Günümüzdeki bilgisayar grafikleri bu zamana gelene kadar hangi devrelerden geçti?
Bilgisayar grafiklerinin oluşurulması bugün kolay gibi görünebilir, ancak günümüze gelmesi uzun ve zorlu bir takım dönemlerden geçerek oldu. Bir metin birkaç karakterden oluşur, ancak aynısını grafikler için söylemek mümkün değil: grafikler sayısal olarak hesaplama gücü ve bellek gerektirmekte. İlk zamanlar grafiklerin basit oluşuna rağmen grafiklere olan ilgi oldukça yüksekti.
Bu makalemizde noktalarla çizim yapan ilk bilgisayarlardan, ilk grafik çipinin ortaya çıkışına bilgisayar grafiklerinin gelişimini, grafiklerin o günlerden bugünlere dek hangi evrelerden geçtiğini ele aldık.
Bilgisayarların günümüzdeki gerçeğe yakın grafikleri yüksek hızlarda oluşturan grafik işlemcilere ve donanımlara ulaşana dek ne dönemlerden geçtiğini ve o dönemde grafiklerin nasıl oluşturulduğunu merak ediyorsanız hepsinin cevabını makalemizde bulacaksınız.
Yanıp sönen ışıklardan grafik çizicilere
Yanıp sönen ışıklardan grafik çizicilere...
Bilgisayar kullanarak metin yazmak nispeten kolay bir işlemdi. Bilgisayar tarihinin ilk günlerinde bile ondalık dizilimleri metne dönüştürecek cihazlar mevcuttu. Örneğin ordular yıllarca teleks cihazlarını kullanmıştı.
İlk bilgisayarlar giriş ve çıkış için çoğunlukla zımbalı kart veya kağıt şerit kullanıyordu. Bilgisayarların bir resim üretme olanağı ise değerlendirilmişti.
IBM 1952'de 701 model bir çıktı yazıcısı üretmiş, 1954'de ise basit grafik çözümünü (model 740 'Katot Işın Tüpü Çıktı Kaydedicisi' ortaya çıkarmıştı.
IBM'in 740 model bilgisayarı, grafiklere olan talebin ne denli yüksek olduğunun ve anlamlı bir grafik içerik üretmenin ne kadar güç olduğunun işaretiydi. 740, bir kameranın bağlanabildiği katot ışın tüpünden meydana geliyordu. Dijitalden analoga dönüştürücüler ışın tüpünü sürüyor, çizgiler çizmesini sağlıyordu. Bu yöntem zamanla 'vektör grafikleri' olarak anılmaya başlandı.
IBM, saniyede 8.000 nokta çizen cihazıyla tabi ki övünüyordu. Ortaya çıkan resmi doğru bir biçimde boyutlandırmak ise mümkün değildi. Çizim işlemi başladığında kameranın kapağı açılıyor ve bittiğinde kapanıyordu. Film oluşturulduğunda ise onu görmek için beklemek gerekiyordu, dolayısıyla oyunlar için uygun değildi.
Yavaş bir bilgisayarla resim elde etmenin başka bir yolu daha vardı. CalComp'un kurucuları Gene Seid ve Robert Morton, bu fikri 1953'de geliştirmişlerdi. Fikir, iki eksen üzerinde bir kalem kullanmaya dayanıyordu. Cihaz, birkaç motor, kalemi satırın başına yerleştirecek ve satırın sonunda kaldıracak bir bileşenden meydana geliyordu. Kalemin nasıl çizgiler çizeceği yazılım ile hesaplanıyordu.
Zaman içinde çiziciye gerek bırakmayan yazılımlar geliştirildi. Bu yazılımlar sayesinde "m=1, plot y=mx+b for x=1 to 6," gibi daha kullanıcı dostu terimler kullanarak resmi açıklamak mükündü. Zamanla çizicilere yeni renkli kalemler de eklendi. Ancak renk sayısı sınırlıydı ve çizimler hala vektörlerdi.
Vektör grafiklerinin ortaya çıkışı
Vektör grafiklerinin ortaya çıkışı
1960'ların başında ise Ivan Sutherland, resmi çizerken değişiklikleri görebilme işlevinin büyük bir potansiyeli olduğunun farkına vardı. Ancak bunun için görüntü teknolojisinde bazı yenilikler gerekiyordu.
Bilgisayarlar giderek daha hızlı hale gelirken, vektör grafiklerini oluşturacak kadar güçlendiler. Çözünürlük bugünkü standartlarla karşılaştırıldığında çok düşük kalsa da o zaman yapılabilenlerin çok ötesindeydi. General Motors, MacDonald Douglas ve Ford, tasarımlarını geliştirmek için bilgisayar grafiklerini kullanmaya başladılar.
1964'de tanıtılan IBM 2250, 1024x1024 çözünürlüğüne sahipti. Çizilecek çizgilerin depolanması içinse belleği ve bir tür manyetik çekirdekleri kullanıyordu.
Vektör grafiklerinde en önemli dezavantaj, resmin karışık olmasına izin vermemesiydi.
Manyetik çekirdekler
Manyetik çekirdekler
Manyetik çekirdekler, o zaman için yeterli olsa da yüksek bir hıza sahip değillerdi. Fiyatları da oldukça pahalıydı. 1970'lerde 16.000 kelimelik 16 bit bellek modülü yaklaşık 15.000 dolar fiyatla satılıyordu ve büyük bir devre kartı boyutundaydı.
1970'de ise Intel, 1103 adındaki 1Kbit'lik RAM'ini tanıttı. Fiyatı başta pahalı olsa da üretim miktarı arttıkça azalacağı umuluyordu. Ancak çekirdek bellekler birkaç seneden sonra hayatını tamamladı.
Raster grafikleri oluşturmaya yönelik ilk gerçek fikir TV'ye benzer bir görüntüleyici kullanmak oldu. Bununla soldan sağa ve yukarıdan aşağı tarama çizgileri oluşturuyordu. En iyi çözüm ise RAM içeriğini ekran ile eşzamanlı olarak taramaktı. Ancak bu da RAM kullanımının sınırına ulaşmasına neden oluyordu.
Gerek duyulan şey ise bilgisayardan metin girdilerini alıp RAM'de gerekli içeriği oluşturacak bir esneklikti. Bundan daha iyisi belkide klavye girdileri okunabilir, bilgiler bilgisayara ve ekrana gönderilebilirdi.
Intel'in 1972'de meydana getirdiği 8080, 8-bit ASCII kodlarını okuyabiliyor, ekranda gösterilecek diziyi arayabiliyor ve RAM'a yazabiliyordu. Buradan donanım tarafından taranan veri, ekrana video sinyali olarak gönderiliyordu.
Bu ise bazı yeni olasılıkları doğurmuştu. Bazı üreticiler, resim oluşturmakta kullanılabilen bazı özel karakterler meydana getirdiler. Oluşturulan resim biraz kaba olsa da, hiç resim olmamasından iyiydi.
Renkli vektör grafikleri de mevcuttu ancak tatmin edici değillerdi. Örneğin farklı sınıftaki çizgileri ayırt etmek için kullanılabiliyorlardı. Ancak bu çizim hızını yavaşlatıyor, yenileme döngüsü içinde oluşturulabilecek detayı aza indirgiyordu.
Grafik işlemciler
Grafik işlemciler
Vektör grafiklerden alınan derslerle beraber, bilgisayarın ana işlemcisinin genel işlemler için kullanılması gerektiği ortaya çıkmıştı. Ayrı bir grafik işlemcisine duyulan ihtiyaç giderek artıyordu.
Profesyonel dünya, grafik işlemcisinin sanayide ve ticari olarak kullanımından şüphe içinde olsa da bir şey oldukça ilgi çekiyordu: 1972'de ortaya çıkan Pong adlı bilgisayar oyunu büyük yankı uyandırmıştı. Pong, çok sınırlı sayıda raster grafikleri ile oluşturulmuş siyah beyaz objeler kullanıyordu. Ancak oyun bilgisayarla oluşturulabilecek grafikler konusunda önemli bir fikir vermişti.
Bu sayede zamanla bir bilgisayar oyunu piyasası meydana geldi. Zamanla satış miktarları arttı ve bu da fiyatların düşmesine neden oldu. Bilgisayar oyunları artık bir kişisel bilgisayar alma nedeni haline gelmişti.
Bilgisayar oyunları grafiklere, renge ve harekete büyük ihtiyaç duyuyordu.
Amiga, 1985'de Motorola'nın grafik çipi üzerinde geliştirmeler yaptı ve kendi grafik işlemcisine sahip cihazını tanıttı. Tam renkli bir animasyon, kişisel bir cihazda birden bire mümkün hale gelmişti!
Ink jet ve lazer gibi yeni yazıcı teknolojileri de gelişmeye, metin dışında grafik çıktılar almak da mümkün hale gelmeye başlamıştı. Bu cihazlar ilk olarak 1980'lerin başında ortaya çıkmıştı, 1990'larda ise ink jet ve lazer yazıcılar birkaç sene önce tahmin bile edilemeyen grafikleri çizebilir hale gelmişlerdi.
Çözünürlükler giderek artıyor
Çözünürlükler giderek artıyor
Tüm bu gelişmeler yaşanırken IBM PC yerinde durmuyordu. IBM ilk zamanlar entegre bir grafik çipi sunmak yerine, resim oluşturmaya yönelik eklenti kartları kullanıyordu. 1981'de 720x320 çözünürlüğüne sahip tek renkli bilgisayarlar, 1987'de 16 renkli VGA grafiklerine ulaştı. 1990'da ise IBM'in XGA grafikleri 256 renkte 1024x768, 65.536 renkte 640x480 çözünürlüğü sunabiliyordu.
Tüm bu gelişmeler yaşanırken, bazıları çok daha hızlı grafiklere ihtiyaç duyuyordu. Bu nedenle bazı "iş istasyonları" geliştirildi. Bu bilgisayarlar tam renkte grafikleri animasyonlu olarak gösterebiliyordu. Silicon Graphics ve Sun'ın meydana getirdiği makineler, bazı yazılımlarla birlikte Hollywood animasyonları oluşturmakta kullanılmıştı.
Birden çok bilgisayardan oluşturulan 'farm'lar
Ancak iyi sayılabilecek animasyonlar hala gerçek zamanlı yapılamıyordu. Bunun için çok sayıda bilgisayar birbirine bağlanarak 'çiftlik' adı verilen bir ağ oluşturuluyordu. Bu sayede bir animasyonu oluşturmak için gereken süre azaltılmış oluyordu.
Bu fikir ise şöyle bir soruyu akıllara getirmişti: Birçok bilgisayar bir arada çalıştığı zaman resimler daha hızlı oluşturulabiliyorsa, neden tek bir iş istasyonunda daha fazla işlemci kullanılmıyordu?
Gerçek zamanlı resimleri oluşturacak bilgisayarlar günümüzde mevcut. Bellek yoğunluğu bugün giderek artıyor ve bu da daha yüksek çözünürlüklere izin veriyor. Disk sürücüleri, verileri uzun süreler saklamaya izin verirken boyut ve hız olarak da oldukça geliştiler.
İşlemcilerin gelişimi ise birkaç biçimde boy gösterdi. Grafik işlemcileri ve genel olarak işlemciler aynı çip üzerinde birkaç işlemciye sahip olabiliyorlar. Günümüzde ışık hızını alt edecek bir yol pratikte henüz bulunmadı. Bunun anlamı ise işlemci, bellek ve diğer bileşenlerin küçüldükçe daha hızlı bir hale gelmesi.
Bilgisayar grafiklerinin 20 sene içindeki gelişimine baktığımızda, önümüzdeki 20 senenin neler getirebileceğini sanırız kimse bilmiyor...