以下文章來源于鈦媒體，作者林志佳

北京時間3月18日晚，ACM（國際計算機協(xié)會）正式宣布，將2019圖靈獎榮譽授予皮克斯（Pixar）聯(lián)合創(chuàng)始人、計算機圖形學(xué)專家帕特里克·漢拉漢（Patrick M.Hanrahan）和艾德文·卡特姆（Edwin E.Catmull）。因其在3D（三維計算機）圖形學(xué)方面做出重要貢獻，以及這些技術(shù)對電影制作和計算機生成圖像（computer-generated imagery，CGI）等應(yīng)用的革命性影響而獲此殊榮。

圖靈獎獲得者：帕特里克·漢拉漢（右）和艾德文·卡特姆（左） 圖片來源：國際計算機協(xié)會官網(wǎng)

這也是繼1988年圖靈獎得主，計算機輔助設(shè)計之父伊萬·薩瑟蘭（Ivan Sutherland）之后，第二次有圖形學(xué)領(lǐng)域?qū)W者榮獲此獎項。

計算機行業(yè)的“諾貝爾獎”：圖靈獎

圖靈獎，又譯杜林獎，是國際計算機協(xié)會（ACM）于1966年設(shè)立的獎項，專門獎勵對計算機事業(yè)做出重要貢獻的個人，是計算機界最負(fù)盛名的獎項，有“計算機界諾貝爾獎”之稱。該獎項名稱取自英國科學(xué)家、曼徹斯特大學(xué)教授艾倫·圖靈（A.M.Turing），他奠定了計算機的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和局限性理論。

圖靈獎對獲獎?wù)叩囊髽O高，評獎程序也極嚴(yán)，一般每年只獎勵一名計算機科學(xué)家，該獲獎?wù)弑仨毷窃谟嬎銠C領(lǐng)域具有持久而重大的先進性的技術(shù)貢獻，并且大多數(shù)獲獎?wù)呤怯嬎銠C領(lǐng)域的科學(xué)家。

今年有些意外，是由兩位獲獎?wù)吖搏@此殊榮，他們將在今年6月20日于舊金山舉行的ACM年度頒獎典禮上正式接受獎項頒發(fā)。此外，兩位獲獎?wù)哌€會獲得100萬美元的獎金，由谷歌贊助。

ACM方面表示，漢拉漢和卡特姆在概念創(chuàng)新和軟硬件方面的貢獻，對計算機圖形學(xué)產(chǎn)生了根本性的影響。他們在電腦圖像成像方面的工作，不僅改變了動畫電影，還加快了好萊塢特效，視頻游戲和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

ACM下的系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)小組Google研究員，谷歌AI高級副總裁杰夫·迪恩（Jeff Dean）表示，兩位獲獎?wù)邘资昵伴_發(fā)的技術(shù)至今仍在應(yīng)用，這令人印象深刻。重要的是，在這兩位學(xué)者的不懈努力下，CGI技術(shù)將在未來幾年影響很多領(lǐng)域，包括虛擬和增強現(xiàn)實、數(shù)據(jù)可視化、教育、醫(yī)學(xué)成像等，這是非常重要的。

“我有一個3D圖像的電影夢”

1945年，艾德文·卡特姆出生在美國西維州西北部的帕克斯堡，后移居猶他州。

早年間，受到《彼得·潘》和《木偶奇遇記》等迪士尼動畫電影的吸引，卡特姆開始夢想成為一個動畫師，他甚至學(xué)會了使用手翻書制作動畫。

不過，沒有繪畫基礎(chǔ)的卡特姆在念書的過程中，卡特姆發(fā)現(xiàn)自己更擅長別的東西——比如數(shù)字、比如計算機。因此，他并未在著急在電影行業(yè)中謀求職位，而是進入猶他大學(xué)，發(fā)揮自己的數(shù)學(xué)才能、研究物理和計算機科學(xué)。畢業(yè)后，卡特姆在西雅圖波音公司當(dāng)了一段時間的程序員，并于1970年秋天回到猶他大學(xué)讀研究生。

在猶他大學(xué)攻讀研究生期間，卡特姆遇到了他的導(dǎo)師——“計算機圖形學(xué)之父”伊萬·薩瑟蘭。

伊萬·薩瑟蘭是1988年圖靈獎的獲得者，他曾成功開發(fā)了著名的Sketchpad系統(tǒng)。

Sketchpad系統(tǒng)是一個交互式圖形系統(tǒng)，利用它，設(shè)計者可以與計算機進行對話，并且能在屏幕上直接進行圖形設(shè)計和修改。不少教科書認(rèn)為，這一系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著CAD技術(shù)的誕生。伊萬·薩瑟蘭還被譽為是“VR之父”，他在1968年的時候就與同事制作出了世界第一臺虛擬現(xiàn)實裝備——達摩克里斯之劍（The Sword of Damocles），雙目鏡的設(shè)計可以說是現(xiàn)代所有頭顯的鼻祖。

在伊萬·薩瑟蘭的帶領(lǐng)下，卡特姆打開了一扇“計算機與圖像融合”的新的大門。通過SketchPad系統(tǒng)，卡特馬爾意識到，新興的計算機圖形學(xué)將成為動畫行業(yè)的基礎(chǔ)，而這剛好結(jié)合了他的愛好——技術(shù)和動畫?？ㄌ伛R爾決心投身于這一行，他一直夢想著可以制作出世界第一部全動畫電影。

在伊萬·薩瑟蘭的帶領(lǐng)下，卡特姆所在的研究團隊對1967年大眾甲殼蟲（Volkswagen Beetle）進行了3D建模，開發(fā)了最早的3D顯示算法和多邊形映射技術(shù)以逼近復(fù)雜的曲面。他們通過多邊形映射到實際的實際甲殼蟲的表面上，然后測量每條線，并將數(shù)據(jù)輸入計算機程序，從而生成世界上第一個汽車的3D線框模型。

1972年，卡特姆曾經(jīng)以自己的手為參照物，在計算機中創(chuàng)建了一個模型，能夠用來模擬各種動作，這是電腦動畫制作的雛形，對皮克斯后期的創(chuàng)作起到了奠基性的作用。

1974年，卡特姆研究生畢業(yè)后來到了Applicon公司工作。同年11月，紐約理工學(xué)院（NYIT）創(chuàng)始人Alexander Schure聯(lián)系到他，希望讓他擔(dān)任學(xué)院新成立的計算機圖形學(xué)實驗室的主管，這是美國最早期的專門化計算機圖形實驗室之一。在新的職位上，卡特姆組建了一個極富才華的二維動畫研究小組，并集中精力於協(xié)助動畫師的工具。

在紐約理工學(xué)院擔(dān)任計算機圖形學(xué)實驗室主管期間，卡特姆帶領(lǐng)實驗室團隊寫了多款應(yīng)用程序，包括名為Paint的繪圖程序、動畫軟件SoftCel和其他軟件。其中，Paint可以視為迪士尼公司的計算機動畫生產(chǎn)系統(tǒng)——商業(yè)動畫程序Tween的早期版本。

不過，卡特姆不甘心做二維動畫與應(yīng)用程序開發(fā)，他一直希望完成夢想，用三維技術(shù)來做動畫電影。

1979年，由于《星球大戰(zhàn)》電影大獲成功，盧卡斯影業(yè)（LucasFilm）成立了電腦繪圖部，喬治·盧卡斯（George Lucas）找到了卡特姆，希望他前往加利福尼亞加入盧卡斯影業(yè)負(fù)責(zé)這一部門的技術(shù)相關(guān)工作。因此，自此開始，卡特姆便在盧卡斯公司電腦圖形部擔(dān)任副總裁。

但彼時，動畫電影領(lǐng)域還是以傳統(tǒng)2D技術(shù)為主導(dǎo)，不過，卡特姆一直認(rèn)為以計算機為主導(dǎo)的3D圖形才是未來。

在盧卡斯影業(yè)工作期間，卡特姆協(xié)助開發(fā)了數(shù)字圖像合成技術(shù)，包括RenderMan渲染系統(tǒng)等，該系統(tǒng)應(yīng)用于《玩具總動員》和《尋找尼莫》等影片中。

1986年，蘋果聯(lián)合創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯宣布以1000萬美元買下了卡特姆所在的盧卡斯影業(yè)電腦圖形部，正式成為獨立制片公司——皮克斯（Pixar）公司。

圖片來源：豆瓣電影

埃德•卡特姆曾回憶道：記得那是25年前的2月份，皮克斯成立的當(dāng)天。喬布斯曾將我和阿爾維拉到一邊，用雙臂將我們摟住，說：“以后的路還長，我真心請求你們答應(yīng)我一件事，無論未來如何，我們都要彼此肝膽相照。”

彼時，喬布斯擔(dān)任該公司董事長職務(wù)，卡特姆擔(dān)任公司首席技術(shù)官。2001年，卡特姆出任皮克斯總裁職位，并推動了一部又一部經(jīng)典動畫電影的誕生，如玩具總動員系列、賽車總動員系列、海底總動員以及尋夢環(huán)游記、飛屋環(huán)游記等等。

而利用RenderMan渲染系統(tǒng)，動畫師制作的3D屏幕效果才能更加逼真。最近21個奧斯卡得獎電影中，19個是運用了該軟件進行制作，包括《泰坦尼克號》、《指環(huán)王》以及《阿凡達》等等。

《阿凡達》劇照 圖片來源：豆瓣電影

2006年，皮克斯被沃爾特·迪斯尼公司（Walt Disney Company）以70億美元的價格收購，此后卡特姆正在領(lǐng)導(dǎo)該公司的動畫部門，直到去年退休。除了技術(shù)貢獻，卡特姆還為工作室創(chuàng)造了獨特的企業(yè)文化，他把硅谷、好萊塢和漫畫制作室３種迥然不同的工作風(fēng)格巧妙地糅合在一起，使工作人員盡情發(fā)揮個人能力，同時鼓勵相互交流及緊密合作?？ㄌ伛R爾沒有架子，善于聽取下屬意見，每當(dāng)遇到問題，他會和下屬一起討論，找出解決方法，而在工作繁忙的時候，他也經(jīng)常和工作人員一起熬夜。因此卡特姆很受下屬愛戴。

2008年，卡特姆獲得奧斯卡戈登·E·索耶獎（奧斯卡獎的特別獎之一，在1981年新增設(shè)置的一項電影技術(shù)榮譽獎），以表彰他在電腦圖形學(xué)上的杰出成就對電影行業(yè)所作出了重要貢獻。

在皮克斯的30多年間，卡特姆領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊，開發(fā)了包括圖像合成、運動模糊、布料模擬等多項基礎(chǔ)技術(shù)。

技術(shù)改變好萊塢

與卡特姆相比，漢拉漢進入皮克斯的時間也要稍晚一些。

漢拉漢在威斯康星州格林貝長大，并于1985年獲得了威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的生物物理學(xué)博士學(xué)位，隨后在NYIT的計算機圖形學(xué)實驗室短暫工作過。1986年，漢拉漢進入皮克斯擔(dān)任高級科學(xué)家，是卡特姆在皮克斯招募的第一批員工之一。

在皮克斯就職期間，漢拉漢領(lǐng)導(dǎo)團隊一起開發(fā)了新的RenderMan圖形系統(tǒng)，這可以讓制作者利用真實的材料屬性和光照對彎曲的圖形進行渲染，生成具有逼真的圖像效果。該系統(tǒng)后來被應(yīng)用于《玩具總動員》等多部皮克斯動畫電影的渲染設(shè)計中，還將其許可給了其他公司。

《玩具總動員》海報 圖片來源：豆瓣電影

這一技術(shù)借鑒了卡特姆在其博士學(xué)位期間發(fā)明的一些技術(shù)，包括細(xì)分表面等，這些細(xì)分表面通過將多邊形網(wǎng)格劃分為連續(xù)較小的塊，來表示彎曲的對象。而漢拉漢團隊在此基礎(chǔ)上，添加了諸如著色語言（用于著色CGI圖像）之類的重要技術(shù)，使渲染效果更逼真，更簡單。

目前，該系統(tǒng)已成為好萊塢的標(biāo)準(zhǔn)工具，并在獲得視覺效果奧斯卡金像獎提名的47部電影中的44部中使用，它主要幫助計算機生成電影中的視覺特效，從簡單的塑料玩具表面紋理到更復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如皮毛和水花等。

此外，漢拉漢還開發(fā)了立體渲染技術(shù)（olume rendering），該技術(shù)可以讓CGI繪圖者可以渲染3D數(shù)據(jù)集（例如一團煙霧）的2D投影。

在其1996年的一篇論文中，漢拉漢介紹了光場渲染技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容。這種技術(shù)可通過從任意點生成新的視角，無需借用深度信息或特征匹配，使人產(chǎn)生一種飛過場景的感覺。

1989年，漢拉漢離開皮克斯，之后在普林斯頓大學(xué)和斯坦福大學(xué)擔(dān)任教職。2003年，漢拉漢作為首席科學(xué)家職位，與人共同創(chuàng)立了Tableau Software公司。

近些年漢拉漢和他的學(xué)生為GPU開發(fā)的編程語言帶動了商業(yè)版著色語言的開發(fā)（包括OpenGL），希望改變了電子游戲的程序編寫方式。GPU上著色語言的廣泛性和多樣性會促使GPU硬件設(shè)計者開發(fā)更加靈活的架構(gòu)，發(fā)揮算力與算法作用。GPU上著色語言在虛擬現(xiàn)實和人工智能技術(shù)的設(shè)計中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，其中包括支持自動駕駛汽車，面部識別服務(wù)和Alexa語音技術(shù)等。

多項關(guān)于3D圖像學(xué)的新技術(shù)，讓卡特姆和漢拉漢獲得業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，除了圖靈獎，二人也獲得了ACM SIGGRAPH和美國電影藝術(shù)與科學(xué)院的獎項。正如《機器人制造者：喬治·盧卡斯與數(shù)字革命》的作者邁克爾·魯賓所說，沒有人像他們（卡特姆和漢拉漢）那樣對計算機圖形學(xué)產(chǎn)生如此深刻而廣泛的影響。

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)