探索计算机图形行业的演进，从手绘到数字化的飞跃，揭秘首款3D计算机图形软件的诞生历程，同时致敬那些在图形软件诞生前便勇敢探索的先驱。本文精炼梳理这段历史，内容详实，旨在满足你对行业起源的好奇。欢迎完整阅读，并在评论区分享你的见解或补充信息，共同丰富这段科技艺术交融的历程。

Sketchpad，作为历史上首款3D软件，其诞生标志着计算机图形技术的一个重大转折点。这款软件的起源深深植根于数学理论，特别是几何学、解析几何以及矩阵数学的发展，这些数学基础为3D可视化提供了可能。

最大的突破来自于伊万·萨瑟兰（Ivan Sutherland），他在1963年推出了具有划时代意义的Sketchpad，也被称为RoboDraftsman。Sketchpad不仅证明了计算机可以用于工程绘图和重复性任务，更重要的是，它让设计师和艺术家能够利用计算机进行交互式创作。这一创新彻底改变了人们对计算机应用的认知，确立了计算机在艺术创作和设计领域的地位。Sketchpad开创了多个计算领域的重要概念，包括图形用户界面（GUI）、非过程化编程和面向对象编程。

这些概念至今仍然在计算机科学中占据核心地位，无论你正在使用电脑还是智能手机，都在无形中享受着Sketchpad所带来的技术便利。Sketchpad还推动了计算机辅助设计（CAD）程序的发展，这些程序如今已被工程师和建筑师广泛使用。伊万·萨瑟兰通过Sketchpad成为了人机交互的先驱，他使计算机变得更加直观易用，为后来的计算机图形学发展奠定了坚实的基础。

Sketchpad是伊万在攻读博士学位期间开发的一项创新成果。它在“图形用户界面”这一术语被广泛使用之前，就已经定义了图形用户界面的基本概念。Sketchpad不仅被视为现代CAD和动画程序的鼻祖，更是计算机图形学发展过程中的一项重大突破。它以绘图作为计算机的一种新型交流媒介，集成了输入、输出和通信程序，能够直接在计算机显示器上进行绘图操作。

Sketchpad的出现证明了计算机图形不仅限于技术应用，同样可以用于艺术创作。

伊万·萨瑟兰，这位计算机图形学的先驱，于1938年5月16日诞生于美国内布拉斯加州的黑斯廷斯，一个位于中西部的小城。父母都有土木工程博士学位，他从小就沉浸在学习氛围中。伊万高中时最喜欢的科目是几何，并对计算机图形有浓厚的兴趣，自称为“视觉思考者”。

伊万与计算机的初次邂逅，是一台名为“西蒙”的计算机。他编写的第一个大型计算机程序就是让西蒙能够进行除法运算。之后，他前往卡内基梅隆大学深造，获得了电气工程学士学位，并继续在加州理工学院攻读电气工程硕士学位。为了更深入地探索计算机科学的奥秘，伊万选择前往麻省理工学院攻读博士学位，师从著名的克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）教授。在麻省理工学院，他感受到了前所未有的学术自由，这种氛围激发了他对实时绘图程序的研究热情，并认为TX2应该是一台能够实现实时绘图程序的好机器。

在麻省理工学院，伊万完成了他革命性的博士论文——《Sketchpad，一种人机图形通信系统，第一个图形用户界面》。这篇论文不仅标志着Sketchpad的诞生，更预示了计算机图形学新时代的到来。

在完成学业后，伊万应召入伍。

1963年，在安全部门工作，参与过雷达和红外跟踪系统的研制，后来转入到美国国防部高级研究计划局（ARPA）。

1964年，26岁的伊万，军衔仅仅是中尉，但是被任命为国防部高级研究计划署DARPA的信息处理技术局IPTO(Information Processing Techniques Office)的局长。每年掌管1500万美元的研发资金，负责许多计算项目，包括互联网。

在接下来的两年里，伊万为国家安全局。他管理了一系列计算机项目，包括人工智能和分时系统。

之后，他还在加州大学伯克利分校从事分时系统的研究。

事实证明，伊万对实时计算的理解是实现实用计算机图形的关键。由于他在Sketchpad上的工作以及他随后对计算机科学的许多贡献，萨特兰获得了令人眼花缭乱的荣誉。

1975年，获得了由系统、管理与控制论学会颁发的“杰出成就奖”。

1983年，获得了ACM关于图形学的专门委员会颁发的“考恩斯奖”。

1986年，获得了电气与电子工程师协会颁发的“皮奥尔奖”。

1988年，获得了计算机领域的最高奖项“图灵奖”。

1994年，因Sketchpad系统的开创性贡献，而获得了“ACM软件系统奖”。

除此之外，伊万还是美国工程院兹沃里金奖的第一位得主。

1968年，伊万和大卫·埃文斯(david evans)共同创立了第一家3D图形公司。并很快开发出了软件，这些软件在市场上的成功不仅激励了更多人创办自己的公司并致力于开发新技术。

Sketchpad，这一革命性的图形用户界面系统，在麻省理工学院林肯实验室的TX2计算机上闪耀登场。TX2，作为当时世界上最大的计算机之一，不仅拥有惊人的64k 36位字内存，还专为测试人机交互的边界而设计，其性能在当时堪称顶尖，每秒能执行高达125,000次加法运算。

配备有6144字节的磁带存储设备、一块7英寸、分辨率达1024x1024的显示器，以及创新的光笔和按钮盒，这些元素共同构成了Sketchpad诞生的技术基石。与那个时代大多数依赖批处理的计算机程序不同，Sketchpad以其独特的交互性脱颖而出。用户能够直接通过光笔在计算机的显示器上挥洒创意，无论是定位绘图元素还是进行实时修改，都显得游刃有余。

光笔与输入按钮的完美结合，让使用者能够借助十字准线光标，在屏幕上直接绘制点、线段和圆弧等基本图形元素，并实时保存至主图中，这些主图还能被灵活复制或实例化，极大地提升了设计效率。

Sketchpad的突破之处，不仅在于它实现了人与计算机的直接对话，更在于它巧妙地融入了图形用户界面技术，如橡皮筋线条效果和缩放功能。橡皮筋线条能够智能地以精确角度相交，大大提升了绘图的精确性和灵活性。同时，先进的内存架构使得主对象和实例的创建成为可能，这些实例作为主对象的轻量级副本，既节省了内存资源，又保持了高度的可定制性。

主实例概念的应用，让设计者在修改主绘图时，能够自动同步更新所有相关实例，实现了设计的无缝衔接。Sketchpad内置了多达17种不同类型的约束条件，包括垂直、水平、平行、对齐、相等大小等，这些约束既可以单独使用，也可以组合起来创建更加复杂的图形关系。

Sketchpad允许用户在屏幕上直观地查看这些约束，通过图标清晰地展示每种约束的类型。这一功能使得设计者在调整图形时，能够清晰地把握图形的几何和拓扑关系，从而快速准确地达到预期的设计效果。在交互性方面，Sketchpad同样表现出色。它支持实体的动态移动、旋转和缩放，随着光标的移动而实时反馈，这种近乎实时的交互体验极大地提升了设计的流畅性和直观性。

此外，Sketchpad还支持透明缩放和平移功能，使得设计者在处理复杂图形时能够更加得心应手。Sketchpad不仅证明了计算机能够自动化重复性设计和绘图任务，而且以其卓越的可靠性和准确性超越了传统的手工方法。Sketchpad不仅适用于工程师和重复性绘图工作，还成为了设计师和艺术家在产品概念创建和创新阶段不可或缺的工具。

埃德·卡特穆尔（迪士尼动画工作室总裁）创建了一个手腕弯曲的逼真模型，极大地提升了视觉表现的真实感，还研发了深度缓存和纹理映射算法，这对双三次曲面及复杂形状的精准展示起到了关键作用。

马丁·纽厄尔以他的创意，仅凭一个简单的茶壶形状，开启了三维建模的新纪元。

吉姆·布莱恩是第一个将纹理映射与凹凸映射技术应用于3D模型人，依托埃德·卡特穆尔的纹理映射算法，更在双三次面片上引入了反射效果和天际线算法，经过多次技术升级后，布莱恩开始制作3D动画。

1971年，一款名为AutoCAD系统发布。它致力于兼容广泛的机器平台，展现了极高的通用性。进入90年代，CAD软件普及至各个领域，并经历了严苛的极限测试，之后3D打印开始崭露头角。

1975年，犹他大学的研究团队也取得了重大突破，他们开发的着色技术通过优化渲染流程，显著提升了处理速度，并在光影效果、反射及着色方面带来了前所未有的视觉盛宴，这一成果成为了3D计算机图形史上的标志性里程碑。

时至今日，计算机图形技术已深深植根于数码摄影、电影制作、视频游戏、移动设备与计算机显示等多个领域，成为不可或缺的核心技术。无论职业身份如何，从建筑师到网页设计师，从3D艺术家到科学家，这项技术都在以其独特的方式，让工作变得更加高效、便捷与富有创造力。