32年后，計算機圖形學再獲圖靈獎，推動3D動畫發展
ACM（國際(ji)計算機協會(hui)）宣布，將 2019 圖靈獎(jiang)榮譽授予兩位(wei)皮(pi)克(ke)斯(si)聯合創始人、計算機圖形學專家(jia) Patrick M. Hanrahan 和 Edwin E. Catmull。這(zhe)也(ye)是繼 1988 年 IVAN SUTHERLAND 之后，圖形學第二次獲(huo)得圖靈獎(jiang)。
Edwin E. Catmull 與 Patrick M. Hanrahan 均為皮克(ke)斯(si)(si)動(dong)畫工作(zuo)室(shi)創(chuang)始(shi)成員。Hanrahan 現(xian)為斯(si)(si)坦福大學計算機圖形學實驗(yan)室(shi)教授。Catmull 不僅參與創(chuang)立了皮克(ke)斯(si)(si)，還曾擔任華特 · 迪士尼動(dong)漫工作(zuo)室(shi)的(de)總裁，目前已經退(tui)休。
據 ACM 官方(fang)公告，Catmull 和(he) Hanrahan 的獲獎理(li)由(you)為：「他(ta)們(men)在概念創新(xin)和(he)軟硬件方(fang)面的貢獻，對(dui)計(ji)(ji)算(suan)機圖形學產生了根(gen)本性的影(ying)響。從(cong) 25 年前的《玩具(ju)總(zong)動員》至今，這種(zhong)由(you)計(ji)(ji)算(suan)機所繪制的全新(xin)故事影(ying)片為電影(ying)制作帶來(lai)了革命性的影(ying)響。」
圖靈獎(jiang)是國(guo)際計(ji)(ji)算機(ji)協會（ACM）于(yu) 1966 年設立的獎(jiang)項，專(zhuan)門獎(jiang)勵對計(ji)(ji)算機(ji)事業作(zuo)出(chu)重要貢獻的個(ge)人，有「計(ji)(ji)算機(ji)界諾貝(bei)爾獎(jiang)」之稱(cheng)，獎(jiang)金(jin)為 100 萬美元，由(you)谷歌贊(zan)助。圖靈獎(jiang)的名稱(cheng)取自(zi)英國(guo)數學家、計(ji)(ji)算機(ji)學先驅艾倫·圖靈（Alan M. Turing），他奠定了計(ji)(ji)算機(ji)的數學基礎和局限性理論。
這一次獲獎的(de)(de) Catmull 和 Hanrahan 二人，將在 2020 年 6 月 20 日于加利福尼亞州舊金山舉行的(de)(de) ACM 年度頒獎宴會(hui)上，正(zheng)式(shi)接受獎項頒發和 100 萬美元獎金。
在如今(jin)全球價值 1380 億美(mei)元的(de)電(dian)影(ying)行(xing)業之中(zhong)(zhong)，3D 計算機動畫影(ying)片是最受歡迎(ying)的(de)類型。3D 計算機圖(tu)形學(xue)的(de)發展，對(dui)當前熱門的(de)電(dian)子游(you)戲行(xing)業和(he) VR、AR 等行(xing)業都起(qi)到了至(zhi)關重要的(de)作用，而 Catmull 和(he) Hanrahan 在這(zhe)一領(ling)(ling)域(yu)做出了開創性的(de)技術貢獻，這(zhe)些貢獻至(zhi)今(jin)仍是 CGI 圖(tu)像開發中(zhong)(zhong)不可或(huo)缺(que)的(de)一部(bu)分(fen)。此外，他們在 GPU 方面的(de)見解不僅(jin)在計算機圖(tu)形學(xue)方面具備影(ying)響(xiang)力(li)，同時也影(ying)響(xiang)了數據中(zhong)(zhong)心管理和(he)人(ren)工智能在內的(de)多個領(ling)(ling)域(yu)。
ACM 主席(xi) Cherri M. Pancake 表示(shi)：「CGI 圖像開發已經改變了電影制作(zuo)和體(ti)驗的(de)(de)(de)方式，同時也對更(geng)(geng)廣泛的(de)(de)(de)娛樂產(chan)(chan)業(ye)產(chan)(chan)生了深遠(yuan)的(de)(de)(de)影響。我(wo)(wo)們特(te)別高興大(da)家能夠(gou)認可 Pat Hanrahan 和 Ed Catmull 做出的(de)(de)(de)成(cheng)就(jiu)，計(ji)(ji)算(suan)機圖形學是(shi) ACM 協會中最(zui)大(da)且最(zui)具活力的(de)(de)(de)研(yan)究領(ling)域之一(yi)。Hanrahan 和 Catmull 做出的(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian)表明，計(ji)(ji)算(suan)機某個專業(ye)領(ling)域的(de)(de)(de)進展能夠(gou)對領(ling)域內其他學科產(chan)(chan)生深遠(yuan)影響。例(li)如，Hanrahan 在 GPU 著色語言(yan)方面的(de)(de)(de)研(yan)究使得這些語言(yan)被用(yong)作(zuo)更(geng)(geng)廣泛領(ling)域內的(de)(de)(de)通用(yong)計(ji)(ji)算(suan)引擎，包括我(wo)(wo)自己的(de)(de)(de)高性能計(ji)(ji)算(suan)領(ling)域。」
谷歌高(gao)(gao)級(ji)研(yan)究員、Google AI 高(gao)(gao)級(ji)副(fu)總裁(cai) Jeff Dean 表(biao)示：「當今，由于 3D 計算機圖形圖像(xiang)(xiang)(xiang)無處不在，我們常常忘記該領域的(de)(de)發展(zhan)情況(kuang)如何，就像(xiang)(xiang)(xiang)模(mo)擬兩(liang)個(ge)人打(da)乒乓球的(de)(de)電子游戲 Pong 一樣，兩(liang)條線(xian)中間(jian)一個(ge)點在動(dong)，這也是(shi)(shi)尖端科技。技術(shu)雖然一直在進步(bu)，但(dan)不得不承認 Hanrahan 和 Catmull 數十年前的(de)(de)研(yan)究成果依然是(shi)(shi)現(xian)今該領域的(de)(de)標準慣(guan)例，這實在是(shi)(shi)太厲害(hai)了(le)。非常重要(yao)的(de)(de)一點是(shi)(shi)，我們應(ying)該認識到 CGI 技術(shu)的(de)(de)科學(xue)(xue)貢獻，并讓公(gong)眾了(le)解這門技術(shu)會在未來幾年對 AR、VR、數據可視化、教(jiao)育、醫學(xue)(xue)影(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)等諸多領域產生(sheng)影(ying)響。」
3D 動畫電影的開山鼻祖(zu)
說(shuo)到這(zhe)兩(liang)位科學家的(de)名字，大家未必(bi)覺得(de)耳熟能詳，但(dan)你絕對(dui)看過他們(men)前(qian)公司(si)的(de)「作品」。這(zhe)家公司(si)叫皮克斯(si)，前(qian)身是(shi)盧(lu)卡斯(si)電影(ying)公司(si)旗下的(de)工(gong)業(ye)光魔(mo)公司(si)的(de)電腦(nao)動畫(hua)部，1986 年(nian)被喬布斯(si)以 1000萬 美元收購，現在(zai)已經成長為全(quan)球(qiu)頂尖(jian)的(de)動畫(hua)電影(ying)公司(si)。
這個片頭你一定見過很多次。
作為一(yi)家動(dong)畫電影公司(si)，皮(pi)克斯開(kai)創了一(yi)個新(xin)的(de)(de)時代。1995 年，該公司(si)上映了世界(jie)上第一(yi)部 3D 動(dong)畫電影——《玩具總動(dong)員》。在此之后，越來(lai)越多的(de)(de) 3D 動(dong)畫電影問(wen)世，點燃了全新(xin)的(de)(de)電腦(nao)動(dong)畫工業。
而說到 3D 動畫電影背(bei)后的(de)技(ji)術功臣，不得不提 Edwin E. Catmul 和(he) Patrick Hanrahan。
Edwin Catmull。
Catmull 1945 年出生于(yu)西弗吉(ji)尼亞州西北部(bu)的(de)(de)帕克斯堡，后(hou)移居猶(you)他州。他最初的(de)(de)動(dong)畫(hua)夢想來源于(yu)《彼(bi)得(de)·潘》和《皮諾曹》等(deng)迪士(shi)尼電影，甚至曾經自己制作(zuo)過翻書(shu)動(dong)畫(hua)。
但出于現實條件的考量(liang)，他最終(zhong)沒有(you)選擇在(zai)電影(ying)界入(ru)行，而是利用(yong)自己在(zai)數(shu)學方面的天賦，進(jin)入(ru)猶他大學學習物理和計算機科學，畢業后曾在(zai)西雅圖波音(yin)公(gong)司短暫地擔任程序員(yuan)。
自從 1970 年回到大學攻讀研(yan)究(jiu)生開始，Catmull 就確立了「制作(zuo)一部(bu)計算機(ji)動(dong)畫電影」的(de)目標(biao)。期間(jian)，Catmull 創建了一種通過規范粗粒(li)度多(duo)邊形(xing)(xing)網格來表(biao)示光滑表(biao)面(mian)的(de)新方法(fa)。此外(wai)，在他的(de)博士論(lun)文中(zhong)，Catmull 引入了兩種突破(po)性的(de)技(ji)術來顯示曲面(mian)補丁，取代了多(duo)邊形(xing)(xing)，它們分別是：管理計算機(ji)圖(tu)形(xing)(xing)學中(zhong)圖(tu)像(xiang)深度坐(zuo)標(biao)的(de) Z-buffering；將(jiang) 2D 表(biao)面(mian)紋理映射(she)在 3D 對象上的(de)紋理映射(she)（texture mapping）。Catmull 的(de)技(ji)術在開發(fa)擬真圖(tu)形(xing)(xing)學以及消除「鋸齒狀圖(tu)形(xing)(xing)」方面(mian)發(fa)揮(hui)了重要作(zuo)用。
在離開猶他大學之(zhi)后(hou)，Catmull 成立(li)了紐約(yue)理工學院（NYIT）計算機(ji)圖形實(shi)驗(yan)室，這是美國最早(zao)期的(de)專門化(hua)計算機(ji)圖形實(shi)驗(yan)室之(zhi)一。在那個時候，Catmull 就有著制作動畫(hua)電影(ying)的(de)夢(meng)想。
1979 年，執導(dao)了星球大(da)戰系列電影的著(zhu)名導(dao)演(yan)喬治·盧卡(ka)斯（George Lucas）聘請了 Catmull，彼時(shi)動畫(hua)電影領域還是以傳統 2D 技術(shu)為(wei)主導(dao)，Catmull 及其同(tong)事則致力于推(tui)動圖(tu)形(xing)學向真(zhen)實感(gan)圖(tu)像(xiang)發(fa)展。
在(zai) 1986 年喬布斯收(shou)購盧卡斯營業并(bing)將(jiang)其更(geng)名(ming)為(wei)皮克斯動(dong)畫工作室后，Catmull 繼續出(chu)任總(zong)裁(cai)職位，并(bing)推動(dong)了一部又(you)一部經典動(dong)畫電影的誕生(sheng)，如玩具總(zong)動(dong)員(yuan)(yuan)系(xi)列(lie)、賽(sai)車總(zong)動(dong)員(yuan)(yuan)系(xi)列(lie)、海底總(zong)動(dong)員(yuan)(yuan)以及尋夢(meng)環游記、飛屋環游記等等。
自(zi) 1986 年(nian)成立以來，皮克斯動畫(hua)工作室就(jiu)為觀眾(zhong)獻(xian)上了眾(zhong)多經典(dian)的(de)動畫(hua)電影。
2008 年，Catmull 獲得奧(ao)斯卡戈登·E·索耶獎（奧(ao)斯卡獎的(de)(de)特別獎之一），獲獎理由(you)是他(ta)在(zai)「電腦圖形(xing)學上(shang)的(de)(de)杰出(chu)成就對電影(ying)行業所作(zuo)出(chu)的(de)(de)貢獻」。
與 Catmul 相比，Hanrahan 進入皮克斯的(de)時間要稍晚一些。
Hanrahan 1985 年在威斯康星大學(xue)麥(mai)迪(di)遜分校獲得生物物理學(xue)博士學(xue)位(wei)，隨后在 NYIT 計算機圖形(xing)實驗室有過一段(duan)工作經歷(li)。1986 年，Hanrahan 進入皮(pi)克斯擔任高級科學(xue)家，是 Catmull 在皮(pi)克斯招(zhao)募的第一批員工之一。
在皮克斯就(jiu)職(zhi)期(qi)間，Hanrahan 與 Catmull 等人一(yi)起開發了一(yi)種新的(de)圖形系統，可以(yi)讓制作者(zhe)利用(yong)(yong)真實的(de)材料屬性和光照對彎(wan)曲的(de)圖形進行渲染。該系統后(hou)來被命名為(wei)「RenderMan」，這一(yi)系統后(hou)來被應用(yong)(yong)于《玩具總動員》、《哈利波特》、《星球大(da)戰》等多(duo)部皮克斯動畫電影(ying)的(de)渲染設(she)計。
RenderMan 無疑是好萊塢工業中的標準工具(ju)(ju)。據統計，在 47 部(bu)被提(ti)名了(le)奧斯卡(ka)最佳藝術(shu)特(te)效(xiao)的電影中，44 部(bu)使用了(le)這一工具(ju)(ju)。它主要(yao)幫(bang)助計算機生成電影中的視(shi)覺特(te)效(xiao)，從簡(jian)單的塑料玩具(ju)(ju)表(biao)面紋(wen)理到更復雜(za)的物理現象，如皮(pi)毛(mao)和水花等。
