„Разширено кино“: Част 4: Кибернетично кино и компютърни филми ("Expanded Cinema": Part Four: Cybernetic Cinema and Computer Films)
Превод от английски на четвърта част от книгата „Разширено кино“ на Джийн Йънгблъд. Преводът е направен от Марио Стойнов.
This is a bulgarian translation of Part Four of the book Expanded Cinema by Gene Youngblood Translation is done by Mario Stoynov.
Кибернетично кино
Три вида компютъра (видео) изходен хардуер може да бъде използван за създаване на филми: механичен аналогов плотер, пасивен плотер за микрофилм, и активната мониторна конзола с електроннолъчева тръба (ЕЛТ) (на англ.: CRT - Cathode-Ray Tube). Въпреки че аналоговият плотер е изключително полезен в индустриалното и научното инженерство, архитектурния дизайн и системния анализ, той е остаряла технология в областта на създаването на компютърни филми с естетическа насоченост. Може да се използва за създаването на анимационни филми, но е по-приложим за статични изображения.
Чрез процеса на цифрово към аналогово преобразуване, кодираните от компютър сигнали, задвижват сервомеханизъм подобен на ръка, която чертае линии с химикал или молив върху плоска равна повърхност. Получените диаграми, графики, изометрични рендери или реалистични картини са прецизни, но са скъпи и отнемат твърде много време за целите на ненаучните филми. Уилиям Фетър от „Боинг“ в Сиатъл е използвал механични аналогови плотери, за да създава анимирани филми визуализиращи конфигурации на пилот в пилотска кабина при авио дизайн. Професор Чарлз Цури от държавния университет в Охайо е създал „Случайни войни“ и както други случайни и не толкова случайни рисунки, използвайки механични плотери за създаване на реалистични изображения. Въпреки това, практически всички компютърни филми са направени посредством цифрови плотерни системи с електроннолъчеви тръби.
Електроннолъчевата тръба, също като осцилоскопа е специален вид телевизионно средство. Това е вакуумна тръба с електронна пушка, състояща се от решетка между катодни и анодни полюси, излъчваща тесен лъч електрони. Ускорени с висока скорост към фосфорно покрит екран, той флуоресцира в точката, в която електродите удрят. Полученото луминесцентно сияние се нарича „точка на проследяване“. Електромагнитно поле отклонява електронния лъч по предварително зададени модели от електронно импулси, които могат да бъдат излъчвани, телеграфирани или записани на лента. Тази способност на отклонение следва вертикални и хоризонтални стъпки, изразени като Х и У координати за плотер. Модерните три-инчови електроннолъчеви тръби са способни да реагират на команди зададени от компютър за рисуване на линия или точка със скорост 100 000 пъти в секунда в поле от 16 000 възможни Х и У координати, което е приблизително милион пъти по-бързо и точно от човек чертожник. Свързана към компютър, електроннолъчевата тръба осигурява визуален дисплей на информация, генерирана от компютърна програма, посредством електронни сигнали.
Пасивния плотер за микрофилми и е най-използваната изходна система за компютърни филми. Той представлява самостоятелна система за заснемане на филми, при която филмова камера автоматично записва образите генерирани на екрана на три-инчова електроннолъчева тръба. Терминът „микрофилм“ е объркващ за продуценти и режисьори, които не са запознати с индустриалния и научния жаргон. Той се отнася за конвенционален емулсионен филм в традиционни формати (8мм, 16мм, 35мм), използван в устройство, което изначално не е предвидено за създаване на филми, а по-скоро за компактно съхранение на голямо количество статични графични изображения. Потребителите на микрофилми са осъзнали способностите им както за създаване на филми, така и за съхранение и извличане на информация. Повечето компютърни филми не са естетически мотивирани. Те са създадени от учени, инженери и преподаватели, за да подпомагат визуализацията и бързото усвояване на сложни аналитични и абстрактни понятия.
В кинематографията, основна част е от камерата е затворът ѝ, съставен от механично разграфени нотки, изтеглящи последователни кадри за осветяване. От друга страна, камерите при плотери като Stromberg-Carlson 4020 или CalComp 840 са специално проектирани, така че затворът им да бъде отделен механизъм от този, който издърпва филма. И двата са автоматично управлявани, заедно с електроннолъчевия дисплей от компютърна програма.
Някои компютърни филми, по-специално тези на Джон Уитни са направени посредством активни двадесет и един инчови електроннолъчеви дисплей, като на възпроизвеждащата образи конзола IBM 2250 с нейната светлинна писалка, клавиатурно въвеждане и други функционалния бутони, които ще бъдат описани в повече детайл по-надолу. Тази подредба не е самостоятелна единица за създаване на филми, а по-скоро специално модифицирана система с камера пред електроннолъчев екран, синхронизирани и управлявани от компютърна програма. Тази система се нарича „активна“, за разлика от „пасивния“ характер на микрофилмовия плотер, защото художникът може да подава команди към компютъра през електроннолъчевата тръба чрез избиране на променливи със светлинната писалка и клавиатурата, като по този начин „композира“ изображенията докато поредицата се развива. При заснемане, светлинната писалка не се използва, а електроннолъчевата тръба се превръща в пасивен дисплей на алгоритмите. Доскоро, мониторната конзола е била единственото техническо средство на художника да вижда екрана докато се записва. По-новите плотери за микрофилми са оборудвани с монитори за гледане.
Тъй като повечето стандартни микрофилмови плотери първоначално не са били създадени за производство на филми, те имат недостатъци поне в две области, които могат да бъдат избегнати като се използва активна електроннолъчева тръба. Първо, лентовото задаване на плотерите за микрофилми не отговаря на стандартите за качество на филмовата индустрия, тъй като стабилността между последователните кадри не е основно съображение при конвенционалното използване на микрофилми. Второ, повечето плотери за микрофилми не могат да приемат стандартна ролка от 1000 фута с 35мм филм, което може да се избегне с използване на касети с филм, модифицирани за заснемане на активни електроннолъчеви тръби.
Напоследък, фирмите за производство на компютри като Stromberg-Carlson са проектирали камери и микрофилмови плотери, които отговарят на всички стандарти на филмовата индустрия, тъй като използването на компютърни графики става все по-популярно в телевизионните реклами и големите компании за анимация. Пасивните електроннолъчеви системи са предпочитани пред активните конзоли поради ред причини. Първо, възможностите за входно съдържание на активния обхват рядко се използват при компютърната анимация. Второ, пасивните електроннолъчеви тръби са оборудвани с вградени филмови записващи устройства. Трето, възможно е да бъде забелязано разминаване в синхронизацията при заснемане на активна електроннолъчева тръба, породено от периодичното опресняване на картината, подобно на ефекта на движещата се вертикално картина, който се забелязва при снимане на телевизионен екран. Този проблем е избегнат при пасивните системи, тъй като всеки кадър се рисува само веднъж, а затворът на камерата стои постоянно отворен по време на рисуването му.
Термините „онлайн“, „офлайн“ и „реално време“ се използват при описание на компютърните системи за графично възпроизвеждане. Повечето цифрови плотерни системи са проектирани да работят или „онлайн“ или „офлайн“ с компютър. При „онлайн“ системата, плотерните команди се получават директно от компютър към електроннолъчева тръба. При „офлайн“ системите, плотерните команди са записани на магнитна лента, които плотерът може да приеме в по-късен момент. Терминът „реално време“ се отнася специфично към временното съотношение между компютърът, електроннолъчевата тръба и интеракцията на оператора с изчислителната система. За пример, интеракция в „реално време“ е, когато артиста рисува върху екранът с електроннолъчева тръба със светлинната писалка. По същия начин, ако филм прожектиран при стандартните 24 кадъра в секунда е записал екрана с електроннолъчева тръба точно както компютърът го е възпроизвел, се приема че този филм е репрезентация в реално време на екрана. Ако кадри заснети на живо са репрезентация на снимания субект в реално време, то анимация от единични кадри не е в реално време, тъй като е необходимо повече време за заснемането ѝ отколкото прожектирането ѝ.
Много малко компютърни филми с изключителна сложност са заснети в реално време. Само един такъв филм се разглежда в този материал -“City-Scape” на Peter Kamnitzer. Това е така, защото техниката необходима за създаване на компютърни филми в реално време е трудно достъпна и много скъпа, а също така и заснемането в реално време не е от изключителна важност при създаването на естетически-мотивирани филми. Например, при работите на John Witney, въпреки че крайния резултат е предвиден за прожектиране при 24 кадъра в секунда, филмите му са заснети с 8 кадъра в секунда. Между три и шест секунди са необходими за създаването на едно изображение, следователно 20-секундна поредица, прожектирана с 24 кадъра в секунда би изисквала 30 минути компютърно време, за да бъде създадена.
Повечето екрани с електроннолъчеви тръби са черно-бели. Въпреки че Корпорация “Sandia” и Лаборатория “Lawrence Radiation” са постигнали значителни резултати в пълноцветни електроннолъчеви тръби, цветовете на повечето компютърни филми се постигат чрез оптично добавяне върху оригиналния черно-бял филм. Другия вариант за постигане на цвят е чрез наслагване на цветни филтри върху лицето на електроннолъчевия екран при заснемане. Налични са пълноцветни и частично-цветни дисплей. В случая на “City-Scape” голяма част от качеството на цвета се губи при заснемане на електроннолъчевата тръба на дисплея. Филми, постигнати с цветни електроннолъчеви дисплей, са неминуеми бледи и с по-ниско качество. Тъй като черно-белия филм постига по-високо качество спрямо цветния, повечето компютърни филми се заснемат черно-бели, а цвета им се добавя в последствие чрез оптичен печат.
Подобен проблем се наблюдава при компютърно-генерираните движещи се реалистични изображения. Трябва да се отбележи, че повечето филми, които се обсъждат тук не са метафорични, непредставителни, т.е. буквални. Тези филми, които съдържат реалистични кадри – “City-Scape” и “Hummingbird” са сурови и необработени и по-скоро са карикатурни спрямо конвенционални анимационни техники. Въпреки че компютърните филми създават нови възможности при репрезентацията на динамични графики, потенциалът на компютрите за манипулация на реалистични образи е много по-значим за артистите и учените. Неотдавна способностите на компютрите надминаваха възможностите на наличните визуални системи, които не бяха способни да контролират светлосилата и цвета на всяка една точка (пиксел) във всеки един кадър. Сега нещата се обръщат – битовият капацитет за генериране на динамични образи с телевизионно качество, с възможност за тонално и хроматично мащабиране за всеки един кадър не може да бъде посрещнат от капацитета на настоящите компютри.
Текущите методи за създаване на реалистични изображения изискват форма на човешка намеса. Компютърът не приема команди, с които да направи част от изображението по-тъмна или да даде повече живот на дадена линия. Той приема алгоритми, които описват същия резултат. Например L. D. Harmon и Kenneth Knowlton, работещи в телефонната компания “Bell” са постигали реалистични образи като са сканирали снимки с апаратура подобна на телевизионна камера. Получения резултат са конвертирали в двоични числа, битове, с които отбелязват нива на светлосила. Тези битове са записани на магнитна лента, с което създават цифрова версия на снимката, която компютърът може да обработи. Светлисилата се преобразува в осем нива, които се репрезентират с една от осем комбинации между символи и точки. Те се появяват на електроннолъчевия екран под формата на мозайка репрезентираща оригиналната снимка. Този процес е скъп и отнема много време, а резултатът му по-малко реалистичен спрямо останалите конвенционални процедури.
Компанията за компютърни изображения в Денвър, Колорадо е разработила два различни метода за създаване на онлайн компютърна графика в реално време наподобяваща анимация. Използвайки хибридна система от аналогови и цифрови компютри, те генерират изображения чрез оптично сканиране, акустичен и антропометричен контрол. При процеса на сканиране наречен “Scanimate”, телевизионна камера сканира цветен или черно-бял прозрачен филм. Създадения сигнал се въвежда в компютър, където се разделя на до пет различни сегменти, всеки от които има възможност за независимо синхронизиране с аудио пътека, музика или коментари. Изходния сигнал се записва директно на магнитна лента или филм, като част от цялостния процес на “Scanimate”.
Вторият метод за получаване на компютърни образи, Animac, не включва оптично сканиране. При него образите се генерират сами, посредством акустични или антропометрични аналогови системи. При първия вид художникът говори на микрофон, който конвертира електрическите сигнали във форма, която променя изображенията на екрана. Акустичното въвеждане анимира нарисувана уста, докато други гримаси се контролират в същия момент от друг оператор. При втория метод, танцьор например е облечен с антропометрична сбруя, на която има сензори за всяка става на тялото. Ако той премести ръката си, и ръката от картираната се мести, ако той танцува и образа от екрана танцува със синхрон в шест измерения в симулирано триизмерно пространство. Редно е да се отбележи, че тези анимационни образи са само показателни, а не реалистични. Системата е разработена, за да намали разходите на комерсиалните филми, а да не да изследва естетическия ѝ потенциал. Все пак е очевидно, че такива техники могат да бъда прилагани за артистично изследване на графични композиции без определена цел.
Компютърният филм „Колибри“ на професор Чарлз Ксури е създадена чрез цифрово сканиране на оригинални, рисувани на ръка рисунки на птицата. Компютърът превръща рисунката в разбираеми за плотера Х и У координати, чрез които конструира и деконструира изображението, както и изкривява перспективите му. По този начин изображенията не са компютърно-генерирани, а по-скоро компютърно-манипулирани. В този филм на практика няма анимация в контекста на отделно движещи се елементи, а по-скоро представя статично изображение на птица в разнообразни перспективи и на моменти с обърнати полярни координати. Софтуерните изисквания са минимални, а филма от своя страна няма голяма стойност, освен че представя една от възможностите на компютърните графики.
Лимитациите на компютърно-генерираните реалистични изображения съществуват както в изчислителния хардуер, така и в подсистемите, които ги възпроизвеждат. При последните са разработени са подобрения, които надминават текущата битова способност на повечето компютри. Главната технология в тази област е плазмено-кристалния панел, който дава възможност за телевизионни екрани, с размери на стена или билборд, както и компактни такива, които могат да бъдат гледани при ярка дневна светлина. Японските компании Mitsubishi и Panasonic са лидери в тази област, които вече разполагат с работещи модели. Същевременно всеки голям производител на видео технологии има собствена разработка. В Съединените щати един от пионерите на този процес е д-р Джордж Хейлмейър от изследователския център на RCA – Дейвид Сърнов в Принстън, Ню Джърси. Той описва плазмените кристали, известни още като течни кристали, като органични съединения, които изглеждат и имат механичните свойства на течност, но чиито молекули образуват големи подредени масиви присъщи за кристалите на слюда, кварц и диаманти. За разлика от луминисцентните и флуоресцентните вещества, плазмените кристали не излъчват собствена светлина, а реагират на отразена такава – стават по-ярки, когато заобикалящите ги стават по-ярки.
Открито е че определени течни кристали, могат да бъдат направени опалесцентни, т.е. да отразяват при подадено електрическо напрежение. При изработката на такива екранни системи, се създава сандвич от два прозрачни стъклени панела, разделени от тънък слой течно-кристален елемент, чиято дебелина е една хилядна от инч. Огледално проводящо покритие, контактуващо с течните кристали, се полага върху вътрешния слой на единия от панелите. Вътрешната страна на другия панел се оксидира с тънък електропроводим слой. Когато се подава електрически сигнал между двете покрития, молекулите на течните кристали се възбуждат и сандвичът приема вид на замръзнало стъкло. Когато електрическия сигнал е прекъснат, панелите веднага се връщат в началното си състояние. За статични образи, като букви, символи и изображенията, покритията (на екраните) са разположени във формата на желаната шарка. За да показват подвижни изображения, проводимите покрития са разположени във фина мозайка, съобразена с телевизионните стандарти и тези на електрическите екрани, за да може всеки един елемент да бъде независимо захранван със електрически сигнал. За да бъдат изображенията видими в тъмна стая или при силна светлина навън, двете покрития се правят прозрачни, а светлинен източник се разполага по ръба на екрана. Също така е възможно силна светлина да бъде насочена през течно-кристалния екран, за да може образите да бъдат прожектирани на стена или екран, в пъти по-големи.
Ползите на течно-кристалните екранни системи за огромни. След като в основата си, това е цифрова система съставена от стотици хиляди графични елементи – пиксели – е подходяща за възпроизвеждане на компютърни графики без ограничения, стига компютърните възможности за това да съществуват. Необходимите изисквания за възпроизвеждане на реалистични компютърни графики в реално време са далеч от възможностите на текущите технологии.
Това е представено чрез сложна видео-компютърна система, разработена в Лаборатории Jet Propulsion в Пасадена, Калифорния, за пренос на телевизионен сигнал от Марс, както и морски нужди. Тази невероятно система конвертира излъчвания телевизионен сигнал в цифрови графични елементи, които се записват на специални дискове. Записват се не самите образи, а цифровото им тълкувание. Видео системата на JLP се състои от 480 хоризонтални линии, всяка съставена от 512 точки. Едно изображение или цикъл на системата се дефинира от 245 760 точки. При черно-бяло режим на всяка точка може да бъде зададена стойност 64 стъпки на интензитет между напълно черно и напълно бяло. Възможните вариации за всяко едно изображение са 64 пъти по 245 760. За цветните екрани, крайното изображение може да се приеме като три независими изображения съставени от основните цветове – червен, зелен и син или като тройна спецификация на 480 линии по 512 точки. Всяка с възможност от 64 нива на цветния спектър, т.е. са възможни 262 144 различни цветни стойности за всяка една точка от изображението. (Човешкото око е способно да разграничава между 100 и 200 нива на различна цветна тоналност.)
Тези възможности са приложими само за единични статични изображения. Шест бита информация са необходими за възпроизвеждане на всяка от 245 760-те точки образуващи едно изображение или цикъл. Компютърните инженери в JPL смятат че е необходима компютърен капацитет с най-малко два мегацикъла (2 000 000 цикъла) в секунда за генериране на динамични изображения със същите параметри.
Пределно ясно е, че човешката комуникация се придвижва към тези възможности. Ако визуалните системи съществуват днес, е глупаво да смятаме, че необходимия компютърен хардуер няма да съществува утре. Когато достигнем този момент понятието реалност ще бъде абсолютно и напълно неизвестно. Няма да има нужда филмите да бъдат заснемани на локация, след като всяка въображаема сцена ще бъде генерирана напълно реалистично посредством системи за обработка на информация. Дотогава филмите, които познаваме днес няма да съществуват. Навлизаме в мистична ера на електронни реалности, които съществуват само на метафизично ниво. Междувременно се създават значителни творби развиващи нови форми на комуникация чрез компютърно-генерираните, абстрактни динамични графики. Избрани са някои от най-забележителните артисти в областта, както и филми, които въпреки че са неестетически мотивирани разкриват възможностите за художествено изследване. Започвайки със семейство Уитни, където Джон старши и брат му Джеймс започват традиция, а синовете им – Джон младши, Майкъл и Марк са първото и второто поколение компютърни режисьори в историята.