Ivan Sutherland

Ivan Sutherland nasceu em 1938 e entregou a sua tese de doutoramento, antes dos 25 anos em 7 de Janeiro de 1963, consistindo esta no desenvolvimento do primeiro CAD interativo Sketchpad: A man-

machine graphical communication system (abreviadamente Sketchpad) (Sutherland, 1963a; Kassem,

2014). Sutherland era engenheiro eletrotécnico de formação, com cursos no Carnegie Institute of Technology (depois Carnegie Mellon University mais conhecida pela sigla CMU) e no California Institute of Technology (abreviadamente CalTech), sendo filho de um engenheiro civil, tinha nascido no estado do Nebraska onde o pai trabalhava na construção de uma barragem. Anos mais tarde a família mudou-se para Scarsdale, a Norte da cidade de Nova Iorque (Kassem, 2014).

Na adolescência, Sutherland era já um interessado pela área dos computadores e tinha feito pequenos trabalhos para Edmund Berkeley por volta dos 13-14 anos conjuntamente com o seu irmão mais velho Bert Sutherland. A figura de Berkeley é bastante importante pelo facto de ter sido um dos primeiros cientistas de computadores, pioneiro ao ponto de ser um dos fundadores da Association for Computing Machinery (ACM), em 1947. Berkeley também tinha sido o criador e vendedor de um dos primeiros computadores (ou proto-computadores) pessoais, o Simon, uma máquina calculadora de bobines com uma memoria muito limitada. Ivan e Bert Sutherland, em 1953, terão sido mesmo dos primeiros programadores de microcomputadores de sempre, ao conseguirem programar o cálculo da divisão no Simon que apenas tinha capacidade para 24 dígitos (Berkeley, 1950; Clark, 1988; Sutherland, 1989a, 1989b, 1994; Longo, 2015).

Através de Berkeley, e ainda na juventude, Sutherland travou conhecimento com Claude Shannon, o futuro orientador da sua tese, um doutorado do MIT que, em 1948, tinha assinado um artigo revolucionário e fundamental para o mundo conectado digitalmente da atualidade, “A Mathematical Theory of Communication” conhecido na língua portuguesa tanto como “teoria matemática da comunicação” como por “teoria da informação”. Shannon produziu o artigo quando trabalhava na unidade de investigação da telefónica Bell Telephone Company, onde Sutherland o terá conhecido (Shannon, 1948; Sutherland, 1989a, 1989b, 1994; Lavor, 2006; Capurro e Hjorland, 2007; Perry, 2014).

Sutherland começou sua atividade no MIT, em 1960, primeiro com um trabalho de verão, no Lincoln Labs, o laboratório a dezenas de quilómetros do campus do MIT, financiado por fundos da defesa, onde estavam os computadores da instituição nomeadamente o, já anteriormente referido, computador TX-2, descendente do TX-0, um dos primeiros com display gráfico. À data em que Sutherland começa a desenvolver a sua tese, o TX-2, era, ainda, um computador experimental, e essa circunstancia terá permitido a Sutherland solicitar alterações a Wesley Clark, responsável pelo desenvolvimento do TX- 2 e figura essencial para a tese. Clark havia sido, também, o responsável pela principal interface do

Sketchpad, a light pen, desenvolvida para o sistema de defesa SAGE (Sutherland, 1989a, 1994;

Weisberg, 2008; Perry, 2014).

O TX-2, tal como todos os grandes computadores da época, tinha uma utilização dividida entre departamentos e como tal com intervalos de tempo reduzidos destinados a cada um dos alunos de doutoramento. Essa circunstância terá mesmo obrigado Sutherland a fazer uma tese noctívaga, trabalhando no computador a partir das três da manhã. O computador TX-2 era de grandiosas dimensões e, apesar de grande capacidade para a época, tinha algumas limitações. De acordo com a lembrança do próprio Sutherland, no final da década de oitenta, o potencial do TX-2 era um vigésimo do computador Apple Macintosh II de então (Sutherland, 1989a, 1994; Perry, 2014).

Segundo o próprio Sutherland, a motivação para a ideia original do Sketchpad poderá ter começado no facto do seu pai ser engenheiro civil e, por este motivo, ter lidado, desde pequeno, com as peças desenhadas do trabalho do pai. Mesmo nas aulas, enquanto criança, Sutherland olhava paras as peças desenhadas do pai, uma vez que a mãe tinha o hábito de embrulhar os livros escolares com plantas que sobravam do trabalho do pai e não, como a maioria dos progenitores, com papel de embrulho. Desta forma, o jovem Ivan quando menos atento ao tema de uma aula passava o tempo a interpretar as plantas. Este facto terá contribuído para que Sutherland, ainda criança, aprendesse a ler plantas de engenharia e adquirisse um certo interesse no desenho técnico (Sutherland, 1989a, 1994).

De acordo com o já anteriormente referido, o programa Sketchpad foi desenvolvido entre 1960 e final de 1962 no computador TX-2 do Lincoln Labs do MIT. No TX-2, a interatividade do utilizador era garantida por um monitor de sete polegadas, uma light pen, por um conjunto de botões, interruptores e manípulos rotativos que garantiam a manipulação dos desenhos, bem como a área e o tamanho da imagem. Os mecanismos para a manipulação do desenho no monitor, revestiam-se de alguma importância pela circunstância de grande parte do que conhecemos hoje de ferramentas de manipulação de desenho digital como windowing, zooming e clipping serem invenções do próprio Sutherland, patenteadas, em seu nome, anos mais tarde (Sutherland, 1972a, 1972b; Hodgman e Sutherland, 1974; Kassem, 2014).

A tese ocupava duas vezes a memória do TX-2, pelo facto das coordenadas serem guardadas em memoria e do sistema disponibilizar a visualização de imagens como séries de pontos. Essas grandes limitações de memória tinham impacto na qualidade da imagem e obrigavam a uma resolução máxima de 3000 pontos (Weisberg, 2008).

O desenho era feito por snap sobre a coordenada do último ponto do monitor pelo que no ecrã inicial do programa existia a palavra “INK” para servir de guia para coordenada inicial da light pen que era arrastada para a coordenada seguinte, desenhando a linha. A execução do programa parava se a light

pen fosse agitada mais rapidamente, exigindo pois uma movimentação lenta ao utilizador, por forma a

não parar a execução do programa (Johnson, 1963; Sutherland, 1963b; Morash, 1964; Weisberg, 2008). O Sketchpad, tal como o próprio título da respetiva tese indicava, era um sistema que usava o desenho com meio de comunicação com o computador, uma vez que dispunha de informação para interpretar o que o utilizador desenhava no monitor. De acordo com as palavras do seu autor na própria tese, Sketchpad aumentava o rigor dos desenhos e facilitava a repetição de elementos do desenho. O programa permitia desenhar segmentos de linha ou arcos de círculos e continha informação topológica dos mesmos, permitindo deformações de polígonos através do movimento de vértices (Sutherland, 1963b).

Para Sutherland, o programa Sketchpad, em termos práticos, nunca serviu para fazer as peças desenhadas de qualquer projeto, tendo servido apenas para executar a tese e, basicamente, gerar desenhos para a tese. Serviu ainda, para fazer uns desenhos que passaram para a posteridade no filme educacional do MIT sobre o Sketchpad, realizado em maio de 1962 (Sutherland, 1962), elaborado com Sutherland aos comandos e produzido ainda sobre uma versão intermédia do programa. A circunstância de não ter servido para elaborar peças desenhadas de desenho técnico, poderá estar relacionada o facto de não ter sido um software concebido para ser manipulado por um utilizador final, não informático. Sutherland que continuaria a trabalhar no ramo do software, admitiria, anos mais tarde, ter tido com Sketchpad, o primeiro impacto da dificuldade de conceção de softwares para utilizadores sem conhecimentos de informática (Sutherland, 1963b, 1994).

Para além do orientador Claude Shannon, no comité de tese de Sketchpad, A Man-Machine Graphical

Communication System, estariam Marvin Minsky, pioneiro da inteligência artificial e que tinha sido um

dos responsáveis pela vinda de Sutherland para o MIT, bem como o codirector do projeto CAD, Steven Coons (Sutherland, 1963b).

Sketchpad foi um marco pela sua interatividade gráfica, podendo ser considerado à frente do seu

tempo, sendo desenvolvido num computador do tamanho de uma sala e com um monitor do tamanho de um telemóvel da atualidade mas com a faculdade de permitir a inserção de pontos ou linhas com uma light pen no monitor (Perry, 2014) (Figura 12).

O MIT apressou-se a mostrar e divulgar o Sketchpad quer com o filme de Sutherland já, anteriormente, referido (Sutherland, 1962), quer com demonstrações para estudantes, académicos e jornalistas e isso tornou, Sketchpad, também, numa influência única (Llach, 2012; Perry, 2014). O falecido reitor da escola de arquitetura e planeamento do MIT, William Mitchell, grande teórico do desenho arquitetónico digital, disse, no final da sua vida em 2009, que Sketchpad era o exemplo de como as teses podem mudar o mundo e que o CAD interativo de Sutherland e os respetivos filmes tinham sido uma grande influência (Mitchell, 2009).

Figura 12 - Ivan Sutherland desenhando no Sketchpad, o primeiro CAD interativo (Llach, 2012)

A interatividade de Sketchpad, será caracterizada de maneira peculiar por Steven Coons, poucos anos mais tarde, ao dizer que era um programa que permitia a um homem falar com um computador, não com a sua voz, mas falar graficamente. Com esta frase, Coons que com a saída de Sutherland do MIT, passara a ser o principal divulgador do Sketchpad, sintetizava o grau de interatividade atingido pelo

software num documentário educativo da televisão pública de Boston (Morash, 1964).

Ao criar o Sketchpad, Sutherland inspirava-se não só na visão tida por Coons para projeto CAD, mas, também, nas ideias de “Man-Computer Symbiosis” de JCR Licklider (1960). Apesar de não terem trabalhos de investigação em comum, em 1964, no ano seguinte, seria Licklider a ter Sutherland como seu sucessor no lugar de diretor do Information Processing Techniques Office (IPTO) da Advanced Research Projects Agency (ARPA)2 _{(Sutherland, 1989).}

A interatividade do programa advinha de dois periféricos, o monitor e a light-pen que permitiam a comunicação com o computador, sem recurso às fitas perfuradas para a transmissão de comandos à máquina. Era o primeiro programa em que o desenhador desenhava no computador, sem intermediário e sem a escrita de código que à época seria, provavelmente, efetuada por alguém com maior conhecimento de informática (Kassem, 2014).

Descontando o monitor que despenhava a mesma função de uma folha de papel, o único intermediário era a caneta como no desenho analógico e o diálogo com a máquina passava apenas pelo elemento gráfico, linha ou ponto (Kassem, 2014).

Devido à dispensa da fita perfurada, Sketchpad era um sistema de desenho que podia traçar linhas ou pontos em tempo real. Para além do caracter interativo, deve-se destacar, também, o impacto e a capacidade de inovação de Sketchpad, também, ao nível da forma como o computador podia sintetizar

2 ARPA era uma instituição dedicada à investigação tecnológica na alçada do Department of Defense (Secretaria da Defesa) americana criada na guerra fria para responder aos avanços tecnológicos espaciais soviéticos personificados pelo lançamento do satélite Sputnik

a representação e ao nível da introdução de novos conceitos em várias áreas da computação como sejam os gráficos dinâmicos, a simulação visual, as restrições de resolução e sistema de coordenadas (praticamente) infinito (Negroponte, 1995).

Se Fetter e a Boeing, uns anos antes tinham criado o conceito de gráficos computorizados, Sutherland foi o inventor que criou um software que lhe permitia produzir diretamente esses gráficos computorizados de forma interativa, contrariamente aos produzidos por Fetter (Fetter, 1982; Manovich, 2013; Kassem, 2014; Perry, 2014). Não descurando a importância de Fetter para a computação gráfica e o lugar na respetiva história, há a considerar que o salto qualitativo dado por Sutherland através da interatividade de Sketchpad era enorme. As coordenadas dos pontos e das linhas passavam a ser definidas pelo utilizador que as observava no monitor e que através da light pen as podia modificar ou mesmo copiar, tendo como recurso adicional apenas um painel de botões (Perry, 2014).

Para alguns autores (Wardrip-Fruin e Montfort, 2003; Manovich, 2013), Sketchpad na primeira metade da década de sessenta, constituiu um elemento fundamental para o desenvolvimento dos media, nas décadas subsequentes. O professor universitário e teórico de média, Lev Manovich, considera mesmo

Sketchpad como elemento central na história dos media computacionais (Manovich, 2013). Noah

Wardrip-Fruin, professor universitário de média computacional, considera o Sketchpad como muito influente para todos os media computacionais, ao nível das simulações computorizadas de objetos e outras entidades (Wardrip-Fruin e Montfort, 2003). Mesmo no titulo da sua própria Tese de Doutoramento, Sutherland apresenta já o seu Sketchpad como algo mais que um simples novo meio de desenho, descrevendo-o como um sistema de comunicação gráfica entre o homem e a máquina inteligente (Manovich, 2007, 2013).

Sketchpad era mais que uma máquina de desenho e mais do que um “big bang” da computação gráfica

(Negroponte, 1995) e da história do CAD, era, também, mais que um sistema de comunicação interativo, sendo, também, o começo da animação computorizada e, ainda, o primeiro programa de computador a criar instancias e propriedades herdadas entre instancias. Esta última característica abriria caminho para as linguagens de programação orientadas por objetos, de que um dos pioneiros foi Alan Kay, para muitos considerado o pai do computador pessoal (Negroponte, 1995), ele próprio aluno de Sutherland na University of Utah. Para o próprio Kay, Sketchpad representava, mesmo, a primeira linguagem de programação orientada por objetos, uma vez que ao contrário de até então, o

software não seguia uma lista de procedimentos de programação (Kay, 1996; Manovich, 2007;

Gaboury, 2015b).

Em resumo e olhando para a memória visual que resta, o filme de 1962 que mostra o Sketchpad original (Sutherland, 1962) o mesmo parece ter semelhanças, tanto com um CAD da atualidade, como com um CAD dos anos noventa, mas a questão principal é que foi um sistema desenvolvido no início da década de sessenta quando não existiam quaisquer das técnicas que caracterizam os CAD e que nos são familiares. Antes de Sutherland não existia forma de desenhar curvas através de pontos, nem de ajustar posteriormente esses pontos, nem de fazer a rotação de um objeto na sua totalidade. A ideia principal é de que quase tudo o que identificamos com um CAD, começou com Sketchpad (Kassem, 2014).

JCR Licklider que como vimos tinha sido autor de “Man-Computer Symbiosis” (1960) e havia servido de inspiração a Sutherland, referiria que cinco anos depois de Sketchpad (em 1968) era frustrante não existirem grandes avanços na interatividade e que as exceções dignas de registo eram os trabalhos de Douglas Engelbart na interatividade online (English, Engelbart e Berman, 1967) e as explorações gráficas de arquitetura de Nicholas Negroponte (1970). Para Licklider, quase no fim da década de sessenta, não existia outro sistema com uma aproximação à comunicação de duas vias entre homem e computador melhor que a proposta por Sketchpad em 1963 (Licklider e Taylor, 1968).

A ideia de ser um programa à frente do seu tempo, também, é partilhada pelo teórico de arquitetura e tecnologia e pioneiro do desenho arquitetónico digital, Nicholas Negroponte. Nos anos noventa, este referia que Sketchpad foi o “big bang” da computação gráfica, uma investigação de tal magnitude e repercussão que alguns dos académicos da área do desenho tinham demorado uma década a compreender e apreciar toda a sua extensão (Negroponte, 1995).

Após discutir a sua tese, Sutherland que era um militar na reserva (Reserve Officers Training Corps - ROTC), teve necessidade de voltar ao serviço do exército americano. Segundo o próprio, o exército não sabia o que fazer com um doutorado do MIT e por esse motivo teria sido colocado a trabalhar na National Security Agency (NSA) (Sutherland, 1994).

Depois foi colocado no IPTO da ARPA e, ainda em 1964, escolhido para substituir J. C. R. Licklider como diretor. Era um Primeiro-tenente de 26 anos a gerir fundos de 15 milhões de dólares anuais (Roberts, 2001; Ryan, 2010; Isaacson, 2014).

Com os referidos fundos iria contratar para estudar as comunicações, o MIT e, especificamente, o seu amigo velho conhecido das madrugadas do Lincoln Lab, Lawrence (Larry) Roberts com quem, também tinha partilhado o gabinete no referido instituto. Roberts que viria a ser um dos pioneiros da internet, tinha tido, anteriormente, um papel relevante para o projeto CAD do MIT, com uma importante contribuição ao nível da representação gráfica das perspetivas com a sua tese de doutoramento

Machine Perception Of Three-Dimensional Solids (Roberts, 1963; Sutherland, 1989b, 1994).

Larry Roberts, seria o líder da equipa que concebeu o ARPANET, a primeira rede de transmissão de dados por pacotes entre computadores baseada, em parte, no trabalho do britânico Donald Davies, discípulo de Alan Turing. Roberts ciaria a primeira rede com transmissão de pacotes de computador para computador, em 1965, entre o MIT no Massachusetts e SDC (depois UniSYS) na Califórnia (Figura 13 ). Em relação ao investimento aplicado pela defesa, via ARPA, em investigação científica, Sutherland consideraria, nos anos noventa que o dinheiro gasto se teria pago por si, através das receitas fiscais das empresas e dos empregos que haviam sido criados. Através da participação na ARPANET, Sutherland passaria, também a ser considerado um pioneiro da Internet (Sutherland, 1994; Roberts, 2001; Isaacson, 2014).

Sutherland sairia da ARPA para ser professor em Harvard. No regresso às universidades do Massachussets, tornar-se-ia, também, num dos pioneiros da realidade virtual através de um dos primeiros head mounted displays que ficou conhecido pela alcunha de “Espada de Démocles”, apesar de artigo publicado se intitular “Head Mounted Three Dimensional Display” (Sutherland, 1968; Perry, 2014). Enquanto em Harvard, Sutherland voltou a trabalhar com Steven Coons que tinha colocado a licença sabática no MIT para trabalhar a pouca distância com o antigo aluno. Sutherland ficará em

Harvard só até 1968 e sairá para ser sócio de David Evans, fundando a empresa de computação gráfica Evans & Sutherland e lecionando na universidade de Evans, a University of Utah no estado com o mesmo nome (Sutherland, 1989b, 1994; Llach e Forrest, 2017).

Figura 13 - Ivan Sutherland com o “Head Mounted Three Dimensional Display” (Negroponte, 1970)

Evans, tinha sido professor universitário em Berkeley e voltado, em 1965, à sua universidade de origem, onde iniciaria um curso pós-graduado em estudos de computação gráfica. A dupla Evans e Sutherland, estabelecerá um dos mais importantes e pioneiros programas de investigação em computação gráfica dos EUA dos anos sessenta e setenta (Perry, 2014; Gaboury, 2015a).

Num tempo em que 32KB (10-8 _{vezes o espaço de um disco rígido de 2017) de memória custavam} meio milhão de dólares, era necessária uma verba muito avultada para conseguir fazer investigação em computação gráfica numa universidade como a do Utah. O financiamento para o programa de computação gráfica University of Utah viria da Secretaria da Defesa e especificamente da ARPA, onde Sutherland tinha sido chefe de serviço, num total de cinco milhões de dólares por ano e por um período de 3 anos. Tal como no caso dos projetos SAGE, CAD e MAC do MIT, anteriormente referidos, grande parte do financiamento para a computação gráfica vinha da Defesa (Negroponte, 2010, 2014; Perry, 2014; Gaboury, 2015a).

Com uma grande disponibilidade de meios técnicos e humanos, a University of Utah, produziu práticas muito avançadas de representação gráfica que ainda hoje estruturam os sistemas de computação gráfica (Gaboury, 2013, 2015a; Perry, 2014)

A lista de alunos e de técnicas gráficas é de uma grande extensão, uma vez que estes foram os fundadores de empresas como a Pixar, Netscape e Adobe. Por outras palavras, nos anos setenta quem quisesse ser importante na computação gráfica tinha de passar pelo respetivo departamento da University of Utah (Perry, 2014).

Tentando descodificar alguns dos alunos de Sutherland no Utah para demonstrar, também, o alcance da sua catividade docente no Utah. Edwin Catmull seria o autor do primeiro filme de animação digital tridimensional, em 1972, seria, ainda, fundador da Pixar Animation Studios, sendo na atualidade presidente da Walt Disney Animation Studios. James Henry Clark seria fundador da Nestcape (que originaria a Mozilla Foundation e o browser Firefox). John Warnock seria o fundador da Adobe Systems criadora do leitor do formato pdf Acrobat Reader. Todos os alunos referidos concluíram doutoramentos

tendo como orientadores Sutherland, no caso de Clark e Warnock ou Coons no caso de Catmull (Warnock, 1969; Catmull, 1974; Clark, 1974; Carlson, 2008; Salomon, 2011; Gaboury, 2013, 2015a; Perry, 2014) .