2019年图灵奖得主出炉！两位3D电脑绘图先驱获奖，44部奥斯卡提名电影特效全靠两人领军研究

美国电脑协会（AMC）日前宣布2019年图灵奖得主，分别是史丹佛大学电脑绘图实验室教授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电脑绘图30多年，期间的研究心血如Z缓冲器、RenderMan渲染系统、GPU程式语言Brook等，都是造就《玩具总动员》、《侏罗纪公园》、《魔戒》、《阿凡达》等精彩电影的关键技术。

图灵奖素有电脑界奥斯卡奖之称，自1966年开办以来，每年都会选出对电脑领域贡献杰出的电脑科学家，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电脑绘图，点出Hanrahan和Catmull两人在3D电脑绘图领域的成就，为电脑成像（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取得犹他大学电脑科学博士学位，他在毕业论文中，提出了突破性的电脑绘图技术，可以弯曲的补丁来取代多边形补丁，消除电脑绘图中的锯齿粗糙感。这个技术包括了Z缓冲器（Z buffer），可用来决定电脑绘图中的影像深度座标，再用这些座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，让电脑产生的图像，看起来更加逼真。

离开学校后，他成立了纽约理工学院电脑绘图实验室，随后也加入影业公司LucasFilm，继续进行3D电脑绘图研究。1986年，乔布斯买下了LucasFilm的电脑动画部门，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第一批雇用的职员，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影像的着色器（Shaders）。

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

1990年，他在美国电脑协会的图像技术研讨会SIGGRAPH上，发表了重磅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《星际大战》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史丹佛大学任教。1990年代，他与学生扩展了RenderMan的着色语言，能即时利用GPU资源来实作电脑绘图任务。

不只如此，他与学生开发的GPU程式语言，也造就商业版语言的出现，彻底颠覆游戏电玩的程式撰写方式。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也是资料视觉化企业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，像是影像合成、动态模糊、布料模拟。文◎王若朴