談談計算機圖形應用的發展與變遷

談談計算機圖形應用的發展與變遷

　　對于大部分用戶來說，打開電腦后使用鼠標點擊圖標，開啟窗口似乎天經地義，習以為常。然而，在我們熟悉的桌面背后，隱藏著重要的理念革新。接下來便由小編為大家帶來計算機圖形應用的發展與變遷。

        圖形應用

　　50年來，英文中“Computer”(計算機)一詞的含義發生了巨大變化。第二次世界大戰以前，這個單詞不是指某種機器，而是指由公司企業雇傭，專門從事計算工作的一類職員。當時，為節省勞動力成本，這類職員大部分都是女性。二戰期間，戰爭需要催生了破譯德軍密碼的Colossus，以及計算火炮火力的ENIAC，它們屬于第一批真正意義的電子計算機。

　　戰爭結束后，IBM將計算機技術投入商用。他們的大型計算機不僅需要安裝在專用的巨大房間內，由專業人員操作與維護，造價也高達上百萬美元，只有少數跨國企業才有能力購買和使用。于是，在法國導演尚盧·戈達爾(Jean-Luc Godard)的科幻影片《阿爾伐城》中，計算機Alpha 60獨裁專政;而在美國作家庫爾特·馮內古特(Kurt Vonnegut)筆下作品《自動鋼琴》中，計算機EPICAC也是飛揚跋扈。在民眾心目中，大型計算機成了官僚主義和滅絕人性的象征，而“PC”(Personal Computer，個人計算機)還無從談起。

　　真正的變化始于二十世紀60年代末。當時，不僅科技得到了發展，與計算機相關的理念也產生了變革。對于那一代人來說，計算機要么是高校實驗室中的科研設備，要么是家中車庫里自行組裝的手工作品。然而，正是此時，科研人員和業余愛好者們發現了計算機在其他領域的潛力。他們中的少數人開始認為，雖然Colossus和ENIAC本質上與巨型計算器無異，但計算機并不一定是壟斷寡頭的專屬、官僚主義的代表，它可以為普通人服務，成為真正的個人計算機。此時，信息交流新媒體逐漸浮現曙光。

　　在前面提到的少數人中，有兩位重要的代表：美國發明家道格拉斯·恩格爾巴特(Douglas Engelbart)和美國計算機科學家艾倫·凱(Alan Kay)。恩格爾巴特是鼠標發明人，終身都致力于讓科技為人類的福祉服務。艾倫·凱是計算圖形界面的先驅，其名言是：“預見未來的最好方式就是發明它。”在60年代，計算機還只有綠色文字終端界面的時候，他們就展望到了未來廣闊的可能。

　　演示之母

　　如果要為個人計算定義一個誕生之日，那一定是1968年12月9日。這一天，恩格爾巴特走上舊金山布魯克斯大廳的講臺，向世人展示了他與斯坦福大學同僚用10年時間取得的研究成果：NLS系統。

　　在90分鐘的時間里，恩格爾巴特先后演示了鼠標、所見即所得的文字編輯器、超鏈接、文本圖形混排等，還談到了阿帕網(ARPANet，互聯網的前身)以及科技進步的未來。恩格爾巴特相信，借助網絡與科技的發展，不久他就可以在全國任何地方進行NLS系統的演示活動。其實，當時他就已經能與30哩外門洛帕克的同事舉行視頻會議了。

　　實際上，恩格爾巴特對NLS系統的深層思考與其科技成就同等重要。在他的理念中，計算機并不是執行大量運算任務的單一工具，它應該幫助人們實現更加高效、精巧的工作方式。那一天，他用最為生動的方式描繪出了他的夢想，深深地影響了整整一代科技人，在舊金山布魯克斯大廳的活動也因此被冠以“演示之母”的美名。后來談及此事，恩格爾巴特說：“我和同事們感興趣的是‘提升’(augmentation)，而非‘自動化’(automation)。當時，我們不是在制造某種工具，而是在設計一整套知識勞動的系統。”

　　恩格爾巴特的理念與艾倫·凱不謀而合。在后者看來，微處理器不斷增強的性能將會帶來一場不可阻擋的科技革命，計算機最終會變成書本大小，每個人都可能擁有。凱將夢想的設備稱為“Dynabook”，今天的人們可以看出，那是平板電腦的原型。不過，凱也深知，一旦每個人都能使用計算機，未來需要更為深遠的改變。他在隨后的文章中寫道：“當沒有專業人員在場，大人小孩都能使用計算機完成有意義的活動時，計算機才能真正意義上變得個人化。要做到這一點，簡單的任務必須容易完成，而復雜的則必須降低難度。”

　　由于時代造成的技術局限，Dynabook始終沒有變成現實，而NLS也沒有成長為一個健壯成熟的系統。與艾倫·凱不同，恩格爾巴特喜歡將設計復雜化。雖然他的演示擁有藝術品一般的高度，但NLS系統陡峭的學習曲線讓人望而卻步。他甚至向同事們宣稱，NLS系統最終將擁有5萬種不同的指令。

　　二十世紀70年代初，由于研究成果難以投入現實應用，恩格爾巴特的團隊成員開始逐漸選擇離開，艾倫·凱就是其中的一位。而包括凱在內，許多人很快找到了同一個歸宿：剛剛建成不久的施樂帕羅奧多研究中心。

　　Lisa，Alto，Mac

　　關于喬布斯的早年經歷，有許多頗具傳奇色彩的故事。有人說，他曾經與幾位最早的蘋果員工一起，于1979年造訪帕羅奧多研究中心，從施樂 “借走了”圖形用戶界面技術，并應用于后來的Lisa、Macintosh電腦，最終給計算機工業帶來了革命性的影響。但更為接近史實的情況應該是，在喬布斯造訪帕羅奧多以前，蘋果就已經在研發自己的圖形界面。不過，據蘋果工程師比爾·阿特金森(Bill Atkinson)回憶，見到施樂首創的窗口化界面以及鼠標工作方式后，喬布斯確實解決了一些Lisa早期設計中遇到的難題。

　　其實，早在1973年春，施樂就已經研發出了一款獨立的單用戶桌面電腦產品。這一時間比前面提到的故事早了整整6年。得益于帕羅奧多那寬松、自由、創新的研發環境，一些優秀的施樂工程師從艾倫·凱那里得到啟發，在幾個月的時間內創造了科技史上的里程碑。他們將其成果命名為Alto，但卻沒能得到機會讓企業管理層了解它。時任研究室主管的巴特勒·蘭普森(Butler Lampson)在回憶文章中寫道：“Alto本應獲得向高層展示的機會。如果我們對于廉價高性能個人電腦的理念是正確的，Alto能提供實證;如果我們犯了錯，Alto也能幫助找到原因。”

　　Alto不僅擁有所見即所得的文字編輯軟件、電子郵件客戶端、位圖和矢量圖形編輯器，還搭載了第一版的Smalltalk編程環境。更為重要的是，Alto引入了WIMP界面的概念(即窗口Windows、圖標Icons、菜單Menus和鼠標指針Pointer)，定義了今天幾乎每一個桌面圖形界面的基本元素。從這一點出發，Alto研發團隊理念的正確性已經得到了證實。

　　Alto一共生產了約2000臺，但施樂從未將它推向市場。只有一位曾在帕羅奧多工作的研究員離職后自行成立了公司，將某個版本的Alto命名為PERQ后正式出售過�？梢哉f，施樂從未真正認可帕羅奧多研究中心的這一項目。直到1981年，他們才在8010信息系統上應用了許多Alto所承載的理念。但8010信息系統并不像Alto那樣價格低廉，它采用許多造價高昂的組件，其中包括兩到三臺工作站以及相關設備，售價也在5萬美元以上。即使主要面向企業客戶，它在當時銷量仍然不佳。8010系統別名“Star”(星星)，然而與蘋果Lisa電腦類似，因定價過高、軟件表現平平，這顆星星最終從競爭激烈的市場中隕落了。

　　不過， Digibarn計算機博物館館長、用戶界面專家布魯斯·丹莫(Bruce Damer)認為，Alto為許多圖形界面的理念打下了基礎，而在施樂Star系統中，它們最終被整合在了一起。丹莫認為，1981年春施樂Star系統上市時，同時兼具美觀和完整功能的圖形用戶系統才第一次出現在用戶面前，他說：“當時，看到它的每個人都會發出感慨：天哪，它給人的感覺，就像未來的宇宙飛船降落到了面前。” 與恩格爾巴特的NLS系統一樣，施樂的設計理念還是留下了深遠的影響，許多用戶從中得到了新的啟發，微軟就是其中的一位。

　　時間到了1984年，蘋果發布Macintosh的一年。作為施樂Star系統的早期用戶之一，美國馬里蘭大學計算科學教授本·施耐德曼(Ben Shniederman)評價道：“蘋果Mac電腦在Star系統的基礎上做出了長足的進步。”

　　作為用戶界面專家，施耐德曼不僅親自編寫代碼，將WIMP概念變為現實，他還在1988年蘋果起訴微軟的案件中出庭作證。那一年，蘋果控告微軟盜取了Macintosh和Lisa的界面元素，最終卻輸掉了官司。隨后不久，施樂因類似原因對蘋果提出的起訴也被駁回。

　　從這些案件可以看出，個人計算機界面曾經在很短時間內變得同質化。如果將Windows 7的界面與Windows 2.0比較，人們會發現本質上也沒有很大區別。施耐德曼認為，這在某種程度上證明，當前桌面界面采用的WIMP概念合理有效，他說：“我相信，計算機實際是某種視覺機器。人們相信眼睛看到的東西，并且用點擊行為來選擇他們的目標。在未來很長一段時間內，這一行為模式都將非常穩定。”

　　丹莫并不認同施耐德曼的觀點。他說：“人們居然在這一理念上停滯不前30年，真是難以置信。”回憶第一次看到Macintosh時的反應，他表示，與施樂Star系統完整的網絡計算能力比較，Mac就像小兒科，當時他甚至懷疑，蘋果能否在市場競爭中生存下來。雖然后來Mac引入了針對不同情境的智能菜單，喬布斯離職蘋果期間創造了NeXTStep操作系統。但在丹莫看來，這些差異化元素仍不能改變他對個人電腦的看法，它們在很大程度上還是與大型計算機網絡終端的虛擬桌面非常相似。

　　不過，在以Alto為代表的WIMP界面主宰個人電腦桌面幾十年以后，情況逐漸出現了轉變。丹莫認為，現實增強技術可能是圖形界面新元素的一個來源。雖然自上世紀90年代以來，虛擬現實從未成為真正主流的技術，但隨著技術發展，也許以谷歌Glass智能眼鏡為代表的設備會帶來革命性的影響，以HTML5技術支持的操作系統也為進一步實驗提供了空間。

　　此外，隨著桌面電腦與智能手持設備逐漸開始融合，傳統操作系統和移動設備系統間的界限也開始變得模糊。微軟和蘋果都開始嘗試統一的用戶界面，谷歌Chrome Pixel在觸屏筆記本上的實驗也表現出了同樣的理念。談及微軟全新的Windows8，施耐德曼表現的較為謹慎，他說：“這款系統的‘點擊性’變得不太明確。對于某些人來說，這樣的改變幅度過大。人們并不喜歡太過激進的革新。”但丹莫卻表示：“人們總是習慣對微軟持批判態度，認為他們無法創新。但Windows 8確實不同，微軟已經樹立了新的標桿。”顯然，施耐德曼和丹莫都認為Windows 8的改變相當大膽。也許，隨著我們熟悉的個人電腦正在逐漸向全新方向發展，這樣的改變終將到來。

　　作為DigiBarn博物館的館長，丹莫的收藏包括過去35年時間里的各種計算機產品。走進展廳后，他仍然能坐在這些古董前，用似曾相識但又完全不同的方式使用它們，感受其完全不同的主觀體驗。丹莫表示，這能讓他更好的反思這些年來的變化。

　　他說：“這些藏品能變成我思想的源泉。它們不是簡單的計算機器，而是某種媒介。如今，人們坐在這些設備面前，寫作、繪畫、聆聽音樂……它們將我們催眠，偷走了我們的生活。計算機是500年來最為偉大的發明。”是的，它們以后會帶來哪些影響，我們不得而知。

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