2019年图灵奖得主出炉!两位3D计算机绘图先驱获奖

美国计算机协会(AMC)日前宣布2019年图灵奖得主,分别是斯坦福大学计算机绘图实验室教授Patrick M. Hanrahan,以及皮克斯和迪士尼动画工作室前总裁Edwin E. Catmull。他们深耕3D计算机绘图30多年,期间的研究心血如Z缓冲器、RenderMan渲染系统、GPU程序语言Brook等,都是造就《玩具总动员》、《侏㑩纪公园》、《魔戒》、《阿凡达》等精彩电影的关键技术。

图灵奖素有计算机界奥斯卡奖之称,自1966年开办以来,每年都会选出对计算机领域贡献杰出的计算机科学家,像是发明万维网www的Tim Berners-Lee、卷积网络CNN之父Yann LeCun等。

继去年聚焦于深度学习,今年,图灵奖锁定3D计算机绘图,点出Hanrahan和Catmull两人在3D计算机绘图领域的成就,为计算机成像(CGI)带来革命性突破,不只催生25年前第一部动画电影《玩具总动员》,也让逼真的电影特效、游戏画面和VR成为可能。

一篇论文催生2种新技术

其中的故事,可从1970年代说起。1974年,Catmull取得犹他大学计算机科学博士学位,他在毕业论文中,提出了突破性的计算机绘图技术,可以弯曲的补丁来取代多边形补丁,消除计算机绘图中的锯齿粗糙感。这个技术包括了Z缓冲器(Z buffer),可用来决定计算机绘图中的图片深度坐标,再用这些坐标来决定物体该显示的部分。

他还提出另一个关键技术,也就是纹理映射(Texture mapping),可将2D表面纹理,包覆于3D物体上,让计算机产生的图像,看起来更加逼真。

离开学校后,他成立了纽约理工学院计算机绘图实验室,随后也加入影业公司LucasFilm,继续进行3D计算机绘图研究。1986年,乔布斯买下了LucasFilm的计算机动画部门,并改名为皮克斯(Pixar),由Catmull担任总裁,带领团队研发新技术。

一套关键系统,成为数十年动画电影标准配备

就在这一年,Hanrahan加入了皮克斯,不仅是Catmull第一批雇佣的职员,更担任当时新绘图系统的首席架构师。这套系统是RenderMan的雏形,可利用真实的材料和照明,来渲染弯曲的形体;其中的关键,就是用于CGI图片的着色器(Shaders)。

与此同时,Hanrahan也研发不同技术,像是立体渲染(Volume rendering),能将平面投影堆栈为3D立体图形,这也是医疗MRI和计算机断层扫描(CT)后来运用的技术。此外,他也发布了光场渲染(Light field rendering),这个方法让观众觉得自己正穿越不同场景。

1990年,他在美国计算机协会的图像技术研讨会SIGGRAPH上,发布了重磅RenderMan论文。RenderMan可分离光线反射和几何形体,能计算形体上各点的颜色、透明度和纹理。此外,RenderMan也融合了Catmull早年研发的技术,比如Z缓冲器等。

自此,RenderMan成为CGI视觉效果的标准工作流程,也是第一个获得奥斯卡科技成就奖的软件。过去获得奥斯卡金像奖提名的47部电影中,有44部使用RenderMan,像是《泰坦尼克号》、《魔戒》、《阿凡达》、《美女与野兽》和《星球大战》等。

精益求精,开发GPU专用语言更催生Nvidia CUDA

后来,Hanrahan离开业界,转至普林斯顿大学和斯坦福大学任教。1990年代,他与学生扩展了RenderMan的着色语言,能即时利用GPU资源来实例计算机绘图任务。

不只如此,他与学生开发的GPU程序语言,也造就商业版语言的出现,彻底颠覆游戏电玩的程序撰写方式。而他与学生开发的GPU语言Brook,也间接催生了Nvidia的平行运算架构和模型CUDA。

除了任教,Hanrahan也是资料可视化企业Tableau的共同创办人。而Catmull则持续于皮克斯任职,期间,迪士尼动画工作室收购皮克斯,Catmull也继续带领团队研发新技术,像是图片合成、动态模糊、布料模拟。

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