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2019圖靈獎出爐,兩位皮克斯元老為什么能獲得計算機行業“諾貝爾獎”?
來源:鈦媒體
2020-03-20
北京時間3月18日晚,ACM(國際計算機協會)正式宣布,將2019圖靈獎榮譽授予皮克斯(Pixar)聯合創始人、計算機圖形學專家帕特里克·漢拉漢(Patrick M. Hanrahan)和艾德文·卡特姆(Edwin E. Catmull)。

 

圖靈獎獲得者:帕特里克·漢拉漢(右)和艾德文·卡特姆(左)

北京時間3月18日晚,ACM(國際計算機協會)正式宣布,將2019圖靈獎榮譽授予皮克斯(Pixar)聯合創始人、計算機圖形學專家帕特里克·漢拉漢(Patrick M. Hanrahan)和艾德文·卡特姆(Edwin E. Catmull)。因其在 3D(三維計算機)圖形學方面做出重要貢獻,以及這些技術對電影制作和計算機生成圖像(computer-generated imagery,CGI)等應用的革命性影響而獲此殊榮。

這也是繼1988年圖靈獎得主,計算機輔助設計之父伊萬·薩瑟蘭(Ivan Sutherland)之后,第二次有圖形學領域學者榮獲此獎項。

計算機行業的“諾貝爾獎”:圖靈獎

圖靈獎,又譯杜林獎,是國際計算機協會(ACM)于1966年設立的獎項,專門獎勵對計算機事業做出重要貢獻的個人,是計算機界最負盛名的獎項,有“計算機界諾貝爾獎”之稱。該獎項名稱取自英國科學家、曼徹斯特大學教授艾倫·圖靈(A.M. Turing),他奠定了計算機的數學基礎和局限性理論。

圖靈獎對獲獎者的要求極高,評獎程序也極嚴,一般每年只獎勵一名計算機科學家,該獲獎者必須是在計算機領域具有持久而重大的先進性的技術貢獻,并且大多數獲獎者是計算機領域的科學家。

今年有些意外,是由兩位獲獎者共獲此殊榮,他們將在今年6月20日于舊金山舉行的ACM年度頒獎典禮上正式接受獎項頒發。此外,兩位獲獎者還會獲得100萬美元的獎金,由谷歌贊助。

ACM方面表示,漢拉漢和卡特姆在概念創新和軟硬件方面的貢獻,對計算機圖形學產生了根本性的影響。他們在電腦圖像成像方面的工作,不僅改變了動畫電影,還加快了好萊塢特效,視頻游戲和虛擬現實領域的技術發展。

ACM下的系統基礎架構小組Google研究員,谷歌AI高級副總裁杰夫·迪恩(Jeff Dean)表示,兩位獲獎者幾十年前開發的技術至今仍在應用,這令人印象深刻。重要的是,在這兩位學者的不懈努力下,CGI 技術將在未來幾年影響很多領域,包括虛擬和增強現實、數據可視化、教育、醫學成像等,這是非常重要的。

“我有一個3D圖像的電影夢”

1945年,艾德文·卡特姆出生在美國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》等迪士尼動畫電影的吸引,卡特姆開始夢想成為一個動畫師,他甚至學會了使用手翻書制作動畫。

不過,沒有繪畫基礎的卡特姆在念書的過程中,卡特姆發現自己更擅長別的東西——比如數字、比如計算機。因此,他并未在著急在電影行業中謀求職位,而是進入猶他大學,發揮自己的數學才能、研究物理和計算機科學。畢業后,卡特姆在西雅圖波音公司當了一段時間的程序員,并于1970年秋天回到猶他大學讀研究生。

在猶他大學攻讀研究生期間,卡特姆遇到了他的導師——“計算機圖形學之父”伊萬·薩瑟蘭。

伊萬·薩瑟蘭是1988年圖靈獎的獲得者,他曾成功開發了著名的Sketchpad系統。

Sketchpad系統是一個交互式圖形系統,利用它,設計者可以與計算機進行對話,并且能在屏幕上直接進行圖形設計和修改。不少教科書認為,這一系統的出現,標志著CAD技術的誕生。伊萬·薩瑟蘭還被譽為是“VR之父”,他在1968年的時候就與同事制作出了世界第第一臺虛擬現實裝備——達摩克里斯之劍(The Sword of Damocles),雙目鏡的設計可以說是現代所有頭顯的鼻祖。

在伊萬·薩瑟蘭的帶領下,卡特姆打開了一扇“計算機與圖像融合”的新的大門。通過SketchPad系統,卡特馬爾意識到,新興的計算機圖形學將成為動畫行業的基礎,而這剛好結合了他的愛好——技術和動畫??ㄌ伛R爾決心投身于這一行,他一直夢想著可以制作出世界第一部全動畫電影。

在伊萬·薩瑟蘭的帶領下,卡特姆所在的研究團隊對1967年大眾甲殼蟲(Volkswagen Beetle)進行了3D建模,開發了最早的3D顯示算法和多邊形映射技術以逼近復雜的曲面。他們通過多邊形映射到實際的實際甲殼蟲的表面上,然后測量每條線,并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。

1972年,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,這是電腦動畫制作的雛形,對皮克斯后期的創作起到了奠基性的作用。

1974年,卡特姆研究生畢業后來到了Applicon公司工作。同年11月,紐約理工學院(NYIT)創始人Alexander Schure聯系到他,希望讓他擔任學院新成立的計算機圖形學實驗室的主管,這是美國最早期的專門化計算機圖形實驗室之一。在新的職位上,卡特姆組建了一個極富才華的二維動畫研究小組,并集中精力於協助動畫師的工具。

在紐約理工學院擔任計算機圖形學實驗室主管期間,卡特姆帶領實驗室團隊寫了多款應用程序,包括名為Paint的繪圖程序、動畫軟件SoftCel和其他軟件。其中,Paint可以視為迪士尼公司的計算機動畫生產系統——商業動畫程序Tween的早期版本。

不過,卡特姆不甘心做二維動畫與應用程序開發,他一直希望完成夢想,用三維技術來做動畫電影。

1979年,由于《星球大戰》電影大獲成功,盧卡斯影業(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負責這一部門的技術相關工作。因此,自此開始,卡特姆便在盧卡斯公司電腦圖形部擔任副總裁。

但彼時,動畫電影領域還是以傳統 2D 技術為主導,不過,卡特姆一直認為以計算機為主導的3D圖形才是未來。

在盧卡斯影業工作期間,卡特姆協助開發了數字圖像合成技術,包括RenderMan渲染系統等,該系統應用于《玩具總動員》和《尋找尼莫》等影片中。

1986年,蘋果聯合創始人史蒂夫·喬布斯宣布以1000萬美元買下了卡特姆所在的盧卡斯影業電腦圖形部,正式成為獨立制片公司——皮克斯(Pixar)公司。

埃德 卡特姆曾回憶道:記得那是25年前的2月份,皮克斯成立的當天。喬布斯曾將我和阿爾維拉到一邊,用雙臂將我們摟住,說:“以后的路還長,我真心請求你們答應我一件事,無論未來如何,我們都要彼此肝膽相照。”

年輕的埃德·卡特姆(左)、喬布斯(中)與約翰·拉塞特(右)。

彼時,喬布斯擔任該公司董事長職務,卡特姆擔任公司首席技術官。2001年,卡特姆出任皮克斯總裁職位,并推動了一部又一部經典動畫電影的誕生,如玩具總動員系列、賽車總動員系列、海底總動員以及尋夢環游記、飛屋環游記等等。

而利用RenderMan渲染系統,動畫師制作的3D屏幕效果才能更加逼真。最近21個奧斯卡得獎電影中,19個是運用了該軟件進行制作,包括《泰坦尼克號》、《指環王》以及《阿凡達》等等。

2006年,皮克斯被沃爾特·迪斯尼公司(Walt Disney Company)以70億美元的價格收購,此后卡特姆正在領導該公司的動畫部門,直到去年退休。除了技術貢獻,卡特姆還為工作室創造了獨特的企業文化,他把硅谷、好萊塢和漫畫制作室3種迥然不同的工作風格巧妙地糅合在一起,使工作人員盡情發揮個人能力,同時鼓勵相互交流及緊密合作??ㄌ伛R爾沒有架子,善于聽取下屬意見,每當遇到問題,他會和下屬一起討論,找出解決方法,而在工作繁忙的時候,他也經常和工作人員一起熬夜。因此卡特姆很受下屬愛戴。

2008年,卡特姆獲得奧斯卡戈登·E·索耶獎(奧斯卡獎的特別獎之一,在1981年新增設置的的一項電影技術榮譽獎),以表彰他在電腦圖形學上的杰出成就對電影行業所作出了重要貢獻。

在皮克斯的30多年間,卡特姆領導的科研團隊,開發了包括圖像合成、運動模糊、布料模擬等多項基礎技術。

技術改變好萊塢

與卡特姆相比,漢拉漢其進入皮克斯的時間也要稍晚一些。

漢拉漢在威斯康星州格林貝長大,并于1985年獲得了威斯康星大學麥迪遜分校的生物物理學博士學位,隨后在NYIT的計算機圖形學實驗室短暫工作過。1986 年,漢拉漢進入皮克斯擔任高級科學家,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,漢拉漢領導團隊一起開發了新的RenderMan圖形系統,這可以讓制作者利用真實的材料屬性和光照對彎曲的圖形進行渲染,生成具有逼真的圖像效果。該系統后來被應用于《玩具總動員》等多部皮克斯動畫電影的渲染設計中,還將其許可給了其他公司。

這一技術借鑒了卡特姆在其博士學位期間發明的一些技術,包括細分表面等,這些細分表面通過將多邊形網格劃分為連續較小的塊,來表示彎曲的對象。而漢拉漢團隊在此基礎上,添加了諸如著色語言(用于著色CGI圖像)之類的重要技術,使渲染效果更逼真,更簡單。

目前,該系統已成為好萊塢的標準工具,并在獲得視覺效果奧斯卡金像獎提名的47部電影中的44部中使用,它主要幫助計算機生成電影中的視覺特效,從簡單的塑料玩具表面紋理到更復雜的物理現象,如皮毛和水花等。

此外,漢拉漢還開發了立體渲染技術(olume rendering),該技術可以讓 CGI 繪圖者可以渲染3D數據集(例如一團煙霧)的2D投影。

在其1996年的一篇論文中,漢拉漢介紹了光場渲染技術的詳細內容。這種技術可通過從任意點生成新的視角,無需借用深度信息或特征匹配,使人產生一種飛過場景的感覺。

1989 年,漢拉漢離開皮克斯,之后在普林斯頓大學和斯坦福大學擔任教職。2003年,漢拉漢作為首席科學家職位,與人共同創立了Tableau Software公司。

近些年漢拉漢和他的學生為GPU開發的編程語言帶動了商業版著色語言的開發(包括 OpenGL),希望改變了電子游戲的程序編寫方式。GPU上著色語言的廣泛性和多樣性會促使GPU硬件設計者開發更加靈活的架構,發揮算力與算法作用。GPU上著色語言在虛擬現實和人工智能技術的設計中發揮了至關重要的作用,其中包括支持自動駕駛汽車,面部識別服務和Alexa語音技術等。

多項關于3D圖像學的新技術,讓卡特姆和漢拉漢獲得業內人士的關注,除了圖靈獎,二人也獲得了 ACM SIGGRAPH 和美國電影藝術與科學院的獎項。正如《機器人制造者:喬治·盧卡斯與數字革命》的作者邁克爾·魯賓所說,沒有人像他們(卡特姆和漢拉漢)那樣對計算機圖形學產生如此深刻而廣泛的影響。

責任編輯:焦旭

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