Пиксель. История одной точки

Великая цифровая конвергенция пришлась на границу тысячелетий по чистой случайности, но довольно удачно. Первый цифровой фильм «История игрушек» студия Pixar выпустила в 1995 году. В 1998 году впервые передан цифровой телевизионный сигнал высокой четкости (HDTV). Цифровая видеокамера, способная по качеству съемки составить конкуренцию традиционному пленочному оборудованию, потрясла рынок в 1999-м. Цифровой диск для записи видео, получивший название DVD, дебютировал в 2000 году. Apple представила прорывной смартфон iPhone в 2007 году. То, что раньше было книгами, фотографиями, кино и телевидением, превратилось — в мгновение ока, по меркам истории — просто в последовательности битов. Изменения произошли настолько быстро, что уже выросло молодое поколение, которое, возможно, не сталкивалось с нецифровыми медиа нигде, кроме последних аналоговых оплотов — дошкольных учреждений и музеев изобразительных искусств.

Все мы теперь плывем по цифровому океану пикселей. Я ношу с собой миллиарды их и подозреваю, что вы тоже. Однако странно, что на это глобальное изменение в нашем повседневном опыте до сих пор не обращали серьезного внимания. Возможно, большинство людей еще не осознали, что Цифровой Свет — это единая унифицированная технология. И это новая идея. Прояснить ее — главная цель моей книги.

Основы: три великие идеи

Всего три идеи — волновые колебания, машинные вычисления и пиксели — лежат в основе всей кажущейся сложности Цифрового Света. Каждая из них интуитивно проста, глубока и красива. Это краеугольные камни нашего современного мира, и, чтобы разобраться в них, не нужна математика. Первые три главы этой книги будут посвящены этим фундаментальным идеям и увлекательным историям о людях, которые сделали возможным их практическое применение.

Идея волновых колебаний — аналоговая. Вы, наверное, знаете, что музыка состоит из одновременных звуковых волн разной частоты (высота тона) и амплитуды (громкость). Два столетия назад французский математик Жозеф Фурье распространил это понятие на весь наш чувственный опыт. Все, что мы видим и слышим, — это сумма волн разной частоты и амплитуды. Всё — музыка. В этой книге я покажу вам, как увидеть музыку в изображении.

Компьютеры — идея цифровая. Машины, ускоряющие вычисления, — пример проникновения цифровых технологий в повседневную жизнь. Но сама идея вычислительных машин возникла только в 1936 году, когда англичанин Алан Тьюринг придумал их, чтобы продемонстрировать возможность аккуратного исполнения систематических процессов. Это может показаться непонятным и скучным человеку, но достаточно взглянуть на последствия, чтобы убедиться в обратном. Компьютер стал самым гибким и универсальным инструментом человека. А потрясающая скорость, с которой он производит вычисления, — величайшее инженерное чудо всех времен. Скорость работы компьютеров невообразимо и многократно усиливает возможности нас, ничтожных людишек.

Но вся ошеломляющая, изменившая наш мир мощь компьютеров на самом деле сводится к аккуратному переключению между двумя состояниями, часто называемыми 0 и 1. Все их вычисления — это биты. Это может показаться тривиальным, но я надеюсь вдохновить вас неожиданной красотой и загадочностью компьютерных вычислений. Опять же, никакой математики нам не потребуется.

И наконец, самая важная, но наименее известная из этих трех фундаментальных идей, лежащих в основе моей книги: вы можете легко преобразовывать колебания в биты и наоборот, перемещаться между аналоговым и цифровым мирами. Сама идея восходит к 1933 году, когда советский математик Владимир Котельников сформулировал ее в том виде, в каком мы ее знаем сегодня. Ее официальное название — теорема отсчетов или теорема выборки. Вся эта книга — биография пикселя, а пиксель — наше название единичного отсчета, выбранной точки визуального мира. Так что эта книга — о выборке. Пиксели — это невидимые биты, которые воплощаются в видимые световые колебания. Я загорелся желанием написать эту книгу, чтобы вы осознали, какое в них скрыто волшебство, и удивились, как оно работает. Обещаю, никакой математики здесь тоже не потребуется.

После того как я трижды на двух страницах упомянул, что математика нам не потребуется, вы, возможно, подумаете: а что, если кому-то математика все же интересна? Для них — но на самом деле для всех моих читателей — я создал сайт с комментариями, расположенный по адресу alvyray.com/DigitalLight. Там вы найдете дополнительные сведения о людях, местах и событиях, которые сделали бы эту книгу слишком громоздкой, чтобы поместиться между физическими обложками. А еще на сайте размещены математические уравнения, описывающие магию Цифрового Света и пикселей и подтверждающие, что все это действительно возможно.