以下文章來(lái)源于鈦媒體，作者林志佳

北京時(shí)間3月18日晚，ACM（國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)）正式宣布，將2019圖靈獎(jiǎng)榮譽(yù)授予皮克斯（Pixar）聯(lián)合創(chuàng)始人、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)）圖形學(xué)方面做出重要貢獻(xiàn)，以及這些技術(shù)對(duì)電影制作和計(jì)算機(jī)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(jiǎng)獲得者：帕特里克·漢拉漢（右）和艾德文·卡特姆（左） 圖片來(lái)源：國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)官網(wǎng)

這也是繼1988年圖靈獎(jiǎng)得主，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)之父伊萬(wàn)·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(jiǎng)項(xiàng)。

計(jì)算機(jī)行業(yè)的“諾貝爾獎(jiǎng)”：圖靈獎(jiǎng)

圖靈獎(jiǎng)，又譯杜林獎(jiǎng)，是國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）于1966年設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)，專門獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)計(jì)算機(jī)事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人，是計(jì)算機(jī)界最負(fù)盛名的獎(jiǎng)項(xiàng)，有“計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。該獎(jiǎng)項(xiàng)名稱取自英國(guó)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(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和局限性理論。

圖靈獎(jiǎng)對(duì)獲獎(jiǎng)?wù)叩囊髽O高，評(píng)獎(jiǎng)程序也極嚴(yán)，一般每年只獎(jiǎng)勵(lì)一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，該獲獎(jiǎng)?wù)弑仨毷窃谟?jì)算機(jī)領(lǐng)域具有持久而重大的先進(jìn)性的技術(shù)貢獻(xiàn)，并且大多數(shù)獲獎(jiǎng)?wù)呤怯?jì)算機(jī)領(lǐng)域的科學(xué)家。

今年有些意外，是由兩位獲獎(jiǎng)?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(jiǎng)典禮上正式接受獎(jiǎng)項(xiàng)頒發(fā)。此外，兩位獲獎(jiǎng)?wù)哌€會(huì)獲得100萬(wàn)美元的獎(jiǎng)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(xiàn)，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)產(chǎn)生了根本性的影響。他們?cè)陔娔X圖像成像方面的工作，不僅改變了動(dòng)畫電影，還加快了好萊塢特效，視頻游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)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(jí)副總裁杰夫·迪恩（Jeff Dean）表示，兩位獲獎(jiǎng)?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(lái)幾年影響很多領(lǐng)域，包括虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、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(gè)3D圖像的電影夢(mèng)”

1945年，艾德文·卡特姆出生在美國(guó)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(dòng)畫電影的吸引，卡特姆開始?jí)粝氤蔀橐粋€(gè)動(dòng)畫師，他甚至學(xué)會(huì)了使用手翻書制作動(dòng)畫。

不過(guò)，沒(méi)有繪畫基礎(chǔ)的卡特姆在念書的過(guò)程中，卡特姆發(fā)現(xiàn)自己更擅長(zhǎng)別的東西——比如數(shù)字、比如計(jì)算機(jī)。因此，他并未在著急在電影行業(yè)中謀求職位，而是進(jìn)入猶他大學(xué)，發(fā)揮自己的數(shù)學(xué)才能、研究物理和計(jì)算機(jī)科學(xué)。畢業(yè)后，卡特姆在西雅圖波音公司當(dāng)了一段時(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父”伊萬(wàn)·薩瑟蘭。

伊萬(wàn)·薩瑟蘭是1988年圖靈獎(jiǎng)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(gè)交互式圖形系統(tǒng)，利用它，設(shè)計(jì)者可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話，并且能在屏幕上直接進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)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(wàn)·薩瑟蘭還被譽(yù)為是“VR之父”，他在1968年的時(shí)候就與同事制作出了世界第一臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)裝備——達(dá)摩克里斯之劍（The Sword of Damocles），雙目鏡的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是現(xiàn)代所有頭顯的鼻祖。

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

在伊萬(wàn)·薩瑟蘭的帶領(lǐng)下，卡特姆所在的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)1967年大眾甲殼蟲（Volkswagen Beetle）進(jìn)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(guò)多邊形映射到實(shí)際的實(shí)際甲殼蟲的表面上，然后測(cè)量每條線，并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)程序，從而生成世界上第一個(gè)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(jì)算機(jī)中創(chuàng)建了一個(gè)模型，能夠用來(lái)模擬各種動(dòng)作，這是電腦動(dòng)畫制作的雛形，對(duì)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(lái)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室的主管，這是美國(guó)最早期的專門化計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室之一。在新的職位上，卡特姆組建了一個(gè)極富才華的二維動(dòng)畫研究小組，并集中精力於協(xié)助動(dòng)畫師的工具。

在紐約理工學(xué)院擔(dān)任計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室主管期間，卡特姆帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)寫了多款應(yīng)用程序，包括名為Paint的繪圖程序、動(dòng)畫軟件SoftCel和其他軟件。其中，Paint可以視為迪士尼公司的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫生產(chǎn)系統(tǒng)——商業(yè)動(dòng)畫程序Tween的早期版本。

不過(guò)，卡特姆不甘心做二維動(dòng)畫與應(yīng)用程序開發(fā)，他一直希望完成夢(mèng)想，用三維技術(shù)來(lái)做動(dòng)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(shí)，動(dòng)畫電影領(lǐng)域還是以傳統(tǒng)2D技術(shù)為主導(dǎo)，不過(guò)，卡特姆一直認(rèn)為以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的3D圖形才是未來(lái)。

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(dòng)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(wàn)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(dú)立制片公司——皮克斯（Pixar）公司。

圖片來(lái)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(shuō)：“以后的路還長(zhǎng)，我真心請(qǐng)求你們答應(yīng)我一件事，無(wú)論未來(lái)如何，我們都要彼此肝膽相照。”

彼時(shí)，喬布斯擔(dān)任該公司董事長(zhǎng)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(dòng)了一部又一部經(jīng)典動(dòng)畫電影的誕生，如玩具總動(dòng)員系列、賽車總動(dòng)員系列、海底總動(dòng)員以及尋夢(mèng)環(huán)游記、飛屋環(huán)游記等等。

而利用RenderMan渲染系統(tǒng)，動(dòng)畫師制作的3D屏幕效果才能更加逼真。最近21個(gè)奧斯卡得獎(jiǎng)電影中，19個(gè)是運(yùn)用了該軟件進(jìn)行制作，包括《泰坦尼克號(hào)》、《指環(huán)王》以及《阿凡達(dá)》等等。

《阿凡達(dá)》劇照 圖片來(lái)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(jià)格收購(gòu)，此后卡特姆正在領(lǐng)導(dǎo)該公司的動(dòng)畫部門，直到去年退休。除了技術(shù)貢獻(xiàn)，卡特姆還為工作室創(chuàng)造了獨(dú)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(gè)人能力，同時(shí)鼓勵(lì)相互交流及緊密合作。卡特馬爾沒(méi)有架子，善于聽(tīng)取下屬意見(jiàn)，每當(dāng)遇到問(wèn)題，他會(huì)和下屬一起討論，找出解決方法，而在工作繁忙的時(shí)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(ài)戴。

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

在皮克斯的30多年間，卡特姆領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了包括圖像合成、運(yùn)動(dòng)模糊、布料模擬等多項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。

技術(shù)改變好萊塢

與卡特姆相比，漢拉漢進(jìn)入皮克斯的時(shí)間也要稍晚一些。

漢拉漢在威斯康星州格林貝長(zhǎng)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室短暫工作過(guò)。1986年，漢拉漢進(jìn)入皮克斯擔(dān)任高級(jí)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(tuán)隊(duì)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(shí)的材料屬性和光照對(duì)彎曲的圖形進(jìn)行渲染，生成具有逼真的圖像效果。該系統(tǒng)后來(lái)被應(yīng)用于《玩具總動(dòng)員》等多部皮克斯動(dòng)畫電影的渲染設(shè)計(jì)中，還將其許可給了其他公司。

《玩具總動(dòng)員》海報(bào) 圖片來(lái)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(guò)將多邊形網(wǎng)格劃分為連續(xù)較小的塊，來(lái)表示彎曲的對(duì)象。而漢拉漢團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，添加了諸如著色語(yǔ)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(jiǎn)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(jué)效果奧斯卡金像獎(jiǎng)提名的47部電影中的44部中使用，它主要幫助計(jì)算機(jī)生成電影中的視覺(jué)特效，從簡(jiǎn)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(tuán)煙霧）的2D投影。

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

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(yǔ)言帶動(dòng)了商業(yè)版著色語(yǔ)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(yǔ)言的廣泛性和多樣性會(huì)促使GPU硬件設(shè)計(jì)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(yǔ)言在虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，其中包括支持自動(dòng)駕駛汽車，面部識(shí)別服務(wù)和Alexa語(yǔ)音技術(shù)等。

多項(xiàng)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(jiǎng)，二人也獲得了ACM SIGGRAPH和美國(guó)電影藝術(shù)與科學(xué)院的獎(jiǎng)項(xiàng)。正如《機(jī)器人制造者：?jiǎn)讨?middot;盧卡斯與數(shù)字革命》的作者邁克爾·魯賓所說(shuō)，沒(méi)有人像他們（卡特姆和漢拉漢）那樣對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)產(chǎn)生如此深刻而廣泛的影響。

封面圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)