愛上電影的計算機科學家，最後得了「圖靈獎」_風聞

3月18日，有“計算機界諾貝爾獎”之稱的 2019 年圖靈獎授予給了兩位**皮克斯動畫（Pixar）**的創始員工。

他們是**艾德·卡特姆（Edwin E. Catmull）**和 帕特里克·漢拉汗（Patrick M. Hanrahan）。

△ 艾德·卡特姆（左）和 帕特里克·漢拉汗（右）

這兩位把最好年華獻給電影行業的計算機科學家，不僅為今天的好萊塢電影特效技術奠定了基礎，還徹底改變了遊戲、虛擬現實和人工智能行業。

上世紀七八十年代，喬治·盧卡斯 集結了一大批年輕的科學家和工程師，把他的“星球大戰”夢想搬上大銀幕。

△ 上世紀七八十年代星戰“原初三部曲”拍攝側記，圖源：looper.com

70 年代初，師從計算機圖形學的創始人之一 伊萬·薩瑟蘭（Ivan Sutherland）、在猶他大學獲得計算機博士學位的 艾德·卡特姆（Ed Catmull）因他的計算機圖形學研究成果，受邀加入盧卡斯影業（Lucasfilm）。

△ 艾德·卡特姆（Ed Catmull）

△ 1984年盧卡斯影業計算機部門（左三是卡特姆）

那個時代，計算機生成的圖像都是直線和多邊形，卡特姆 在猶他大學時就提出了一種在計算機上顯示曲面的方法。

1972 年 卡特姆 應用自己的技術創作出一部名為**“計算機動畫之手”**的短片，這是最早的計算機動畫作品之一。

△ 《計算機動畫之手》（1972）

1986 年 史蒂夫·喬布斯 收購了盧卡斯影業計算機動畫部門，更名為皮克斯，他選擇 卡特姆 擔當動畫公司的總裁。

△ 左至右：Ed Catmull, Steve Jobs和John Lasseter，圖源：Pixar

卡特姆 對皮克斯最重要的貢獻，就是構造了能對任意幾何體使用的遞歸算法來創建平滑曲面的規則，形成了皮克斯動畫沿用至今的曲面技術。

在 卡特姆 的“學者風範”感召下，更多研究者和工程師加入了這個電影團隊。

這時，舊金山威斯康星大學麥迪遜分校年輕的生物物理學學生 **帕特里克· 漢拉汗（Patrick Hanrahan）**決定放棄昆蟲研究，入職皮克斯，與 卡特姆 搭檔推動計算機圖形學的發展。

△ 帕特里克·漢拉汗（Patrick Hanrahan）

這些年輕的研究者聚在一起，產生了一個“偉大的願望”——完全用計算機來生成一部動畫片。

雖然這個目標看似渺茫，但 漢拉汗 説：

我認為這輩子不可能實現，但我可以花一生的時間去嘗試。

卡特姆 和 漢拉汗 敏鋭地意識到計算機動畫的侷限性——“恐怖谷”效應讓人類角色看起來很“出戏”。

漢拉汗 在 卡特姆 和其他同事十多年工作的基礎上，開發出了一個叫 RenderMan的圖形系統，漢拉汗 擔任開發團隊的首席架構師。

RenderMan 用真實的材質和光影來渲染曲線形狀，電影製作人可以把圖像與真實場景自然融合，產生逼真的動畫效果。

△ 圖源：renderman.pixar.com

它擁有一個能給 CG 圖像着色的****着色器，軟件在渲染過程中能將光反射與幾何形狀分開，並計算被着色對象上各個點的顏色，透明度和紋理，使得動畫有“栩栩如生”的觀感。

80 年代後期，漢拉汗 和皮克斯的同事們把 RenderMan 開源給其他電影製作人；他們還發布了 RenderMan Shading 語言——一種允許任何人修改的計算機語言，結果引爆了這項技術的發展。

《機器人制造者：喬治·盧卡斯與數字革命》作者、曾經的盧卡斯員工 邁克爾·魯賓 説：

RenderMan 不僅是皮克斯生產的工具，更是皮克斯的產品，它屬於計算機科學家的社區。

△ Renderman視頻教程

在皮克斯工作期間，漢拉汗 還開發出了體積渲染技術。CG 藝術家可以對 3D 數據集的 2D 投影（例如一團煙霧）進行渲染。

△ Renderman製作的《超人總動員2》

漢拉汗 與他人合著的論文中提出了**“光場渲染”**的概念（注：一種基於圖像的渲染技術）；

他還完善了**“利用表面下散射來描繪皮膚和頭髮”的技術，並使用蒙特卡洛射線追蹤技術來渲染複雜光影效果——被稱為全局照明****（Global Illumination，GI）**。

△ 圖源：renderman.pixar.com

雖然 漢拉汗 1990 年就在 ACM SIGGRAPH 上發表了關於RenderMan的研究成果，然而等到計算機硬件足以實現他的理論，已經是 5 年後了。

計算機芯片製造商**英偉達（NVIDIA）**一直關注着這兩人的研究成果，他們以 漢拉汗發表的 3D 圖形論文為基礎，驅動自己的芯片製造項目。

卡特姆 説：“**英偉達圖像處理單元（GPU）**的興起，讓我們從中受益。”

硬件齊備，1995 年**世界上第一部全部由計算機制作的 3D 動畫電影——《玩具總動員》**誕生了；

△ 《玩具總動員》（1995）

1999 年，經過技術優化的《玩具總動員2》成了皮克斯“里程碑式的勝利”。

△ 《玩具總動員2》（1999）

觀眾認為這部電影既是藝術奇蹟，更是技術奇蹟。

RenderMan 在製作《玩具總動員》系列和之後許多皮克斯影片上都發揮了關鍵性作用；但它對電影行業的影響遠遠超過了伍迪和巴斯光年的故事。

2001 年，RenderMan 成為第一個贏得奧斯卡獎的軟件。

在最近獲得奧斯卡金像獎提名的 47 部電影中，有 44 部使用了皮克斯的 RenderMan ；其中就包括了《阿凡達》，《泰坦尼克號》，《指環王》三部曲和《星球大戰》系列。

漢拉汗 和 卡特姆 二人組讓計算機科學技術與娛樂產業的創造力結合在一起，創造出一個又一個視覺奇觀。

從《蟲蟲危機》中的半透明葉子；

到去年《玩具總動員4》中隨風擺動的雨滴，皮克斯出品的每部電影，都在挑戰計算機圖形技術的新高度。

在**《皮克斯傳奇》（The Pixar Touch-The Making of a Company）**這本書中，作者大衞·普萊斯説：

3D 計算機圖形技術的很多基礎技術都來源於 艾德·卡特姆 和他領導的團隊。

受 漢拉汗 論文啓發的 GPU 掀起了 90 年代的 3D 計算機遊戲潮流，還促使虛擬現實復興。

在超級計算機和人工智能領域，GPU 十分擅長於訓練 AI ；它在包括自動駕駛汽車、面部識別服務和 Alexa 等智能助手開發中起到至關重要的作用。

△ 去年英偉達在 GPU 技術大會上推出了 Clara AI 平台

漢拉汗 1989 年離開皮克斯，他先後擔任過普林斯頓大學副教授（1991-1994）和斯坦福大學教授（1994 年至今），指導過 40 多名博士生。

2003年 漢拉汗 與其他人聯合創立了西雅圖著名科技公司 Tableau Software，這家數據可視化公司在全球擁有 4,000 多名員工，去年 8 月以 157 億美元的價格被 Salesforce 收購。

而 卡特姆 則在皮克斯一呆就是三十多年，直到 2018 年才退休。

△ 皮克斯的回憶（最左Catmull, 左二Steve Jobs，左三Bob Iger，最右John Lasseter）

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ACM（美國計算機學會） A.M. 圖靈獎以英國數學家阿蘭·M·圖靈（Alan M. Turing）名字命名，創立於 1966 年，旨在表彰和獎勵那些推動技術和行業發展的計算機科學家和工程師。

谷歌為這一獎項提供了 100 萬美元獎金。

ACM 在 18 日宣佈圖靈獎獲獎者時寫道：

艾德·卡特姆 和 帕特里克·漢拉汗 通過概念上的創新以及對軟硬件的貢獻，從根本上改變了計算機圖形學領域，對電影產生了革命性的影響。

卡特姆 和 漢拉汗 將於今年 6 月 ACM 在舊金山舉行的頒獎宴會上正式領取這一獎項。