Теннис родом из Лос-Аламоса
История парадоксальна и её выверты порой удивительны. Что общего у Манхэттенского проекта и компьютерных игр? 65 лет назад была продемонстрирована первая многопользовательская видеоигра с графическим интерфейсом — Tennis for Two. Это была достаточно простая для современного избалованного пользователя игра в теннис, похожая на классическую аркаду 1970-х годов, только появилась на десяток лет раньше и являлась побочным продуктом национальной лаборатории Брукхейвена. Автором игры был физик Уильям Хигинботэм. Много лет спустя в интервью Фрэнку Ловесу он вспоминал, что в то время, работая над экспозицией, он осознал, насколько статичными было большинство научных экспонатов. Будучи главой контрольно-измерительного отдела лаборатории, он намеревался изменить это недоразумение.
В 1940 году Хигинботэм начал работать в лаборатории Массачусетского технологического института над совершенствованием радарных систем различного базирования. Одной из них была радиолокационная система Eagle, работающая в связке с экспериментальным самолётом-разведчиком на базе так и не вышедшего в серию высотного бомбардировщика B-28 Dragon. Результаты этой работы вылились в несколько патентов на схемы из операционных усилителей, поскольку для эффективной работы системы была необходима стабилизация изображения района на дисплее, несмотря на ориентацию аппарата относительно нормальной системы координат (крен, тангаж и рыскание). Этот опыт оказал значительное влияние на дальнейшую работу учёного, ведь схемы на операционных усилителях активно использовались в аналоговых компьютерах.
В 1943 году Уильям приехал в Лос-Аламос, где возглавлял группу электронщиков, разрабатывавших электронные компоненты для первой атомной бомбы, а в 1948 году сменил место работы на Брукхейвен. В те времена лаборатория ежегодно проводила дни открытых дверей в рамках общей государственной политики популяризации науки и образования. Во время таких экскурсий лабораторию посещали тысячи людей, и как руководитель группы в этом мероприятии, Хигинботэм отвечал за создание выставочного стенда, демонстрирующего работу контрольно-измерительного подразделения.
Большинство выставлявшихся экспонатов были довольно унылыми, поэтому учёный решил, что сможет заинтересовать посетителей, создав интерактивную демонстрацию. Позже он вспоминал, что, по его мнению, нужно было как-то оживить это место, чтобы научные усилия, воплощённые в оборудовании лаборатории привлекали внимание посетителей.
В лаборатории имелся небольшой аналоговый компьютер Доннер 30 (Donner Scientific Company), а в инструкции к нему описывалось, как с использованием резисторов, конденсаторов и реле генерировать различные кривые на осциллографе.
При решении задач на компьютере зависящие от времени переменные представлялись напряжениями. Усилители использовались для выполнения операций путем сложения или объединения различных напряжений. Таким образом, при правильном использовании масштабных коэффициентов решения дифференциальных уравнений можно было записать на самописец или отобразить на осциллографе. После того как задача ставилась на компьютере, влияние различных параметров можно было изучать, просто регулируя начальные значения напряжений, коэффициенты потенциометров или номиналы резисторов и конденсаторов. Изменение значения параметра занимало несколько секунд, что обеспечивало высокую степень универсальности при решении дифференциальных уравнений.
Среди приведённых примеров были траектории пули, ракеты и прыгающего мяча, причём все они подвергались различным физическим воздействиям (гравитация, сопротивление ветра). Именно во время чтения инструкции прыгающий мяч напомнил инженеру игру в теннис, тогда и родилась оригинальная идея.
На доработку замысла потребовалось всего пара часов. Чтобы он сформировался в схемотехническое решение, понадобилось ещё несколько дней. Так опыт работы над «военнообязанными» электронными устройствами помог разработать простейший игровой дисплей из осциллографа и всю логическую часть игры на базе имевшегося в наличии лаборатории аналогового компьютера.
Инженер сделал несколько набросков и подготовил чертежи. Техник Роберт Дворак потратил около трёх недель на реализацию схемы и доводку устройства до ума. Игру назвали «Теннис на двоих» (Tennis for Two).
Простым поворотом ручки игроки задавали направление мяча, а нажатием кнопки манипулятора производили удар по направлению к другому игроку. Позже, когда появился Pong, такой игровой контроллер (на базе реостата) получил название paddle (не знаю уж, почему нет никакой статьи, на которую я мог бы сослаться, чтобы быть достоверным, однако я прекрасно помню, что подобные манипуляторы раньше назывались «вёслами» или «падлами»))).
Пока игрок нажимал кнопку и мяч находился на его стороне площадки, он фактически не мог промахнуться по мячу, но если удар производился в неподходящее время или под неверным углом, мяч наверняка воткнулся бы в сеть. Мячи, упавшие на корт, отскакивали практически как настоящие теннисные. Когда мяч покидал площадку или попадал в сетку, чтобы начать следующий розыгрыш, необходимо было сбросить текущий. Графическая составляющая сегодня кажется довольно примитивной. Вид сбоку теннисного корта, представленный всего двумя линиями, где одна изображала корт, а другая — сетку. Мяч — подпрыгивающая точка. Ведение счёта ложилось тяжёлым бременем на плечи игроков (большой теннис — одна из тех игр, в правилах которой среднестатистический гражданин разбирается весьма посредственно).
Сама схема игры была относительно простой, в ней использовались обычные радиодетали. Решение использовало четыре операционных усилителя компьютера для генерации движения мяча, в то время как остальные шесть усилителей распознавали момент удара мяча о землю или сетку и переключали управление на человека, на чьей стороне площадки находился мяч. Чтобы сгенерировать площадку, сетку и мяч на экране, необходимо было разделять эти функции по времени. Настоящей инновацией игры являлись «новомодные» германиевые транзисторы, ставшие коммерчески доступными только в конце 1950-х годов. Транзисторы использовались для реализации схемы быстрого переключения, которая могла принимать три выходных сигнала компьютера и поочередно отображать их на экране осциллографа с невероятно высокой скоростью в 36 Герц. При такой скорости отображения глаз видит мяч, сетку и площадку как одно изображение, а не как три отдельных.
Итак, посетителям идея понравилась. Стенд контрольно-измерительного отдела лаборатории быстро вышел в лидеры всей экспозиции, и люди стояли в длинных очередях, чтобы получить возможность поиграть.
Первая версия игры 1958 года работала на осциллографе с крошечным пятидюймовым дисплеем. В следующем году Хигинботэм улучшил игру, увеличив экран дисплея и добавив варианты настроек с более сильной или слабой гравитацией, чтобы посетители могли играть в теннис на Луне, Земле или Юпитере. Тем не менее через два года «Теннис на двоих» был закрыт. Осциллограф и компьютер стали использоваться для других лабораторных задач.
Хигинботэм, который уже запатентовал более десятка изобретений, не считал свою игру инновацией, хотя он прекрасно видел, что она отлично зашла посетителям лаборатории. Кто бы мог подумать, что спустя несколько десятков лет индустрия видеоигр станет приносить миллиардные прибыли и насколько популярным станет такой досуг. Существенно позже, когда видеоигры широким шагом ступали по планете, многие журналисты задавали ещё живому автору игры один и тот же «денежный» вопрос. Уильям отвечал на него почти всегда одинаково.
«Даже если бы у меня хватило предусмотрительности запатентовать игру, я работал в правительственной лаборатории и патент принадлежал бы федеральному правительству, поэтому я бы не заработал на этом ни цента. Мне никогда не приходило в голову, что я делаю что-то очень интересное. Я думал, что длинная очередь людей образовалась не потому, что это было так здорово, а потому, что все остальное было очень скучным».
Учитывая прошлое учёного, созданная им игра стала естественным результатом его учёбы и опыта работы. Коллеги Уильяма отмечали, что схемы, которые он разрабатывал, были весьма надёжными, простыми и красивыми. Глядя на схему игры, человек, занимающийся электроникой, даже спустя более полувека не может не видеть её элегантность и красоту.
На какое-то время игра была забыта, однако в 1964 году компания Sanders Associates получила первый патент на видеоигру. Magnavox купила патент и начала производить игры с начала 1970-х годов. Конкуренты, желающие обойти патент Magnavox, узнали о более ранней игре Хигинботэма, и нашли его для участия в судебных перипетиях, но дело было урегулировано во внесудебном порядке. Учёный стал широко известен как изобретатель видеоигры только после того, как в 1982 году в журнале Creative Computing появилась статья легендарного Дэвида Ала. Никто и представить себе не мог, что невинная попытка удержать посетителей лабораторной выставки станет предтечей целой отрасли, продажи которой менее чем через пятьдесят лет только в США составят больше десятка миллиардов долларов.
Ради исторической справедливости стоит упомянуть, что на самом деле игре в теннис предшествовало несколько других игр. Одна в конце 1940-х и две в начале 1950-х, хотя не факт, что справедливо и правильно присваивать звание «первой видеоигры» какой-либо из них.
В 1948 году, за десять лет до выхода тенниса Хигинботэма, Голдсмит и Манн запатентовали «развлекательное устройство на основе электронно-лучевой трубки», что сделало его самой ранней задокументированной предтечей видеоигр. Однако устройство требовало от игроков серьёзных телодвижений: наложения изображений или иллюстраций «целей» перед экраном для соответствия игровому процессу, что отличается от игры в теннис, в которой все визуальные эффекты игры полностью отображались на экране.
В 1951 году на фестивале британской науки демонстрировался Nimrod, компьютер для игры в «Ним», хотя такое приложение использовалось лишь для того, чтобы продемонстрировать вычислительную мощность нового устройства, что опять же отличает его от игры из Брукхейвена, в которую играли ради развлечения, да и дисплея как такового там не было.
В 1952 году в Кембридже была создана однопользовательская игра «OXO» (крестики-нолики) для EDSAC, которая опять же создавалась как иллюстрация к кандидатской диссертации на тему взаимодействия человека и компьютера, а не для развлечения.
В 1997 году, по случаю 50-летия Брукхейвенской национальной лаборатории, Питер Такач из подразделения, в котором работал Хигинботэм, воссоздал игру. В проекте также участвовали Скотт Коберн и Джин фон Эйкен, которые потратили на это примерно три месяца. В архиве нашлись две оригинальные схемы, однако вскоре стало понятно, что следуя старым схемам, игру не восстановить. Скорее всего, при монтаже оригинальной игры в 1958 году Роберт Дворак делал какие-то исправления, которые не вносились в чертежи. Худо-бедно, но у них получилось воссоздать работу аналоговой схемы с помощью интегральных логических схем. Уже в 2008 году, в ознаменование 50-летия игры, она была переделана второй раз и выставлена в экспозиции лаборатории. В этой версии также использовались интегральные логические схемы, а под осциллографом была размещена камера для записи игрового экрана и последующего отображения его на расположенном рядом ЖК-экране. В Музее электронных игр теннис был восстановлен с использованием полностью аналоговых схем, и эта реплика 2011 года на данный момент является наиболее точной современной копией оригинала.
Есть мнение, что «Теннис для двоих» или любая игра из перечисленных не могут называться первой «видеоигрой», поскольку ни одна из них не отображала видеосигнал, подразумевая, что электронные сигналы должны преобразовываться в изображения на экране с использованием растра, тогда как осциллографы визуально отображают изменения электрического напряжения. Хотя система Хигинботэма не создавала видеосигнал, он создал уникальный способ чередования выходов компьютера с помощью транзисторной схемы переключения, создавая изображение теннисного корта и позволяя игрокам управлять подвижным мячом, видимым на экране, точно так же, как в современных видеоиграх.
В заключение важно написать о том, что главной целью и достижением в своей жизни Уильям Хигинботэм считал вовсе не созданную им игру. Учёный хотел прославиться своей работой над радарными системами и усилиями по замедлению гонки ядерных вооружений. Участвуя в Манхэттенском проекте и прекрасно понимая последствия этой работы, Хигинботэм стал одним из основателей некоммерческой организации по нераспространению ядерного оружия FAS и был её первым председателем и исполнительным секретарём. Он умер в ноябре 1994 года, более известный благодаря своей видеоигре, однако когда упоминания о ней приобрели совсем уж неприличные масштабы, его сын настоял на том, чтобы в истории его отца обязательно делали упор на его работу по ограничению ядерного оружия, что я и посчитал важным добавить в конце статьи.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
