlwind und SAGE machten aus der Kathodenstrahlröhre eine brauchbare Anzeige und einen Weg der Interaktion, und sie führten den Lichtgriffel als Eingabegerät ein. Douglas T. Ross schrieb am System Whirlwind SAGE ein kleines Programm, das die Bewegung seines Fingers aufnahm und den Vektor dieser Bewegung, seinen nachgezogenen Namen, auf einem Oszilloskop anzeigte. Es ist eine bescheidene Demo. Es ist auch die ganze Idee in einer Geste. Eine Hand bewegt sich, die Maschine zeichnet den Weg auf, der Schirm zeigt den Weg.
1958 baute William Higinbotham im Brookhaven National Laboratory Tennis for Two, zur Unterhaltung der Besucher. Es lief auf einem Oszilloskop und simulierte ein Tennismatch. Es ist eines der ersten interaktiven Spiele mit einem Bild, das sich erkennen und spielen ließ. 1959, noch am MIT, arbeitete Ross daran, mathematische Aussagen in dreidimensionale Werkzeugbahnen für eine Maschine zu überführen. Dabei setzte er eine Zeichentrickfigur von Disney auf ein Anzeigeoszilloskop. Die ernsthafte Arbeit und das Bild teilten sich schon eine Maschine.
Hewlett-Packard ging 1957 an die Börse, als Gesellschaft eingetragen schon im Jahrzehnt davor, und die Bindungen der Gründer an Stanford waren eng. Diese Beziehung gehört dazu, wie aus der südlichen San Francisco Bay der Ort wurde, der später Silicon Valley hieß. Die Computergrafik wuchs neben dem Hardwaregeschäft auf, nicht abseits davon. Ein Bild brauchte eine Anzeige, eine Anzeige brauchte Schaltungen, und die Schaltungen waren ein Produkt.
Sketchpad
1959 wurde der TX-2 am Lincoln Laboratory des MIT gebaut, mit einer Reihe neuer Arten, auf die eine Person und eine Maschine sich begegnen konnten. Mit einem Lichtgriffel ließ sich auf dem Computer zeichnen. Ivan Sutherlands Sketchpad, auf dieser Maschine um 1962 gebaut und 1963 vorgeführt, ist das Programm, auf das man noch immer zeigt. Mit dem Griffel ließen sich einfache Formen zeichnen, speichern und wieder aufrufen.
In der Spitze des Griffels saß eine kleine Fotozelle. Die Zelle gab einen Impuls ab, sobald die Elektronenkanone des Schirms genau auf sie feuerte. Legt man den Impuls auf die Stellung, die die Kanone gerade einnimmt, weiß man, wo der Griffel ist. Der Computer kann dort dann einen Cursor zeichnen. Es ist ein einfacher Kniff, und er löste ein Problem, das sperrig ausgesehen hatte. Der Schirm ist ein wandernder Lichtpunkt, keine Fläche, die sich anfassen lässt, also ist „wo ist der Griffel“ in der Zeit zu fragen und nicht am Ort.
Sketchpad änderte auch, was eine Zeichnung war. Wer ein Quadrat will, muss nicht vier Linien hegen, bis sie sich treffen. Man sagt, dass man einen Kasten will, und man sagt, wo und wie groß. Die Software baut ihn. Besser noch: Sutherlands Programm modellierte Gegenstände, nicht bloß Bilder von Gegenständen. An einem Modell eines Autos ließ sich die Größe der Reifen ändern, ohne den Rest des Autos zu berühren, oder die Karosserie strecken, ohne die Reifen zu verformen. Ein großer Teil der späteren Zeichenprogramme arbeitet noch genau damit. Zwangsbedingungen, und ein Modell statt einer fertigen Markierung, das sind die beiden Ideen. Dreidimensionale Grafik setzt bei der zweiten an. Timothy Johnsons Sketchpad III zeigte im selben Jahr eine Perspektivansicht neben Draufsicht, Vorderansicht und Seitenansicht, als interaktive Drahtmodelle. Verdeckte Kanten blieben sichtbar. In seinen Daten war das Bild dreidimensional, und auf der flachen Röhre blieb es ein Gewirr von Linien.
Ein Name, ein Spiel, eine Firma
1961 schrieb Steve Russell, ein weiterer Student am MIT, Spacewar! für die DEC PDP-1. Kopien verbreiteten sich zu anderen Besitzern einer PDP-1. DEC selbst bekam auch eine, und die Ingenieure benutzten das Spiel als Diagnose an jeder neuen Maschine, bevor sie ausgeliefert wurde. Im Verkauf lernte man, es für die Kundschaft einzuschalten und es das erste Videospiel der Welt zu nennen. Higinbothams Tennis war ihm um fast drei Jahre zuvorgekommen, aber das Tennis war im Labor geblieben. Spacewar reiste mit dem Computer.
Um 1961 und 1962 schrieb Elizabeth Waldram an der Universität Cambridge Code, der Karten der Radioastronomie auf einer Kathodenstrahlröhre anzeigte. Das Bild war kein Spiel und kein Zeichentrick. Es war die Ausgabe eines wissenschaftlichen Instruments, gezeichnet, weil eine Tabelle von Zahlen die falsche Gestalt für die Frage hatte. 1963 machte E. E. Zajac bei den Bell Telephone Laboratories einen Film, auf einer IBM 7090, der zeigte, wie sich die Fluglage eines Satelliten auf seiner Umlaufbahn ändern ließ. Ken Knowlton, Frank Sinden, Ruth A. Weiss und Michael Noll arbeiteten im selben Labor. Sindens Film Force, Mass and Motion führte die Gesetze Newtons vor. Am Lawrence Radiation Laboratory machte Nelson Max Filme einer zähen Flüssigkeit und von Stoßwellen. Boeing machte einen Film von einem schwingenden Flugzeug. Das frühe Vorführband des Gebiets ist ein Vorführband von Leuten, die ein physikalisches System jemandem erklären, der die Gleichungen nicht lesen würde.
Anfang der 1960er Jahre benutzte Pierre Bézier bei Renault die Kurven von Paul de Casteljau, heute Bézierkurven genannt, um Karosserien zu modellieren. Kurven lassen sich schwerer gut zeichnen als Polygone. Sie sind auch das, was ein Karosserieblech tatsächlich ist. Ein großer Teil des späteren Modellierens ruht auf dieser Werkstattmathematik.
Firmen kamen schnell hinzu. TRW, Lockheed-Georgia, General Electric und Sperry Rand gehörten zu denen, die Mitte der 1960er Jahre tätig waren. IBM antwortete mit dem Grafikterminal 2250, dem ersten kommerziell erhältlichen Grafikcomputer. 1966 entwickelte Ralph Baer bei Sanders Associates ein Heimspiel, das Magnavox später als Odyssey verkaufte. Es war einfach, und die Elektronik war billig. Eine Spielerin konnte damit Lichtpunkte über einen Fernseher schieben. Es war das erste Konsumprodukt des Gebiets.
David Evans war von 1953 bis 1962 Leiter der Entwicklung in der Computersparte von Bendix, danach Gastprofessor in Berkeley, interessiert daran, wie Computer und Menschen sich begegnen. 1966 holte die Universität Utah ihn, um einen Studiengang in Informatik aufzubauen, und Grafik wurde sein Hauptthema. Die Abteilung wurde in den 1970er Jahren zum wichtigsten Forschungszentrum des Gebiets.
1966 baute Sutherland die erste computergesteuerte Anzeige, die am Kopf getragen wurde. Sie zeigte zwei Drahtbilder, eines für jedes Auge, sodass die Szene in Stereo zu sehen war. Die Hardware, die die Anzeige und den Tracker hielt, war schwer genug, um „Sword of Damocles“ genannt zu werden, das Damoklesschwert, aus dem offensichtlichen Grund. Eine am Kopf getragene Anzeige mit dem Ziel der virtuellen Realität war schon 1960 patentiert worden. Sutherlands Maschine ist diejenige, die ein Computer antrieb und die als Grafik gezeichnet wurde. Er ging vom MIT zur ARPA, dann nach Harvard, und 1967 holte Evans ihn nach Utah.
1968 gründeten Evans und Sutherland die erste Firma, die sich der Hardware für Computergrafik widmete. Sutherland hatte sie in Cambridge, Massachusetts, gewollt. Salt Lake City setzte sich durch, weil die Forschungsgruppe dort saß. Im selben Jahr beschrieb Arthur Appel bei IBM in Yorktown Heights den ersten Raycasting-Algorithmus, den Anfang einer Familie von Verfahren, die das Licht von einer Quelle zu einer Oberfläche und in die Kamera verfolgen. 1969 rief die Association for Computing Machinery die SIGGRAPH ins Leben, eine Fachgruppe für das Gebiet. Die erste Jahrestagung war 1973. Dort wird noch immer über einen großen Teil der veröffentlichten Arbeit gestritten.
Zwei weitere Namen gehören in diese Jahre, weil die Arbeit konkret ist. Jack Bresenham ersann 1962 den Linienalgorithmus, der noch seinen Namen trägt, und später den Mittelpunktalgorithmus für Kreise. Er verbrachte 27 Jahre bei IBM und lehrte danach in Winthrop. Charles Csuri machte 1964 das, was als erste Computerkunst gezählt wird. A. Michael Noll machte seit 1962 digitale Kunst und setzte Zufallsverfahren mit Absicht ein, und 1965 stellten er, Frieder Nake und Georg Nees als Erste Computerkunst öffentlich aus. Im April jenes Jahres zeigte die Howard Wise Gallery Arbeiten von Noll neben Zufallspunktmustern von Bela Julesz. Das erste Jahrzehnt des Gebiets enthielt schon ein Spiel, eine Anzeige für Waffen, eine Karosserie, einen Satelliten und eine Galeriewand. Ein Bild, das die meisten Haushalte als von einem Computer kommend erkannt hätten, enthielt es noch nicht.