2019图灵奖公布！授予电影与游戏CG特效背后的两位科学家
好莱坞大片背后的男人...
图片来源：2019年图灵奖得主Patrick M. Hanrahan（左）和Edwin E. Catmull（右）
来源 美国计算机学会
编译 戚译引 魏潇
编辑 魏潇
美国计算机学会（ACM）今天宣布，有着“计算机界诺贝尔奖”之称的 2019 年图灵奖授予斯坦福大学计算机图形学，实验室教授 Patrick M. Hanrahan 和计算机科学家、皮克斯动画工作室，联合创始人 Edwin E. Catmull，以表彰他们对 3D 计算机图形学的奠，定性贡献，以及这些技术对 CG 成像在电影制作和其他方面应用，的革命性影响。
Ed Catmull 和 Pat Hanrahan 做出的贡献从根本上改变，了计算机图形学领域，并对电影制作产生了，革命性的影响，将计算机动画电影，变成为了现实——他们拉开了 25 年前世界首个完全由电脑制作，的动画电影《玩具总动员》的序幕，并让这股热潮，一直延续到今天。
如今，全球电影行业产值达到 1380 亿美元，3D 动画是其中最，受欢迎的一类。对于蓬勃发展的视频，游戏行业，以及新兴的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域，3D 计算机成像技术，也至关重要。Catmull 和 Hanrahan 作出了开创性的技术贡献，他们的工作至今仍然是 CG 成像开发中不可或缺的，部分。此外，他们对图形处理单元（GPU）编程的见解不仅影响，了计算机图形学，还影响了数据中心管理和人工智能，等多个领域。
2019 年图灵奖得主
Patrick M. (Pat) Hanrahan
图片来源：TableauPat Hanrahan 是斯坦福大学计算机图形学实验室的佳能，计算机科学和电气工程教授。他于 1977 年获得威斯康星大学麦迪逊分校的，核工程学学士学位，1985 年获生物物理学博士学位。他在 20 世纪 80 年代任职于纽约(于纽约，)技术与数字设备公司（New York Institute of Technology and Digital Equipment Corporation），随后在皮克斯，担任高级科学家（1986-1989）。接下来，他先后担任，普林斯顿大学副教授（1991-1994）和斯坦福大学教授（1994 年至今），并指导了 40 多名博士生。Hanrahan 共同创立了数据分析公司 Tableau Software，于 2019 年 8 月被 Salesforce 收购。
Hanrahan 曾获得多项荣誉，包括 2003 年 ACM SIGGRAPH Steven A. Coons 奖，以表彰他对计算机图形学的，杰出贡献。他是 ACM 会员，也是美国艺术与科学学院（American Academy of Arts & Sciences）院士以及美国国家工程院（National Academy of Engineering）院士，并入选了许多，其他著名组织。
以及Edwin E. (Ed) Catmull
图片来源：Hollywoodreporter
Ed Catmull 是皮克斯动画工作室联合，创始人，并曾先后担任皮克斯，和沃尔特·迪斯尼动画工作室（Walt Disney Animation Studios）的总裁。他于 1970 年获得犹他大学的物理学，和计算机科学理学学士学位，1974 年获得计算机科学，博士学位。在他的职业生涯中，Catmull 曾担任卢卡斯影业（Lucasfilm Ltd.）计算机部门的副总裁，负责计算机图形、视频编辑、视频游戏和数字音频领域，的开发。他创办了纽约理工学院（NYIT）的计算机图形学实验室。
Catmull 获得了 1993 年 ACM SIGGRAPH Steven A. Coons 奖计算机图形学杰出，创意贡献奖（ACM SIGGRAPH Steven A. Coons Award for Outstanding Creative Contributions to Computer Graphics），以及 2006 年 IEEE John von Neumann 奖章，获奖理由是对计算机图形学的杰出贡献，和计算机动画在电影中的开拓性应用。他是 ACM 和视觉效果学会（Visual Effect Society）会士，也是美国电影艺术与科学学院，（Academy of Motion Picture Arts & Sciences）和美国国家工程院（National Academy of Engineering）院士。
图片来源：TableauPat Hanrahan 是斯坦福大学计算机图形学实验室的佳能，计算机科学和电气工程教授。他于 1977 年获得威斯康星大学麦迪逊分校的，核工程学学士学位，1985 年获生物物理学博士学位。他在 20 世纪 80 年代任职于纽约(于纽约，)技术与数字设备公司（New York Institute of Technology and Digital Equipment Corporation），随后在皮克斯，担任高级科学家（1986-1989）。接下来，他先后担任，普林斯顿大学副教授（1991-1994）和斯坦福大学教授（1994 年至今），并指导了 40 多名博士生。Hanrahan 共同创立了数据分析公司 Tableau Software，于 2019 年 8 月被 Salesforce 收购。
Hanrahan 曾获得多项荣誉，包括 2003 年 ACM SIGGRAPH Steven A. Coons 奖，以表彰他对计算机图形学的，杰出贡献。他是 ACM 会员，也是美国艺术与科学学院（American Academy of Arts & Sciences）院士以及美国国家工程院（National Academy of Engineering）院士，并入选了许多，其他著名组织。
以及
图片来源：Hollywoodreporter
Ed Catmull 是皮克斯动画工作室联合，创始人，并曾先后担任皮克斯，和沃尔特·迪斯尼动画工作室（Walt Disney Animation Studios）的总裁。他于 1970 年获得犹他大学的物理学，和计算机科学理学学士学位，1974 年获得计算机科学，博士学位。在他的职业生涯中，Catmull 曾担任卢卡斯影业（Lucasfilm Ltd.）计算机部门的副总裁，负责计算机图形、视频编辑、视频游戏和数字音频领域，的开发。他创办了纽约理工学院（NYIT）的计算机图形学实验室。
Catmull 获得了 1993 年 ACM SIGGRAPH Steven A. Coons 奖计算机图形学杰出，创意贡献奖（ACM SIGGRAPH Steven A. Coons Award for Outstanding Creative Contributions to Computer Graphics），以及 2006 年 IEEE John von Neumann 奖章，获奖理由是对计算机图形学的杰出贡献，和计算机动画在电影中的开拓性应用。他是 ACM 和视觉效果学会（Visual Effect Society）会士，也是美国电影艺术与科学学院，（Academy of Motion Picture Arts & Sciences）和美国国家工程院（National Academy of Engineering）院士。
创造更逼真的世界
Catmull 1974 年在犹他大学获得计算机，科学博士学位，师从计算机图形学之父、1988 年 ACM 图灵奖获得者 Ivan Sutherland。在他的博士学位论文中，Catmull 介绍了一些突破性技术，能够用于显示曲面片（curved patch），而不是多边形。这篇论文中还，出现了两项新技术：一是深度缓冲（Z-buffering，Wolfgang Straber 也在同一时期对此进行，了描述），用于管理计算机图形中的，图像深度坐标；二是纹理映射（texture mapping），将二维表面纹理包裹在，三维对象外部。在犹他大学时，Catmull 还创建了一种表示光滑，表面的方法，即使用更粗糙，的多边形网格。毕业后，Catmull 与 Jim Clark（后来的 Silicon Graphics 和 Netscape 创办者）合作提出了 C-C 细分曲面（Catmull-Clark Subdivision Surface），这种曲面效果出色，是现在动画和电影特效中常用，的曲面片。Catmull 的技术在开发照片级的逼真，图形和消除“锯齿”方面起着重要作用（锯齿即形状周围，的粗糙边缘，是原始计算机图形学，的标志）。离开犹他大学后，Catmull 组建了纽约理工学院（NYIT）的计算机图形实验室，这个实验室成为了美国最早的一批计算机图形学，专门实验室之一。在那时，Catmull 就梦想着制作一部计算机，动画电影了。1979 年，这一目标在乔治·卢卡斯（George Lucas）的推动下又进了一步：卢卡斯当时聘用，了catmull 等许多专家，他们将计算机图形优化成了更为，现实逼真的图像。当时，整个行业仍然被传统的 2D 技术所主导，但是在卢卡斯电影公司（LucasFilm），Catmull 和同事们坚持不懈地对 3D 计算机图形动画进行创新。1986 年，史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）收购了卢卡斯电影公司的，计算机动画部门，并将其更名为皮克斯（Pixar），Catmull 成为了这家公司的总裁。
在皮克斯的第一批员工中，Pat Hanrahan 赫然在列。他于 1985 年在威斯康星大学麦迪逊分校获得了，生物物理学博士学位，并在加入皮克斯之前曾在 NYIT 的计算机图形学实验室短暂，工作过一段时间。加入Catmull 和他的皮克斯团队后，Hanrahan 成为了一种新图形(新，图形)系统的首席架构师，这个新系统(新系统)能够用，真实的材质和光影来渲染曲线形状，后来被命名为 RenderMan。它的一个关键概念是，能够给 CG 图像着色的着色器（shaders）。RenderMan 能将光反射与几何，形状分开，并且可以计算被着色，对象上各个点的颜色，透明度和纹理。这一系统还结合了 Catmull 此前在该领域，创建的深度缓冲（Z-buffering）和细分曲面（subdivision surface）两种技术。
在皮克斯工作期间，Hanrahan 还开发了体积渲染技术，这让 CG 艺术家可以对 3D 数据集的 2D 投影（例如一团烟雾）进行渲染。在 Hanrahan 一篇被引用次数最多的，论文中，他与合著者 Marc Levoy 一起提出了光场渲染，的概念，这种方法可在不需要深度，信息或特征匹配的情况下，让观看者从任意一点跳跃至新场景，(新场景)，从而带来穿越体验。Hanrahan 还完善了使用表面下，散射来描绘皮肤和头发的技术，并使用蒙特卡洛射线追踪技术来渲染，复杂光影效果——被称为全局照明（global illumination，GI）。
Hanrahan 1990 年在 ACM SIGGRAPH 上发表的论文中，展示了他开创性的 RenderMan 研究。然而，计算机硬件5 年后才发展到足够高，的水平，得以让 RenderMan 系统制作出了世界上，首部全部由计算机制作的 3D 动画电影——《玩具总动员》。
图片选自《玩具总动员》系列电影
不止是电影与游戏
在 Catmull 的领导下，皮克斯使用 RenderMan 制作出了一系列大，获成功的电影，这一技术还被授权给了，其他电影公司。最近数年里 47 部获得奥斯卡视觉效果，奖提名的电影中，有 44 部都使用了 RenderMan 技术，其中包括《阿凡达》、《泰坦尼克号》、《美女与野兽》、《指环王》三部曲以及《星球大战》前传。直到今天，RenderMan 仍然是 CG 视觉特效制作的标准，工作流程。《指环王》系列电影的 CG 特效。图片来源：GIPHY
在 1989 年离开皮克斯后，Hanrahan 在普林斯顿大学和斯坦福大学，担任学术职务。从 1990 年代开始，他和学生们扩展了 RenderMan 的着色语言，使其可以在功能强大的 GPU 支持下进行实时工作，并由此进入市场。Hanrahan 和学生开发的 GPU 编程语言推动了，商业化编程语言（包括 OpenGL 着色语言）的进步，彻底改变了视频游戏的，制作规则。
GPU 上普遍使用的着色，语言及其多样性最终要求 GPU 硬件设计人员开发更，灵活的体系架构。这些架构又允许 GPU 被用于各种计算环境，比如在高性能计算，应用程序中运行算法，在人工智能应用程序的海量数据集上，训练机器学习算法。特别是 Hanrahan 和他的学生，开发了一种应用于 GPU 的语言 Brook，为 NVIDIA 的 CUDA 奠定了基础。
Catmull 则在皮克斯工作了 30 多年，即便它成为了迪士尼动画，工作室的一个子公司也未曾离开。在他的领导下，数十名研究人员创造并发布了，包括图像合成、运动模糊、布料模拟等技术在内的，一系列基础技术，这对计算机动画电影和计算机图形学做出，了更大的贡献。
ACM 主席 Cherri M. Pancake 表示，CG 成像改变了电影的，制作方式和观影体验，也深刻影响了更广泛，的娱乐行业。计算机图形学是 ACM 中最大，最活跃的社区之一，而 Catmull 和 Hanrahan 证明，计算科学中一个专业方向的工作可以对该领域，的其他方面产生重大影响。
谷歌 AI 高级研究员兼高级副总裁 Jeff Dean 则认为，“如今 3D 计算机图形成像，已经十分普及，我们往往会忘记这个，领域不久前的样子。在技术不断发展的当下，数十年前 Hanrahan 和 Catmull 所开发的技术仍是这个领域，的标准实践，这给人留下了深刻的印象。认可 CG 成像技术的科学贡献，并教育公众这一技术，将在未来几年中影响许多领域，包括虚拟现实和增强现实、数据可视化、教育和医学影像等，是一件非常重要的事。
图灵奖和美国计算机学会
ACM A.M. 图灵奖以英国数学家阿兰·M·图灵（Alan M. Turing）的名字命名，创立于 1966 年，旨在对创造系统和，理论基础、推动信息技术行业发展的计算机科学家和，工程师进行表彰。奖金为 100 万美元，由谷歌公司提供资金支持。2019 年图灵奖颁奖晚会将于 2020 年 6 月 20 日星期六在美国旧金山，举行。
美国计算机学会（Association for Computing Machinery，ACM）是世界上最大的计算机教育，和科学协会。它团结计算机教育者、研究人员和专业人员，以激发对话，共享资源，应对该领域的挑战。
主要信息来源：
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-03/afcm-pom031720.php
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