來認識一下世界上最著名的那隻茶壺_風聞

**撰文 |**小莊

來源：科學藝術研究中心

可能看過1991版《美女與野獸》的同學會對裏面一隻美麗的茶壺有印象，它也出現在了先導海報中，有着金色的花紋，還繪着美女的頭像，從各方面來看，都是技藝精湛的一隻工藝品。

無獨有偶的是，1995年的第一部《玩具總動員》裏面也有一隻粉色蓋蓋的茶壺，這個比較簡潔樸實，看起來是沒有怎麼上釉彩的一隻。

如果你認為這只是場景需要或者巧合的話，那就錯了。事實上，這兩部著名動畫片都是在向一個計算機圖形科學史上的著名對象——猶他茶壺——致敬。同樣的致敬也出現在了許多文藝中青年特別喜愛的一部經典動畫連續劇《辛普森一家》中，不過不是以茶壺的形象，而是荷馬·辛普森的那隻便便大腹——

 “猶他茶壺”（Utah Teapot）是最早被用於使用數學曲線而非多邊形建模的3D模型之一，它的開發者叫做馬丁·紐維爾（Martin Newell）。1974年，這位老兄在猶他大學攻讀他的博士學位，該校是1970年代計算機圖形學發展的重要場所，由於兩位重量級計算機科學家戴維·埃文斯（David Evans）和伊萬·薩瑟蘭（Ivan Sutherland）的到來，他們一下子躋身為世界領先的計算機圖形學研究中心。

同一時期的學生中有很多厲害人物（我們待會兒會講到），馬丁非常擔心自己畢不了業，有天在和妻子桑德拉一起喝茶的時候，他聊到自己現在的論文中缺乏一個好用的三維建模對象，之前採用的甜甜圈或棋子這種過於簡單，無法達到理想的貝塞爾工具測試效果，桑德拉指了指擺在他們面前的Melitta茶壺，説何不試試這個。 

這個提醒可謂醍醐灌頂，沒錯兒，未經修飾的白色茶壺具有曲線和反射表面，既簡單得易於處理，又足夠富有挑戰性。馬丁當即決定就用它了，抓起一支筆就用草圖把其特徵描繪了下來。回到實驗室，他對茶壺進行了一系列漂亮的建模，同時還創建了一個帶有茶碟的杯子和一個勺子模型。他的同事吉姆·布林（Jim Blinn）也被這個茶壺所吸引，參與進來對其高度做了調整，使得它更平了一些，就這樣，獨一無二的猶他州茶壺誕生了。 

Martin Newell最初繪製的猶他茶壺特徵草圖 

接下來，紐維爾和布林公開分享他們的模型。這個出產於德國德累斯頓、出售於美國鹽湖城一家百貨商店的茶具，不僅拯救了紐維爾博士的論文，也惠澤了其他同行，很快傳開來被同一領域的研究人員紛紛所採用。這是因為在學科發展的早期，還沒有3D建模程序，而猶他茶壺模型的出現，意味着所有內容都可以通過手工數字化或在方格紙上草繪，並使用文本編輯器輸入數字，於是它成為一個流行圖像。此外，壺嘴和手柄形狀也是渲染和基準測試的好對象，茶壺和其他許多家居用品最大的不同點在於，其模擬表面看上去很逼真，不需要疊加人造的紋理圖案，這使得它一直被沿用下來，如今的3D Max軟件中還能找得到它的身影。動畫師Tom Sito就曾言 “任何對渲染和照明有新想法的人都會首先在茶壺上試用。”而歷史學家Cyrus CM Mody和Michael Lynch把猶他茶壺稱為“測試對象”：一種用於測試實驗者和實驗，從而幫助創造新知識的對象。 

茶壺的真身迄今還珍藏在加州山景城的計算機歷史博物館中。

為了紀念這隻茶壺對學科的貢獻，近幾年來，猶他大學每年都會舉辦茶壺渲染大賽，由該校計算機系的副教授Cem Yuksel組織，競賽對所有參加了“ 射線追蹤渲染”（CS 6620）課程的學生開放，參賽選手們要展示自己用軟件繪製的原始場景，並以令人繚亂的視覺效果來渲染猶他茶壺！他們可以和其他人一起準備場景和相關藝術品，但必須自己編寫渲染軟件。 

比賽中也收到了許多有趣的作品，有的參賽選手還樂此不疲地參加了好幾屆，並且都取得了好成績，如2014年-2016年的優勝獎都被一位叫做Laura Marie Lediaev的學生給蟬聯了，她對於玻璃質感茶壺表面的把握可謂出神入化。

2014“猶他茶壺渲染大賽”優勝獎，創作者Laura Marie Lediaev

2015“猶他茶壺渲染大賽”優勝獎，創作者Laura Marie Lediaev

我還比較喜歡2015年的一個班級最佳獎和學生選擇獎，是由Venkata Kushal Ponnam和Victor Castro兩人合作完成的，先幾何建模後用V-Ray軟件進行渲染，看上去非常有禪意。 

2015年“猶他茶壺渲染大賽”學生選擇獎，創作者Venkata KushalPonnam/Victor Castro

 他們還做了另一個更富透明質感的版本，如下——

好，回過頭來簡單説一下紐維爾同時期的其他牛逼人物，這個環節非常必要，因為正由於這一批人的存在，才會使得包括猶他茶壺在內的一系列模型如此風靡於世。在茶壺之前，1967年的大眾甲殼蟲（Volkswagen Beetle）模型是有史以來第一個在物理上創建的3D模型對象，由計算機圖形學先驅伊萬·薩瑟蘭所創建。他帶領的團隊開發了最早的3D顯示算法和多邊形映射技術以逼近複雜的曲面，通過多邊形映射到實際的實際甲殼蟲的表面上，然後測量每條線，並將數據輸入計算機程序，從而生成世界上第一個汽車的3D線框模型。 

甲殼蟲項目的學生小組中包括了許多對這個領域影響至關重要的關鍵人物，他們是後來的Adobe聯合創始人約翰·沃諾克（John Warnock）、皮克斯動畫聯合創始人埃德·卡特姆（Ed Catmull）和麪向對象編程環境語言的發明人之一，也是面向對象編程思想的創始人之一阿倫·凱（Alan Kay）。 

1972年，艾德·卡特姆曾經以自己的手為參照物，在計算機中創建了一個模型，能夠用來模擬各種動作，這是電腦動畫製作的雛形，對皮克斯後期的創作起到了奠基性的作用。有趣的是，皮克斯開發的渲染軟件RenderMan中也大量採用了猶他茶壺，他們會在一年一度的美國計算機協會計算機圖形專業組大會上贈送最新版的步行茶壺玩具，這成了一個傳統。 

正如未來學家、MIT媒體實驗室的創辦人尼古拉斯·尼葛洛龐帝（Nicholas Negroponte）所言：預測未來的最好方法就是發明它，這批計算機圖形學的領軍人物，恰恰就是讓這種發明在人們眼前變得立時可見的先驅。

參考文獻

https://simplymaya.com/sm-news-articles/74/why-is-there-a-teapot-in-3ds-max?https://spectrum.ieee.org/geek-life/history/behold-the-worlds-most-famous-teapothttp://nautil.us/blog/the-most-important-object-in-computer-graphics-history-is-this-teapothttps://www.atlasobscura.com/articles/utah-teapothttps://graphics.cs.utah.edu/history/utah_teapot.phphttps://www.victorcastro3d.com/2016/01/teapot-rendering-competition.html

本文經授權轉載自微信公眾號“科學藝術研究中心”。

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