大厅里树着一块黑白显示屏，屏幕上有一张面孔慢慢地消失在背景中。讲台上坐着一名身形瘦削的中年男子，他的头发整齐地梳在脑后，右耳上夹着一款样式现代的带话筒耳机。他操着一口硬铮铮的俄勒冈口音，说起话来带有20世纪60年代的典型特色。这次演示的内容是他在斯坦福大学的研究项目。“大家都是搞科研的人，试想一下，要是给你在办公室里配一台计算机，让它整天保持运转，随时处于待命状态……”说到这里，他停了一下，面带微笑地看了看台下观众，“换句话说，它可以根据人的指示做出回应。这种技术可以产生多少价值，你们估量得出来吗？”
看得出来，他很激动，在成千上万人面前演讲还是有些紧张。不过多年的授课经验摆在那里，从他的语音语调就能听出，他是个老手。“这么多年来，我们斯坦福研究所的增强人类智能研究中心（the Augmented Human Intellect Research Centre ）一直致力于研制这样的机器。”
“幸运的是，我们的成果和技术本身就已经非常引人入胜。我会多做一些演示，少讲一些空话，把项目中的亮点直观地展示给大家。接下来，我给大家演示一下我们的技术成果，”说着，他指了指摄像机，“废话先不多说，我们直接进入正题。”
他的声音从话筒里传出，在整座大厅里回荡。时值1968年12月（43岁），秋季联合计算机会议（the Fall Joint Computer Conference）正在旧金山布鲁克斯大厅举行。台上的演讲者正是道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ），他一次性地演示了数量空前的创新成果，在会场上掀起了一轮高潮。
道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）1925年出生于俄勒冈州波特兰市，在三兄弟中排行第二。母亲热爱艺术，父亲开了家收音机修理店，不过恩格尔巴特并未因此而迷上电子器件。“小时候总觉得电子设备很神秘，看起来怪吓人的。”他后来回忆道。九岁时，他的生活因为父亲的去世被彻底打乱，一家人搬到了威斯康辛州约翰逊·克里克市（Johnson Creek ）的乡下。尽管生活上出现了重大变故，恩格尔巴特在学习上依然出类拔萃（只不过他学习的目的并不是为了考高分，而是为了理解事物运作的方式）。他渐渐对雷达技术产生了兴趣。17岁时，恩格尔巴特从波特兰的富兰克林高中（Franklin High School ）毕业，进入俄勒冈州立学院——即后来的俄勒冈州立大学（Oregon State University ）攻读电子工程学。他发现自己很难抉择专业方向。“入学才两三个月，我就对学院的教授失望透了，后来我意识到，自己对他们的心里期许本身就不对，没有把他们看成教授，而是在以父亲的标准要求他们。”恩格尔巴特尚未完成学业，就被征召入伍，成为了海军技术兵。新兵训练结束后，他随部队驻扎到了菲律宾。在前往驻地的路上，恩格尔巴特来到一座名为莱蒂（Laiti ）的小岛，歇息了几天。他在岛上发现了一座由竹子搭建的高脚屋，这座高脚屋是红十字会在当地管理的图书馆。恩格尔巴特在馆内浏览图书和杂志时，读到了万尼瓦尔·布什（Vanevar Bush）在一期杂志上发表的文章——“诚如我思”（As We May Think）。布什在文中大胆提出设想，认为机器将来可以帮助人们存储和调取所有科学知识。
这篇文章对恩格尔巴特的思想产生了深远的影响。
道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）服完兵役后，回到学校继续完成了学业。1948年（23岁），他进入美国国家航空航天局的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）担任电子工程师，为各种研究项目制造和维护电子设备，平常一有时间就会去斯坦福大学的图书馆充电。此外，他还开始学习跳舞，生性羞怯的性格渐渐有所改观。他遇到了心仪的女孩子，并与之订婚。不过求婚后的第二天，他突然发现自己的生活没有目标，于是决定订立一个人生规划。他的大体目标是赚钱养家，造福社会。但是，怎样做才能造福社会呢？“当时脑子里突然闪过一个念头，觉得世界上有很多问题太复杂，解决它们的办法也太繁杂，”恩格尔巴特回忆道，“很多问题的解决时限越来越短，紧迫性也越来越强。如果把这两个因素综合在一起考虑，我们就会发现，问题的复杂性和紧迫性是考验人类组织机构办事能力的重要指标。如果能开发简单快速的办法处理复杂而紧迫的问题，那就能从根本上为人类做出一些贡献。这个想法一直萦绕在我的脑海里。”
“我的思路很快就展开了。估计当时还不到一个小时，我就构想出了一台机器，它有一块巨大的CRT 显示屏（CRT 即阴极射线管），上面显示着五花八门的符号，这些符号可以是人们用过的，也可以是以前从来没有发明过的。计算机可以操纵这些符号，而用户可以通过各种装置操纵计算机。操纵装置的工程结构很简单，可以是杠杆、旋钮、按钮、开关，凡是你能想到的任何工具都行。它们可以传达用户的指令，使计算机做出反应。”
道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）不是数学家，他甚至连计算领域的行家也算不上，但他深知，如果计算机可以运算，那么这台巨大的运算机器除了处理庞杂的问题，一定还能做别的事情。恩格尔巴特意识到，如果人人都有一台计算机，再加上显示屏和精巧的输入设备，那就可以实现前所未有的工作方式。他甚至设想了协同工作的模式。“我脑海里浮现出了一些非常清晰的画面，画面中有一群人坐在不同的办公室里，他们属于同一家公司，办公室里配置了相似的工作站，每一个工作站都连接着同样的计算机系统。人们可以通过计算机系统共享信息，紧密协作。我还设想了一种可能性，那就是，一旦计算机被发明出来，很多新的技能和思考方式也会相继问世。”
为了实现自己的新设想，恩格尔巴特决定回到学校继续深造。他选择了入读加州大学伯克利分校，因为那里的计算机学科建设方兴未艾。恩格尔巴特利用在校时间深入钻研了计算机，并于1956年（31岁）获得了电子学博士学位。执教一年后，他决定将自己的部分发明加以利用，申请专利，并组建公司开发这些专利。可惜他的公司未能长久经营，于是恩格尔巴特转而加入了斯坦福研究所。入职后，他取得了更多的发明专利，工作进展较为平顺，不过，他依然想实现当初的设想，只可惜没什么人支持。1962年（37岁），恩格尔巴特将自己的想法写成了正式的文稿，题为《增强人类智能：一个概念框架》（Augmenting Human Intellect：AConceptual Framework）。当时，他在美国航空航天局有一位朋友，名叫罗伯特·泰勒（Robert Taylor）。在泰勒的帮助下，他终于拿到了科研经费，由此开展了自己的项目。
道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）的科研经费来源于美国高级研究计划局（Advanced Research Project Agency），该局还派来了两名研究人员前来帮忙，他们分别是约瑟夫·利克莱德（J. C. R. Licklider）和伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）。伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）也是人机互动领域的先驱，他在麻省理工学院攻读博士期间，就已经发明了一款功能强大的绘图软件，名为Sketchpad（画板）。只要使用光笔和一组按键，就可以在Sketchpad上绘制直线和曲线，程序会对绘制出来的线条进行自动调整。用户可以将作好的设计图放大，图稿放大后，超出屏幕的部分会被自动“切掉”。此外，用户不仅可以旋转、复制和移动图片，还可以拖拽图形上的线条和点，进而改变图片的局部尺寸。这些实用的功能到如今已成为所有绘图软件包和计算机辅助设计系统的标准配置。有了如此出色的研究履历，伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）自然是道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）当之无愧的左膀右臂。
很快，道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）创立了增智研究中心（AugmentationResearch Center，简称ARC ），开始招贤纳士。接下来几年里，他发明了计算机鼠标，并将它与已有的设备进行比对测试，还提出了一系列领先于时代的惊人设想。1968年12月（43岁），在秋季联合计算机会议（the Fall Joint Computer Conference）上，恩格尔巴特及其研究小组在合作伙伴的协助下展示了他们的研究成果。此次演示因其生动、直观的形式和前瞻性的成果而被人冠以“所有演示之母”（The Mother of All Demos）的美名——这样的赞誉可谓实至名归。
图形用户界面的诞生
时光倒退回那历史性的时刻。道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）坐在旧金山布鲁克斯大厅的讲台上，面前摆着一个形似大托盘的容器，托盘中间摆着一个计算机键盘。右边有样东西看着明显像是鼠标，只不过更笨重一些。鼠标控制着投影屏幕上的指针，这个指针想必当今时代的人都很眼熟，恩格尔巴特喜欢称它为“虫子”。托盘左侧放着一排“和弦电键”，看起来像五个钢琴键，可以以不同的排列组合按键打字。换言之，同样是打一个字符，正常的键盘只需要按一个键，“和弦电键”则需要按多个键。这种操作方法可能学起来比较困难，所以“和弦电键”没能经受住时间的考验。
在接下来一个小时的时间里，道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）首先演示了文字处理器的操作方法，比如用计算机键盘敲击打字，用鼠标复制粘贴文本，标题自动编号，文字替换，隐藏文档部分内容，项目分类，排序，选择性地显示列表中的项目。此外，演示内容还包括简单的交叉引用（超链接）——点击文字，即可跳转到相应的关联信息；点击不同的链接，即可跳转到不同的页面，或打开新的图片。恩格尔展示了一张带动态链接的简单图片，点击图上的某个单词，即可打开一个新的文本页面。
演示完文字处理器后，他连线数英里外的同事，举行了视频会议。他创造性地采用阴极射线将视频画面投射到投影幕上，用一个窗口显示。在画面中，他的同事们在展示编程语言和编程环境之余，还进行了一系列演示，比如按照打印格式排版文档，在协作者之间共享文件、乃至显示屏，用鼠标在屏幕上画图。当时没有人见过这么新奇的玩意。在1968年，观看这场演示就像见证一个又一个奇迹。
演示的最后，道格·恩格尔巴特（Douglas Engelbart ）提到了一个新项目——美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）建立的一个试验网络。“在这个网络中，我们将尝试开发一项特别服务，给人们提供相关的网络信息，以便运营这类网络。我们计划提供的信息包括：服务内容有哪些，面向哪些人群，采用什么样的协议才可以登录，当天登录的用户有哪些，哪里可以找到用户指南和系统描述文件。”
恩格尔巴特的确在阿帕网（Advanced Research Projects Agency Network，ARPANET）上提供了简单的信息服务，而且在互联网的早期发展阶段发挥了重大的影响。如果事情按照这样的趋势发展下去，他兴许就能发明万维网，或者与之非常类似的网络了。
然而不幸的是，在接下来的十年里，情势急转直下。随着管理层的洗牌和赞助问题的涌现，斯坦福研究院的内部乱成一团，四分五裂。1977年（52岁），恩格尔巴特遭到解雇。
被解雇后，他试图在一家名叫泰姆谢尔(Tymshare)的新公司继续开展工作，新公司致力于将增智研究中心（ARC ）研发的产品商业化。但是很快，恩格尔巴特发现自己遭到排挤，无法发挥创新才能。虽然这对他来说时运不济，但对另一个研究中心来说，无疑是天赐良机。原来恩格尔巴特手下的很多ARC 小组成员后来都进了施乐（Xerox）公司的帕罗奥多研究中心（Palo Alto Research Center，简称PARC），很快，该中心就成了业内研究领域新的领头羊。
早在1969年，帕罗奥多研究中心（PARC）的员工就已经发明了激光打印机。有了ARC 小组精英团队的加持，加上新经理鲍勃·泰勒（Bob Taylor）的英明领导，计算机界面的电子开发很快就开始突飞猛进。“窗口”的概念进一步完善，一个程序可以有多个窗口，每个文档占用一个窗口，后来又发展到独立程序可以各自拥有专属的窗口。菜单（只有在点击关键词的情况下才会出现的下拉列表选项）和图标（可以代表文件、文件夹、程序或“最小化”的窗口的小图形）相继问世。单选按钮（选项列表中只有一项可选）和复选框（选项可以勾选或取消勾选）使用户与计算机的互动更加直观。所有这些创意的实现，都离不开一个指针设备——鼠标。新风格的界面称为WIMP（窗口、图标、菜单、指针设备的英文缩写）。它与传统的“命令行”界面天差地别，在传统界面下，用户只能通过晦涩难懂的命令代码与计算机互动。
不久后，计算机操作系统开始采用基于上述概念的图形用户界面（GUI ）。1981年，施乐推出了Star 工作站（施乐8010信息系统），这是第一款采用图形用户界面的商用机。它探索了WYSIWYG（所见即所得）的设计理念。计算机上的文档打印出来是什么效果，在显示屏上就是什么效果，这使得用户开展工作的方式变得更加简单、直观。Star 工作站还具备网络、电子邮件功能，支持不同文档内容的插入（比方说，用户可以将表格软件中的图表插入到文字处理器的文档中）。
苹果公司的创始人史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）对Star 工作站的图形用户界面极感兴趣。他领导项目团队，开发了一款新的个人计算机，称为Apple Lisa。Apple Lisa于1983年正式发布。没过多久，另一款计算机麦金塔（Macintosh ）也于1984年亮相市场。苹果的创意引发了各大高校和计算机公司的纷纷效仿。1984年，麻省理工学院为UNIX 系统开发了X—Windows 图形用户界面。1985年，雅达利ST（Atari ST ）和Amiga 计算机分别上市。在那个年代，IBM 个人计算机虽然是办公设备的标配，但是复杂的MS—DOS 命令行界面已使它渐渐落伍于时代。1985年，一款适用于MS—DOS 系统的图形用户界面横空出世，这就是日后名声大噪的Windows。经过反复改进，1990年发布的Windows 3.0和1992年发布的Windows 3.1成为了风靡全球的个人计算机系统。
计算机行业的面貌从此彻底改变。随着个人计算机公司之间的竞争日益加剧，最好的设计理念往往能够在模仿和创新中保留下来，并不断改进。如今，我们使用的操作系统大多是基于Windows 平台。虽然底层架构的复杂函数依旧可以通过命令行界面执行，但是简洁美观的图形用户界面是未来发展的大势所趋。随着手机和平板计算机的日趋流行，移动计算也益发重要，后WIMP 时代的计算机界面不断涌现。苹果率先在PowerBook笔记本上采用了触控板技术，同时在为数众多的新产品中不断创新，始终走在时代的尖端前沿。譬如，该公司采用了多点触控显示屏，可实现滑动翻页、双指缩放、双指旋转、双指滚动等多种触控体验，让触屏机的操纵得心应手。
单从行业影响力来看，恩格尔巴特已然过气。但直到2010年，他依然活跃在人们的视野里。他创立了道格·恩格尔巴特研究所（Doug Engelbart Institute ），但颇具讽刺意味的是，该机构如今已是斯坦福研究所的一部分。它的宗旨是“增强人类处理复杂、紧迫问题的能力”。恩格尔巴特的眼光依然和几十年前一样犀利。他表示：“人可以表达自己的思想，但真要比较起来，我觉得计算机的灵活性要比人强得多。我们现在碰到的问题越来越多，也越来越复杂，如果我们能够切实地把这些复杂的情况理清楚，那将是非常重要的成就。人们总是说，我们已经做得很不错了，可我还是要说，我们还有很长的路要走。”
用第二双眼看世界
20世纪60年代对于计算机科学家来说，是一段忙碌的时期。从某些方面来看，恩格尔巴特一直比较幸运，高级研究计划局信息处理技术科（Information Processing Techniques Office，简称IPTO）的连续三任领导都和他关系很好。第一任领导约瑟夫·利克莱德（J. C. R. Licklider）是个独具慧眼的人，他不仅在网络领域有很深的造诣，而且在人机交互的问题上也颇有见地。这种广博的视角使他更容易接受恩格尔巴特的观点和目标，所以批准经费也是理所当然的事情。1964年，伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）接替了约瑟夫·利克莱德（J. C. R. Licklider），他是交互式图像学领域的先驱。1966年，伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）的继任者鲍勃·泰勒（Bob Taylor）对网络和图像学都很有兴趣，他曾经参与过阿帕网的研制项目，后来又担任了帕罗奥多研究中心（PARC）计算机科学实验室的主任。
在这些先驱当中，贡献最突出的要属伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）。苏泽兰曾经在美国高级研究计划局（Advanced Research Project Agency）工作过一段时间，但他真正感兴趣的领域其实是计算机图形学。早在学生时代，他就已经发明了绘图软件Sketchpad（画板），而今，他着眼的是更加宏伟的目标。
伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）1934年出生于美国内布拉斯加州黑斯廷斯市（Hastings ）。他和哥哥伯特（Bert ）从很小的时候起，就对计算机产生了浓厚的兴趣，平时喜欢用继电器自制机器。他们的父亲是一位土木工程师，他给兄弟两人的成长带来了很大的影响。伊凡长大后，一家人搬到了纽约郊区的斯卡斯代尔（Scarsdale），兄弟两人开始为计算机先驱、美国计算机协会创始人埃德蒙·伯克利（Edmund Berkeley）打零工。虽然只能拿到最低水平的工资，但兄弟俩做得不亦乐乎。伊凡给伯克利的个人计算机编写了第一款除法程序，称为“西蒙”（Simon）。“我写的程序可以做一部分除法运算，被除数最大可以到15，除数最大可以到3，”苏泽兰说，“在我写程序的过程中，伯克利给了提供了许多指导，讲解了许多计算方面的知识。”
在此期间，伯克利把苏泽兰兄弟介绍给了还在贝尔实验室工作的克劳德·香农（Claude Shannon）。“我和伯特去拜访了香农，那一天我们相处得非常愉快。”后来，这层关系也给他们带来了很多便利。兄弟二人受到香农的启发，为伯克利发明了一只会走迷宫的机器老鼠。伊凡中学毕业后，考取了卡耐基理工学院（Carnegie Institute of Technology）——即现在的卡耐基梅隆大学（Carnegie Mellon University），攻读电子工程学专业。随后，他又在加州理工学院（California Institute of Technology）获得了电子工程专业的硕士学位。出色的教育背景使他获得了在IBM 公司打暑期工的机会。然而，随着苏泽兰对计算机的研究日益深入，他开始意识到，麻省理工学院的计算机系才是数一数二的顶尖计算机院系。于是他联系了当时已在该校任教的香农。
“香农还记得我们兄弟俩，他把我邀请到他家里去了，”苏泽兰回忆道，“如果不是因为他的提携，我就无法取得今天的成就了。”伊凡的博士研究课题是开发绘图软件Sketchpad（画板），如上文所说，它是个令人称奇的交互式设计程序。当时担任答辩委员会主席的正是香农，此外，人工智能领域的先驱马文・明斯基（Marvin Minsky）也是答辩委员会的成员。
伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）完成博士课题后，加入了预备役军官训练营（Reserve Officer's Training Corps，简称ROTC ），当时美国很多重点高校的学生都必须服兵役。伊凡在陆军部队为一名上校当技术兵，同时为美国国家安全局（National Security Agency，简称NSA ）制造计算机显示器。服役一年后，他被授以中尉军衔，并调往美国高级研究计划局（Advanced Research Project Agency），担任信息处理技术科的负责人。他在这个岗位上干了两年。在此期间，他利用职务之便积累了宝贵的人脉，结交了大量的计算机科学家，其中包括专攻图形学的戴维·埃文斯（David Evans）。但是苏泽兰并不想在信息处理技术科待下去。“我有自己的职业规划，当初入职的时候就说过，我只会在这里干两年。既然两年期已满，那应该做点别的事情了。”苏泽兰把信息处理技术科的工作交接给鲍勃·泰勒（Bob Taylor）后，自己接受了哈佛大学的终身教职。他终于可以按照自己的想法开展尖端研究了。
当时，新开发的阴极射线管显示器上已经可以实现二维成像，只不过，成像的范围仅限于线框图形（物体的轮廓都是细细的直线）。但是既然二维图像都可以显示，为什么三维图像就不能呢？为什么不利用人的两眼视角差，来制造图像的空间立体感呢？实现三维成像后，为什么不更进一步，让三维图像随着用户视角的改变而发生动态的改变呢？“一个人在抬头、低头或者做其他各种头部动作时，他所看到的真实物体的图像就会发生改变。显示器中的三维图像也应该具备这样的效果。”苏泽兰表示。
这就相当于让用户体验虚拟现实（Virtual Reality）。用户只能看到由计算机创造的虚拟世界。如果他们在现实世界中来回走动，在虚拟世界中也会这样。
这是一个非比寻常的创意，苏泽兰及其研究小组耗时数年，终于建立起了一个可以实现虚拟现实的工作系统。不过在1968年，也就是恩格尔巴特在计算机会议上做演示的那一年，苏泽兰发布了一篇文章（A head-mounted three dimensional display），详细描述了他的头戴式三维显示器。虽然这款显示器的确是头戴式的，但它实在太重，使用时必须用缆索将它吊在天花板的支架上。此外，它的显像质量非常粗糙，能够显示的最复杂的图形也不过是一座“空房间”，上面有一扇门和三扇窗户——其实，所谓的“空房间”也不过是个立方体而已，上面开了一个长方形和三个正方形。更糟糕的是，显示器内置的超声波位置传感器在使用过程中容易产生累积误差，导致系统有时候必须停机几分钟之后才能正常使用。不过，苏泽兰的头戴式设备虽然存在种种瑕疵，但使用起来还是没有问题的。“用户很快就会习惯戴着显示器看东西。要想环视四周，只要转一下头就可以了。”苏泽兰表示。
尽管显示器的大部分研制工作是在哈佛大学完成，但苏泽兰还是在1968年转职到了犹他州立大学（University of Utah ），因为他的朋友戴维·埃文斯（David Evans）在那里创立了计算机科学系。很快，苏泽兰对计算机图形学（乃至整个计算机科学）的影响力开始与日俱增。他的学生丹尼·科恩（Danny Cohen）发明了一款适用于通用计算机平台的飞行模拟器，用于训练飞行员。师生二人共同提出了一种算法，称为科恩－苏泽兰算法（Cohen–Sutherland algorithm），这种方法可用于自动“裁剪”图片，使之成适合屏幕大小。后来，埃文斯与苏泽兰携手创立了Evans and Sutherland公司，该公司在实时图形、3D图形及打印机语言等领域做了大量重要的工作。不少雇员后来自立门户，创立了非常成功的公司，比方说吉姆·克拉克（Jim Clark）创立了硅谷图形（Silicon Graphics），约翰·沃诺克（John Warnock）创立了Adobe。
苏泽兰有很多学生在校期间便已享有盛名。亨利·高洛德（Henri Gouraud）发明了一种效果逼真的光影渲染技术，称为高洛德着色（Gouraud shading）。弗兰克·克罗（Frank Crow）发明了抗锯齿技术（anti—aliasing）。由于在3D 图像中，受分辨率的制约，物体边缘总是会或多或少地呈现出三角形的锯齿，而抗锯齿就是通过像素混合，对物体边缘进行柔化处理的方法（如今，这项技术在每台计算机和电视上都得到了广泛的应用）。艾德文·卡特姆（Edwin Catmull）是皮克斯（Pixar）的联合创始人，现任迪士尼动画工作室和皮克斯动画工作室总裁。
苏泽兰停止了在计算机图像学领域的研究工作。1976年，他转职到加州理工学院，在那里创立了电子计算学系，当上了系主任。在他的推动下，集成电路设计成为了计算机科学的分支领域。1980年，苏泽兰成立了咨询公司Sutherland，Sproull and Associates。该公司后来被Sun公司收购，成立了Sun Labs。甲骨文收购Sun公司后，该实验室转而成为甲骨文实验室（Oracle Labs ）。苏泽兰曾在Sun公司担任研究员和副总裁。2008年，他转职到波特兰州立大学（Portland State University ），从事异步系统的研究工作。
没有评论:
发表评论