Евгений Ищенко - Двуликий электронный Янус

И то сказать. Миллионы изделий, выпускаемых в США, были спроектированы, начерчены и представлены на экране компьютера прежде, чем началось их промышленное производство. Благодаря машинной графике ученые смогли заглянуть внутрь молекул, проследить процессы, происходящие внутри умирающей звезды или в ходе ядерного взрыва. Человеческому разуму стало доступно ранее недостижимое. Все, что только можно себе вообразить, может быть изображено в мельчайших подробностях, в любых формах, подвергнуто анализу и изучению в любом разрезе и под любым углом зрения, в любом цвете и с любым увеличением. Каково?!

В промышленности – от аэрокосмической до легкой и текстильной – конструкторы широко используют компьютерные рабочие станции с графическим программным обеспечением, что позволяет свести к минимуму утомительную чертежную работу, освобождая время для творческого проектирования. Поскольку срок, проходящий от зарождения первоначальной идеи нового изделия до выпуска конечного продукта, становится все более критическим фактором, определяющим его успех на рынке, системы автоматического проектирования все настойчивее вторгаются в производственный процесс.

Да, во многих конструкторских бюро кульманы заменены мониторами компьютеров и инженеры-проектировщики не чертят, а комбинируют свои конструкции из готовых чертежей отдельных узлов и деталей, заложенных в память ЭВМ. Автоматизированное проектирование очень ускоряет и упрощает работу инженера, но, как показал эксперимент, проведенный в Техническом университете Дрездена (ФРГ), на ранних стадиях проектирования работа по старинке, с ватманом, карандашом и рейсфедером, предпочтительнее.

Большой группе студентов, будущим инженерам, умеющим работать с компьютерными программами для конструирования, в 2004 году предложили разработать гриль для барбекю. При этом 22 студентам дали только бумагу и готовальни, другим 22 пришлось самостоятельно рисовать свои наброски на компьютерном планшете, пользуясь электронным карандашом, а третью группу вооружили компьютерами с новейшей программой автоматического конструирования.

Результаты первых двух групп не только превосходили успехи компьютерных конструкторов, но и появились заметно быстрее. «Рукодельные» наброски к тому же легче читались. По мнению психологов, проводивших эксперимент, карандаш гораздо проще в обращении, чем компьютер с его сложной системой команд и меню. Умственные усилия уходят в основном на то, чтобы управиться с программой, а не на поиск элегантных инженерных решений. В дальнейшем же при конкретизации замысла лучше воспользоваться компьютером.

Не только художники, но и скульпторы, печатники, видеорежиссеры получили в лице компьютерной графики новое могучее изобразительное средство. Она создает такую свободу для их творчества, которую невозможно было себе представить еще десять лет назад. Имея на своей электронной палитре 16 миллионов цветов, художник может в считанные секунды изменить цвета своей композиции, нажатием кнопки на клавиатуре придать ей другой ракурс или добавить еще один источник освещения.

Хочу напомнить, что автомобильная промышленность первой взяла на вооружение проектирование изделий с помощью компьютера. Если он помогает и в его изготовлении, это уже называется автоматизированным производством. В настоящее время оно используется почти во всех областях, начиная с автомобилестроения и кончая архитектурой.

Возможность анализа на компьютере различных вариантов решения задачи делает компьютерную графику мощным инструментом проектирования. Изображения, на создание которых раньше уходили многие часы, теперь появляются за доли секунды, ведь на экранах обычных графических рабочих станций располагаются уже миллионы светящихся точек, так называемых пикселей.

Неограниченный набор возможностей при этом имеют архитекторы. Заказчик может изучить проект здания, полученного на компьютере, под любым углом зрения и при любом освещении задолго до начала строительных работ. Архитектор и заказчик могут посмотреть на будущий объект в любой сезон и в любое время суток, изменить окружающую обстановку, увидеть объект с другой улицы, изнутри и даже из окна пролетающего самолета. Использование законов оптики и огромного многообразия оттенков позволяет создавать очень сложные изображения, воспринимаемые как высококачественные фотографии.

Средства машинной графики широко используются и в знаменитой Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико), где во время Второй мировой войны создавалась атомная бомба. Из 250 суперкомпьютеров серии «Крей», существующих в мире, 11 работает в Лос-Аламосе. Представитель этой лаборатории пояснил: «В 1980 году для того, чтобы получить три изображения на суперкомпьютере «Крей-1», я трудился всю ночь. Пять лет назад – одну секунду, а сейчас работа идет в реальном времени со скоростью 30 картинок в секунду. Я хочу, чтобы работу ограничивала лишь моя глупость или мое воображение, но не машина».

Иногда исследуемые объекты требуют очень тщательного изучения и расчета. Так произошло, например, с неисправными соединительными узлами «Челленджера», ставшими причиной его трагического взрыва и гибели американских астронавтов. Соединения были наглядно воспроизведены на экране после введения в компьютер их параметров. Компьютерный анализ поведения этих узлов при различных нагрузках позволил инженерам ясно увидеть, как топливный бак от холода вышел из строя и стал причиной крупнейшей американской трагедии за всю космическую эру.

«Поместив» самого себя внутрь изображения, инженер из исследовательского центра НАСА изучил иллюзорный поток горючего, вытекающего из топливных баков космического корабля. При этом он пользовался прибором стереоскопического зрения и так называемой цифровой перчаткой, позволяющей «мановением руки» манипулировать виртуальными струями горючего. Каково?!

Часто компьютерное моделирование – единственный способ получить информацию, в частности при разработке нового сверхзвукового самолета, который будет летать со скоростью 28 тысяч километров в час. «Поскольку ни одна аэродинамическая труба не способна создать такие условия, проектирование и испытания проводятся с помощью машинного моделирования и графики», – продолжает инженер.

Одна из наиболее «горячих» областей применения машинной графики – научная визуализация, позволяющая увидеть, как будут развиваться те или иные процессы. Она позволит открыть тайны фундаментальных законов природы. Лучшие телескопы, например, могут предоставить только неподвижный кадр развертывающегося гигантского выброса из черной дыры – центра далекой галактики. Эти видимые телескопами выбросы могут быть длиной в миллионы световых лет. «Анимационное» моделирование позволяет изучать их вблизи в любом условном цвете и при любой скорости развития процессов.