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| 本文作者： 我在思考中 | 2022-08-18 15:54 |
整理 | 李梅、王玥
8 月 8 日至 11 日，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)國(guó)際頂級(jí)會(huì)議 SIGGRAPH 在加拿大溫哥華舉辦。2019 年圖靈獎(jiǎng)和多次奧斯卡獎(jiǎng)「雙料得主」Pat Hanrahan 和 Ed Catmull 在大會(huì)上亮相，作了一場(chǎng)題為“Shading Languages and the Emergence of Programmable Graphics Systems”（著色語言與可編程圖形系統(tǒng)的出現(xiàn)）的報(bào)告。
Pat Hanrahan，皮克斯動(dòng)畫工作室創(chuàng)始人之一，現(xiàn)任斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授。他在皮克斯動(dòng)畫工作室主導(dǎo)了 RenderMan 界面規(guī)范和 RenderMan 著色語言的設(shè)計(jì)，并參與了《玩具總動(dòng)員》等皮克斯經(jīng)典作品的制作。憑借在渲染方面的杰出工作，他曾 3 次獲得奧斯卡金像獎(jiǎng)。
Edwin Catmull，著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，皮克斯動(dòng)畫工作室聯(lián)合創(chuàng)始人及前總裁，曾參與創(chuàng)辦紐約理工學(xué)院（NYIT）計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室被稱為現(xiàn)代視覺特效的起源地。他將自身對(duì)于動(dòng)畫的熱愛與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)融合，依靠自身技術(shù)先后 9 次獲得奧斯卡金獎(jiǎng)。
2019 年，為表彰他們對(duì) 3D 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的貢獻(xiàn)，以及對(duì)電影制作和計(jì)算機(jī)生成圖像 (CGI) 等應(yīng)用的革命性影響，Hanrahan 和 Catmull 這兩位計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的奠基者被共同授予圖靈獎(jiǎng)。
在本次演講中，Hanrahan 通過他在皮克斯和斯坦福的圖形學(xué)研究經(jīng)歷，展示了自上世紀(jì) 80 年代以來渲染系統(tǒng)、著色語言、GPU 等的發(fā)展歷程。他認(rèn)為，圖形學(xué)的發(fā)展帶來了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的黃金時(shí)代，使得我們可以構(gòu)建不同類型的計(jì)算機(jī)來優(yōu)化不同的任務(wù)。
而 Edwin Catmull 講述了自己入門計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、為了圖形學(xué)發(fā)展而奔走求職，再到創(chuàng)立 Lucas 影業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)部門的傳奇經(jīng)歷，而這個(gè)部門正是皮克斯的前身。Catmull 回憶道，在那段時(shí)間里，自己與身邊的創(chuàng)作者們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域突破限制，將各種不可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，那是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代。
獲得圖靈獎(jiǎng)實(shí)在是榮幸之至。第一位在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域獲得圖靈獎(jiǎng)的人是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父 Ivan Sutherland（1988年）。Edwin 是 Ivan 的學(xué)生，而我在皮克斯動(dòng)畫工作室工作，所以這是兩代研究者共同的榮譽(yù)。在我之前的一整代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)者為這個(gè)領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)，在早期的職業(yè)生涯中給了我很多啟發(fā)。
我因?yàn)樵陔娪靶袠I(yè)的計(jì)算機(jī)圖像生成作品受到贊譽(yù)，我就首先從這方面講起。下面這張著名的虛擬圖像是由 George Lucas 的電影公司 Industrial Light and Magic（簡(jiǎn)稱“工業(yè)光魔”）制作的，名為“The Road to Point Reyes”。Point Reyes是北加州的一個(gè)海濱，制作這張圖像旨在讓 Lucas 相信計(jì)算機(jī)圖形學(xué)可以為想象中的世界繪制逼真的畫面，可以創(chuàng)造出我們?cè)谑澜缟峡吹降亩鄻有?，并展示出令人信服的?xì)節(jié)和復(fù)雜性。
圖注：The Road to Point Reyes
被授予圖靈獎(jiǎng)后，我意識(shí)到，更大的計(jì)算機(jī)科學(xué)界實(shí)際上并不太了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)或制作電影所需的知識(shí)。 他們認(rèn)為這很神奇，的確很神奇，我不得不向人們解釋計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是什么，以及制作電影需要什么樣的圖形學(xué)知識(shí)。我們需要開發(fā)模型和算法來為我們周圍的一切創(chuàng)建圖片，整個(gè) SIGGRAPH 圈都在為此共同努力。多年來，我們弄清楚了如何制作人的照片，如何渲染人、地點(diǎn)、事物、茶壺、兔子、山、腿、溪流、云、彩虹、光暈、光環(huán)、布料。我還研究頭發(fā)和皮膚。不僅僅是 Edwin 和我，整個(gè)圖形學(xué)圈子提出了幾百上千個(gè)超酷的想法，使得制作電影成為可能。
這張照片只是早期用圖形學(xué)能制作出虛擬圖像的一個(gè)例子。我們?cè)诒R卡斯電影公司時(shí)，Lucas 主要為他的電影做特效，目標(biāo)是創(chuàng)建可以無縫融合到實(shí)景中的計(jì)算機(jī)圖形。
下圖是早期的一個(gè)應(yīng)用：1985 年工業(yè)光魔發(fā)行的電影“Young Sherlock Holmes”（《少年福爾摩斯》）。你可以看到教堂里的彩色玻璃人物。
圖注：電影《少年福爾摩斯》
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的早期目標(biāo)是制作逼真的圖像，這也是我們的第一個(gè)目標(biāo)。
我們當(dāng)時(shí)有一個(gè)叫做 Reyes 的渲染系統(tǒng)。Reyes 是 “render everything you ever saw” （渲染你所見過的一切）的有趣縮寫。我們的目標(biāo)是模擬視覺世界的多樣性，眼睛能看到什么事物，我們就要做到能對(duì)此進(jìn)行建模。我們想要實(shí)現(xiàn)完全不同層次的幾何和視覺復(fù)雜性；想要沒有偽影的、能與實(shí)景結(jié)合的高質(zhì)量圖像；我們想讓這個(gè)渲染系統(tǒng)一直能在硬件中高效工作。
大家應(yīng)該讀過 Robert Cook、Loren Carpenter 以及 Ed Catmull 合著的這篇關(guān)于 Reyes 的圖像渲染架構(gòu)的偉大論文。當(dāng)我到達(dá)目的地時(shí)，他們已經(jīng)完成了所有這些令人驚嘆的創(chuàng)新工作。
我在 1986 年到皮克斯的時(shí)候，我們有一個(gè)硬件方面的目標(biāo)。我們要渲染一個(gè)具有 8000 萬個(gè)微多邊形的場(chǎng)景，而在當(dāng)時(shí)，如果你購(gòu)買一個(gè)硬件，它可能只能夠渲染 40000 個(gè)多邊形。我們需要的計(jì)算總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們用現(xiàn)有機(jī)器所能做的事情。所以，除非我們構(gòu)建硬件來加速過程，否則我們不可能做到這一點(diǎn)。
以 Monsters University （《怪獸大學(xué)》）這部電影為例，它需要 1 億小時(shí)的 CPU 時(shí)來計(jì)算，這大約比我們的目標(biāo)高出 100 萬倍。1983 年到 2013 年，30 年來，在摩爾定律下，計(jì)算能力每 5 年增加大約 10 倍。所有的一切都是通過計(jì)算能力的提高來實(shí)現(xiàn)的。
我的工作是在渲染質(zhì)量中處理著色語言。下圖是 1983 年的我，當(dāng)時(shí)我是一個(gè)非?？鞓返难芯可鞘俏野l(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大約 1 年后，我花了 1 年時(shí)間自學(xué)如何用 C 語言和 unix 編程，我以前不知道如何編程。我決定學(xué)習(xí)編程是因?yàn)槲蚁雽W(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)并創(chuàng)作一些東西。我努力實(shí)現(xiàn)每篇論文，我工作的實(shí)驗(yàn)室里有一個(gè) STC 圖形終端，我整日坐在那里編寫軟件來實(shí)現(xiàn)各種算法。
圖注：1983 年的 Pat Hanrahan
這是我寫的第一篇論文，題目是“Procedures for Parallel Array Processing on a Pipelined Display Terminal”。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)我的導(dǎo)師 Lenn Yore 對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常癡迷，他主要研究計(jì)算機(jī)視覺和硬件。這些為硬件構(gòu)建硬件和語言的想法，自從我開始從事圖形學(xué)以來就一直存在于我的生活中。
在我加入皮克斯之后，我讀到了兩篇很棒的論文，其中一篇是 1984 年 Robert Cook 發(fā)表的“Shade Trees”，是當(dāng)時(shí) Render Advance System 項(xiàng)目的一部分，另一篇是 1985 年 Ken Perlin 發(fā)表的“An Image Synthesizer”。他們的想法是，如果你有一個(gè)渲染系統(tǒng)，你應(yīng)該為它構(gòu)建某種語言或某種擴(kuò)展它的某種方式。
這是我當(dāng)時(shí)寫的語言。除了我，沒有人喜歡這張被腐蝕了的茶壺的照片，我以前一直用它作為我的測(cè)試示例。
茶壺上的凹凸不平是由 Ken Perlin 提出的噪聲函數(shù)產(chǎn)生的，你只需將六個(gè)分形雜色（fractal noise）相加，就可以創(chuàng)建這種隨機(jī)的凹凸紋理，然后再用它來對(duì)表明進(jìn)行擾動(dòng)。最后，計(jì)算表面法線（surface normals），對(duì)事物進(jìn)行著色。這就是一個(gè)典型的 RenderMan 著色器。所以實(shí)際上，我的貢獻(xiàn)只是在 Robert 所做的事情基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一門完整的語言，并弄清楚了如何在軟件中有效地實(shí)現(xiàn)它。
這是早期階段我們?cè)?80 年代做這件事的時(shí)候。老實(shí)說，我做這個(gè)研究的主要原因是懶惰。我的用戶都非?？量?，他們對(duì)渲染系統(tǒng)的用途有 100 萬個(gè)想法，他們想讓我做的事情太多了，我當(dāng)時(shí)主要在做 Reyes， 設(shè)計(jì)這種語言并告訴他們自己去做他們想讓我做的所有事情，所以這在很大程度上是一種權(quán)宜之計(jì)。
大約在同一時(shí)期，圖形處理單元（graphics processing units，GPU）和圖形工作站 (graphics workstations）出現(xiàn)。kurt Akeley 在 1982 年碩士畢業(yè)后到硅谷圖形公司（Silicon Graphics，SGI）與 Jim Clark一起工作。我最喜歡他的一篇論文是“RealityEngine Graphics”。在1984年，工作站所能做的就是畫線框；在 1988 年，可以繪制陰影多邊形；到了 1992 年，你可以得到完整的紋理映射（texture mapping）。這中間花了8年。摩爾定律在同時(shí)發(fā)生作用，但這項(xiàng)技術(shù)并非一夜之間發(fā)明的。
當(dāng)我 1995 年到斯坦福工作后，興起了一股 GPU 熱潮。在某種程度上，英偉達(dá)在 1999 年命名了 GPU（Graphics Processing Unit）這個(gè)術(shù)語。他們第一次使用 GPU 這個(gè)名稱，在單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)了完整的圖形管道。而在此之前，芯片可以做光柵化 (rasterization)、可以畫三角形、畫線，但無法在光照方面做轉(zhuǎn)換。
這個(gè)GPU是用 1700 萬個(gè)晶體管制成的，如今 GPU 中的晶體管數(shù)量實(shí)際上是其數(shù)千倍，但在當(dāng)時(shí)，得到整個(gè)圖形是一個(gè)相當(dāng)大的工程奇跡。以前的圖形管道比如一個(gè) SGI 機(jī)器是由多塊芯片構(gòu)成的，而這個(gè) GPU 在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了全部，這是一個(gè)真正的突破。
我認(rèn)為 Kurt 最重要的工作之一，是開發(fā)了 OpenGL 架構(gòu)，這里只是示意性地繪制了一個(gè)簡(jiǎn)化的視圖。那個(gè)時(shí)候，皮克斯和 SGI 決定共同開發(fā)一個(gè) 3D 界面，Kurt 代表 SGI，我代表皮克斯，我們每周都要一起開會(huì)。
最后，我們分道揚(yáng)鑣了，我們完全尊重彼此的所作所為。我記得他有一天向我解釋過，為一個(gè)工作站或者交互計(jì)算機(jī)開發(fā)一個(gè)圖形庫，跟為一個(gè)渲染系統(tǒng)開發(fā)圖形庫非常不同。事實(shí)上我認(rèn)為 OpenGL 和比 RenderMan 更有影響力，因?yàn)榍罢邔?shí)際上可以在我們的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。
關(guān)于 OpenGL 真正有趣和重要的是，它是一個(gè)架構(gòu)，這樣的架構(gòu)規(guī)范意味著它獨(dú)立于任何特定的實(shí)現(xiàn)。我們都知道 IBM 360 系統(tǒng)之父 Fred brooks，他獲得了 1999 年圖靈獎(jiǎng)，但不是因?yàn)樗谟?jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的工作，而是因?yàn)橛?jì)算機(jī)架構(gòu)方面的工作。架構(gòu)規(guī)范只是提供了一個(gè)構(gòu)建方式的藍(lán)圖，有了它你就可以通過多種不同方式去實(shí)現(xiàn)它。
這個(gè)架構(gòu)實(shí)際上與 CPU 指令架構(gòu)的設(shè)計(jì)非常相似。因此，在某種意義上，它為圖形芯片奠定了基礎(chǔ)。多年過去，已經(jīng)又出現(xiàn)了不少進(jìn)步，比如 DX 9 和 DX 10 等，已經(jīng)超出了 Kurt 一開始所做的。
我離開皮克斯之后還繼續(xù)在做語言和架構(gòu)這兩件事。我在 1995 年寫過一個(gè)基金申請(qǐng)。我寫道，我想做超出我們現(xiàn)在可以做的事情，下一步該做什么非常明顯，那就是光線追蹤、全局照明。并不難做出這樣的預(yù)測(cè)，因?yàn)槲覀兛梢韵胂竽柖傻南蚯鞍l(fā)展，并將我們已經(jīng)想出的方法應(yīng)用到硬件中。
在那之后，人們?cè)噲D提出實(shí)時(shí)可編程著色語言。北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的 Henry Fuchs 和其他人領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了 Pixel Planes 和 Pixel Flow 架構(gòu)。最早的實(shí)時(shí)著色語言之一是由 Mark Olano 和 Anselmo Lastra 在1998 年開發(fā)的，還有 Mark Peercy 在2001 年開發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)。我們?cè)?2001 年開發(fā)了一種稱為“Real-time Shading Language”的著色語言。之后到 2003 年，Bill mark 和 Kurt Akeley 以及其他在英偉達(dá)工作的人做了 CG。后來，HLSL/GLSL也都在那個(gè)時(shí)候被創(chuàng)造出來。
我想強(qiáng)調(diào)的是，采用我們?cè)谲浖虚_發(fā)的技術(shù)并構(gòu)建實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的硬件并非易事。這產(chǎn)生了一個(gè)非常重要、而且到如今我們?nèi)匀辉谑褂玫姆椒?，?Multipass Algorithms。你可以使用渲染系統(tǒng)運(yùn)行一次，再運(yùn)行一次，在這個(gè)過程中積累圖像，然后再次運(yùn)行，你可以清晰地增強(qiáng)圖像，添加細(xì)節(jié)，添加陰影。這是一個(gè)通過圖形系統(tǒng)運(yùn)行六次不同通道來制作保齡球瓶的示例。這是 Mark Peercy和Mark Olano、Airey、Ungar 在“Interactive Muti-Pass Programmable Shading”這篇論文中提出的方法， 你可以將其看作是一個(gè)幀緩沖（framebuffer），就像寄存器或累加器一樣。
你只需在它上面運(yùn)行一些操作，然后添加一些內(nèi)容，如 C 代表來自你正在渲染的三角形的顏色。T 代表紋理。一遍又一遍地重復(fù)這個(gè)過程，這看起來是在運(yùn)行一個(gè)程序，你只是在執(zhí)行這些指令，制作幀緩沖區(qū)，并計(jì)算出你想要的。這是一個(gè)非常有吸引力的想法，能夠用它完全實(shí)現(xiàn)一種著色語言。
而與此同時(shí)，所有圖形供應(yīng)商都開始提出一種著色器程序（Shader Programs）的方法。這與Multipass Algorithms 不同，它并非像運(yùn)行一個(gè)非常簡(jiǎn)單的指令那樣，向幀緩沖區(qū)添加一些東西，而是有一個(gè)完整的運(yùn)行程序，可能是一個(gè)有 128 條指令的小程序，但它會(huì)接受來自光柵化階段的輸入，在它上面運(yùn)行這個(gè)程序，然后存儲(chǔ)、輸出。
結(jié)果證明，這是一個(gè)非常重要的見解。可以這樣理解它，如果你使用 Multipass，就像是你在做簡(jiǎn)單的向量運(yùn)算；而如果你使用著色器程序，那你就是在對(duì)輸入進(jìn)行非常復(fù)雜的操作。后者的好處是，與你花費(fèi)的帶寬量相比，你需要做更多的算術(shù)運(yùn)算。要知道，內(nèi)存帶寬始終是一個(gè)限制因素。事實(shí)證明，這是一項(xiàng)非常重要的創(chuàng)新，并且它對(duì)于開發(fā)程序至關(guān)重要，更多的圖形系統(tǒng)采用了這種著色器程序的方法，我們稱之為 “arithmetic intensity” （算術(shù)強(qiáng)度），即你必須做大量的計(jì)算。
這個(gè)難題的最后一小塊拼圖，是 GPUPU。GPUPU 并不是一個(gè)新想法，關(guān)于這方面的研究可以追溯到計(jì)算時(shí)代的起始點(diǎn)，是在我的研究生時(shí)期。人們多年來一直在建造并行計(jì)算機(jī)，并實(shí)現(xiàn)了這樣一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)并行編程模型，我曾對(duì)使用該并行程序的機(jī)器進(jìn)行了編程。關(guān)于這種并行程序的問題已經(jīng)全部得到了解決。
在這種并行程序中，初始部分是一個(gè) map （映射），它把一個(gè)函數(shù)應(yīng)用到一個(gè)集合上，就像你對(duì)三角形生成的所有片段運(yùn)行著色器編程，你可以將一個(gè)函數(shù)應(yīng)用于片段集合。此外，還有一個(gè) filter（過濾器），如果你有一堆東西，你可以刪除其中的一些。接著是 gather（收集），給內(nèi)存分配一整套地址，然后將其全部收集起來。
但是還有另外兩個(gè) GPU 不擅長(zhǎng)的東西，即 scatter 和 reduce，是指寫入一些東西到隨機(jī)位置上，分散了所有的內(nèi)存并縮減，這類似于對(duì)一個(gè)向量進(jìn)行加和。這兩個(gè)事情是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，我們可以稍微調(diào)整一下 GPU 就能做到這些事情，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的并行計(jì)算機(jī)。
這就帶來了 Brooke 系統(tǒng)的問世，它由我的學(xué)生 Ian Buck 在 2004 年推出，后來他去了英偉達(dá)，擔(dān)任 CUDA 的首席架構(gòu)師。這的確只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的想法：把 GPU 變成數(shù)據(jù)并行虛擬機(jī)，即使你不是一個(gè)圖形學(xué)程序員也可以使用它。此前，人們嘗試在GPUs 上運(yùn)行不同的算法，必須得是一個(gè)圖形學(xué)程序員才行，要想運(yùn)行一個(gè)運(yùn)行程序，你得渲染三角形，得學(xué)習(xí)如何使用 OpenGL 或或者 DX 之類的。
這或許就是最后一步，我們總是非常需要周期。我們需要構(gòu)建并行計(jì)算機(jī)，并經(jīng)過幾年的時(shí)間，逐漸把它們成為通用的計(jì)算機(jī)。
另外兩個(gè)我認(rèn)為很重要的方面，一是特定領(lǐng)域的語言（domain-specific languages）。我們可以將 OpenGL 看做是一個(gè)庫，就像下圖中所顯示的一個(gè)簡(jiǎn)單的OpenGL 程序。
但我們也可以將 OpenGL 看做是一種具有某種語法的語言。這里我寫了一份關(guān)于 OpenGL 的語法。即使它只是一個(gè)庫，它也很像嵌入在 C 語言中的一門小語言。如果你不遵守這個(gè)語法，它就會(huì)給你報(bào)錯(cuò)，甚至給你藍(lán)屏。所以 OpenGL 實(shí)際上是一種嵌入式的、特定領(lǐng)域的語言。
這意味著什么呢？我教授圖形學(xué)，我可以在一周或兩周內(nèi)就能教會(huì)人們使用 OpenGL 系統(tǒng)。所以它非常容易使用，你無需了解任何有關(guān)英偉達(dá)硬件的知識(shí)，而且超級(jí)便攜，能在每個(gè)人的 GPU 上運(yùn)行，且速度非?？欤秩舅俣纫部斓昧钊穗y以置信。
使用 OpenGL 作為編程圖形的語言所帶來的改變，是我們鼓勵(lì)在該領(lǐng)域進(jìn)行令人驚嘆的創(chuàng)新。它得以讓當(dāng)時(shí)的 ATI 、英偉達(dá)以及其他公司在不改變編程模型的情況下探索完全不同的硬件實(shí)現(xiàn)。這是構(gòu)建CPUs 的人從未有過的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗麄兛偸怯?C 語言和匯編語言進(jìn)行編程，不可能在不惹惱所有程序員的情況下更改架構(gòu)，因?yàn)橐坏└墓ぞ邔⒉辉儆行?。所以，這是一件非常偉大的事情，我認(rèn)為現(xiàn)在這種使用特定領(lǐng)域語言來引入新架構(gòu)的理念是值得鼓勵(lì)的，有很多遵循這種路徑的系統(tǒng)，比如 Haylight。
另一個(gè)非常相似且重要的想法是特定領(lǐng)域的架構(gòu)（domain-specific architectures）。
我現(xiàn)在主要從事的是硬件設(shè)計(jì)，我正在自己制造芯片，我認(rèn)為現(xiàn)在是構(gòu)建芯片的一個(gè)很好的時(shí)期。我為什么會(huì)對(duì)此感興趣呢？我們都聽過摩爾定律的終結(jié)，對(duì)于依賴摩爾定律的圖形學(xué)領(lǐng)域的研究者來說，它的結(jié)束就像是一種生存威脅。如果摩爾定律消失了，那就意味著我快退休了，可能也是時(shí)候退休了。
你可能認(rèn)為摩爾定律的終結(jié)帶來的是世界末日，但在 2017 年 Hennessy 和 Patterson 的圖靈獎(jiǎng)演講中，他們實(shí)際上認(rèn)為這將是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的黃金時(shí)代。他們的基本論點(diǎn)很簡(jiǎn)單，即我們過去只有一種計(jì)算機(jī)，比如 ARM 計(jì)算機(jī)或 x 86 計(jì)算機(jī)，而現(xiàn)在我們建造的是各種專門的計(jì)算機(jī)。這就像生物學(xué)，想象一下寒武紀(jì)大爆發(fā)，我們從只存在少數(shù)生物體發(fā)展到了一個(gè)布滿生命的星球。我們現(xiàn)在擁有各種有趣的計(jì)算設(shè)備。
我們都知道蘋果的 M1 Max 芯片，它上面有編解碼器、壓縮芯片、安全芯片，有8個(gè)普通核，還有高性能核，2個(gè)做 I/O 的低性能核，還有 2 個(gè)核心 GPU。要注意，GPU 比 CPU 更大，從計(jì)算能力的角度來看更是要大得多。第一個(gè) GPU 有 1700 萬個(gè)晶體管，而該芯片上有 570 億個(gè)晶體管。
所以現(xiàn)在人們正在使用和構(gòu)建許多不同類型的計(jì)算機(jī)來優(yōu)化不同的任務(wù)，這就是我所稱的“domain-specific architecture”。
最后，我想說的是，圖形學(xué)確實(shí)改變了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建方式。目前世界上性能最高的計(jì)算機(jī)是 GPUs，因?yàn)槲覀兛梢岳脽o限量的計(jì)算和計(jì)算機(jī)圖形。動(dòng)畫和強(qiáng)化學(xué)習(xí)方面的工作只是一個(gè)開始，未來還會(huì)消耗更多的周期。這不僅是我們使用特定領(lǐng)域語言和架構(gòu)的方式，也是其他人構(gòu)建他們的系統(tǒng)的方式，比如機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)。
所以，當(dāng)下可能是計(jì)算領(lǐng)域最激動(dòng)人心的時(shí)刻，我希望未來有更多的人加入圖形學(xué)社區(qū)。
很高興能夠參與這個(gè)活動(dòng)。SIGGRAPH 是我 40 多年來的家，我在這里有很多回憶和朋友。在我的職業(yè)生涯中，這個(gè)領(lǐng)域一開始發(fā)展比較緩慢，但隨著這個(gè)領(lǐng)域反過來改變了其他行業(yè)，我們便經(jīng)歷了一場(chǎng)不斷加速的徹底變革。我想談?wù)勥@些變化對(duì)我個(gè)人帶來的強(qiáng)烈沖擊。
年輕時(shí)，我想成為一名動(dòng)畫師，但坦白地說，我的能力不夠強(qiáng)。所以我轉(zhuǎn)學(xué)了物理。就讀猶他大學(xué)的時(shí)候，臨近畢業(yè)時(shí)，我選修了一門由 Alan Kay 教授的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。他的課程打開了我走進(jìn)新世界的大門。所以我又進(jìn)入猶他大學(xué)的研究生院學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)。我上的第一節(jié)課是 Ivan Sutherland 教的?？梢哉f我的運(yùn)氣很好，Alan Kay 和 Ivan Sutherland 這兩位老師對(duì)我有極深遠(yuǎn)的影響，后來他們都獲得了圖靈獎(jiǎng)。
圖注：2003 年圖靈獎(jiǎng)得主 Alan Kay
我在很早的時(shí)候就掌握了幾個(gè)基本法則。第一個(gè)法則來自 Alan。Alan Kay 告訴我們一個(gè)不太直觀的想法：人應(yīng)該隨著指數(shù)增長(zhǎng)去理解其增長(zhǎng)的意義，去看到現(xiàn)實(shí)以外的東西，從而去設(shè)計(jì)未來。
在1969年，我目睹了一件對(duì)我來說毫無意義的事。當(dāng)時(shí)是在一場(chǎng) ACM 會(huì)議上，Alan 在演講中說，計(jì)算機(jī)會(huì)越來越快，越來越小，有一天筆記本電腦將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。要知道當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)還很龐大，需要放在好多個(gè)機(jī)架上。Alan 放出一張幻燈片，幻燈片上展示了計(jì)算機(jī)未來可能的樣子。那張圖上的計(jì)算機(jī)看起來非常像多年后出現(xiàn)的一臺(tái) HT 筆記本電腦。那臺(tái)“未來計(jì)算機(jī)模型”是折疊式的，屏幕上展示著一張 ACG圖片。
在他的演講后，聽眾們一個(gè)接一個(gè)地問問題，其中一個(gè)提問的人是當(dāng)時(shí)的 ACM 主席。他批評(píng) Alan， 說 Alan 不應(yīng)該做出這么荒謬的預(yù)測(cè)，而且把 ACG 圖片放到模型的屏幕上也很扯。我不明白當(dāng)時(shí)他為何那么氣憤，但是我因此知道了，即使是有經(jīng)驗(yàn)的人也很難去思考指數(shù)增長(zhǎng)的含義，而且這個(gè)現(xiàn)象到如今仍然如此。
從那以后我便告訴自己，一定不能對(duì)這樣的變化視而不見。“思考變化”成了我的一條基本法則，并且貫穿了我之后的職業(yè)生涯。
在研究生院里，Ivan 又教給了我另一套法則。當(dāng)時(shí)他在麻省理工學(xué)院已經(jīng)在圖形學(xué)方面打下了基礎(chǔ)，又在哈佛大學(xué)建立了第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，然后和 Dave Evans 在猶他大學(xué)建立了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)程序。他描繪了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的愿景，然后建立了一個(gè)循序漸進(jìn)的程序，準(zhǔn)備以這個(gè)愿景為目標(biāo)去解決問題。
最初，計(jì)算機(jī)圖像還在多邊形方面受到了非常大的限制。我們一次只能處理一行掃描線。而Ivan 和團(tuán)隊(duì)發(fā)明的程序的第一步就是開發(fā)確定圖像中可見多邊形的算法。創(chuàng)建可見多邊形算法的人中有一個(gè)叫做 John Warnock，他后來創(chuàng)辦了Adobe。另一名學(xué)生開發(fā)了一種算法，可以用于創(chuàng)建實(shí)時(shí)渲染多邊形的硬件。
下一步目標(biāo)是讓物體看起來平滑，但其輪廓仍然是多邊形的，這時(shí)我意識(shí)到，我可以將我對(duì)動(dòng)畫的熱愛與計(jì)算機(jī)圖形這個(gè)新領(lǐng)域結(jié)合起來。
我做過一個(gè)課堂項(xiàng)目，是給我的左手制作一個(gè)多邊形模型。我很喜歡這個(gè)項(xiàng)目，也想要為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)步增添一份我自己的力量。所以 Ivan 建議我想想方法，看看如何能彎曲多邊形的輪廓。經(jīng)過大量思考后，我認(rèn)為這種方法很明顯有根本上的缺陷。我需要的是渲染補(bǔ)丁，我需要的是直接渲染曲線，但這要求的內(nèi)存比當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的可用內(nèi)存多得多。我唯一能做的就是把整個(gè)圖像和 Z 緩沖區(qū)放在內(nèi)存中。由于操作在那個(gè)時(shí)代不支持分頁，所以我寫了一個(gè)頁面來將圖像塊移進(jìn)和移出內(nèi)存。我甚至弄壞了其中一個(gè)磁盤文件，因?yàn)樗诖疟P上到處嘎嘎作響。這些磁盤在當(dāng)時(shí)都是很大的。
但是我被 Alan 的思想所啟發(fā)，那就是我們?cè)谀M未來時(shí)應(yīng)該懷有“我所想的會(huì)變成現(xiàn)實(shí)”的信心。哪怕這種發(fā)展很緩慢。我現(xiàn)在有一個(gè)數(shù)學(xué)定義良好的表面可以使用，所以我可以渲染 B 樣條補(bǔ)丁達(dá)到紋理映射。這些圖像是向前邁出的一大步，而其他隨后的研究則繼續(xù)在這一發(fā)展的鏈條上添磚加瓦。我們開發(fā)的算法受到我們現(xiàn)有機(jī)器的啟發(fā)和限制。這似乎是舊時(shí)代的說法，比如內(nèi)存有多少，機(jī)器有多慢之類的，但它并不能真正限制一門學(xué)科的發(fā)展。在藝術(shù)領(lǐng)域也是如此。我們知道自己能做的工作是受到限制的，而我們要挑戰(zhàn)的是超越極限。當(dāng)挑戰(zhàn)成功后，原有的限制邊界便向外擴(kuò)展，我們面臨的挑戰(zhàn)也變成了突破下一個(gè)限制。
在猶他大學(xué)時(shí)，還有一個(gè)令我自豪的項(xiàng)目。大學(xué)贊助了關(guān)于曲面數(shù)學(xué)的研討會(huì)，而我花了很多時(shí)間思考曲線。我知道使用預(yù)先準(zhǔn)備好的補(bǔ)丁網(wǎng)絡(luò)會(huì)有問題。網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不適用于像人手這樣的自然物體，因此我通過逆向工程，將 B 樣條的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化為一組幾何運(yùn)算來解決這個(gè)問題。這些操作可以作為遞歸細(xì)分網(wǎng)格的規(guī)則應(yīng)用于非預(yù)見網(wǎng)格。我用基本的高中幾何證明了這點(diǎn)，并且覺得這是個(gè)很好的想法。我將這個(gè)想法展示給一位教授，曲線補(bǔ)丁正是他的專長(zhǎng)。他幾乎沒看我 18 頁的手寫證明就直接說：Ed，這是什么鬼東西？我被傷到了，便把這個(gè)想法擱置一旁。過了一陣子，我把這個(gè)想法拿給 Jim Clark 看。他實(shí)現(xiàn)了這個(gè)想法，我們?yōu)榇藢懥艘黄撐?。多年以后，Tony DeRose 把這個(gè)想法推進(jìn)到了下一個(gè)階段。我們又將其開源，隨著時(shí)間的推移，這個(gè)想法最終成為了如今電影產(chǎn)業(yè)中主要使用的表面補(bǔ)丁。
早在上大學(xué)的時(shí)候，我就相信這個(gè)想法是有可能得到應(yīng)用的。這是一個(gè)我可以為之長(zhǎng)期努力的目標(biāo)。我一直支持這個(gè)愿景，并試圖在迪士尼和大學(xué)之間建立一個(gè)交流項(xiàng)目，因此我去到了伯班克。我到了迪士尼，見到那些制作了我童年記憶里動(dòng)畫的電影制作人，能真是太棒了。
圖注：位于伯班克的迪士尼工作室總部
可惜迪士尼對(duì)交流項(xiàng)目沒有興趣，他們只是想招募相關(guān)人才來幫助設(shè)計(jì)佛羅里達(dá)的新項(xiàng)目，可是我沒有興趣。迪士尼已經(jīng)是游戲產(chǎn)業(yè)中唯一有可能對(duì)計(jì)算機(jī)圖像學(xué)感興趣的工作室，而我發(fā)現(xiàn)他們其實(shí)對(duì)此毫無興趣。所以我想，追求自己夢(mèng)想最好的地方應(yīng)該是在大學(xué)里。
但是當(dāng)時(shí)有一個(gè)問題，那就是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)被認(rèn)為與計(jì)算機(jī)科學(xué)無關(guān)，只被認(rèn)為是一個(gè)有趣的邊緣學(xué)科。很少有大學(xué)課程對(duì)計(jì)算機(jī)圖形感興趣，而唯二的兩間對(duì)此感興趣的大學(xué)，康奈爾大學(xué)和俄亥俄州立大學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程甚至都不在他們的計(jì)算機(jī)科學(xué)系里。
當(dāng)我在面試大學(xué)的崗位時(shí)，我試圖向面試官解釋圖形學(xué)未來的巨大潛力。但沒一個(gè)人聽進(jìn)去，我也因此沒能在大學(xué)里找到工作。1974年底，我接到 NYIT 院長(zhǎng)的電話。他不懂技術(shù)，但他想制作動(dòng)畫電影，而且他相信計(jì)算機(jī)圖形學(xué)前程遠(yuǎn)大。這對(duì)我來說是好消息。但壞消息是，他認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)家將取代藝術(shù)家。NYIT愿意購(gòu)買兩個(gè)全彩色的可磨損緩沖器，一個(gè)價(jià)格是13萬美元。我們準(zhǔn)備好開始工作了。Alvy Ray Smith是繼我之后第二個(gè)加入團(tuán)隊(duì)的人，之前他在施樂帕羅奧多研究中心工作，但是那里對(duì)于顏色的觀點(diǎn)很奇怪，他為此感到沮喪，于是離開了原工作地。
開始工作后，我在幾個(gè) 3D 渲染系統(tǒng)中編寫了一個(gè) 2D 動(dòng)畫系統(tǒng)。我們還從世界各地召集了志同道合的人。我是管理方面的新手，所以想復(fù)制我在猶他大學(xué)的經(jīng)歷，通過讓大家分享和支持同一個(gè)愿景，同一種文化而將大家集合起來，這將是一個(gè)漫長(zhǎng)的一步一步來的過程。我認(rèn)為對(duì)于我們的研究進(jìn)展不應(yīng)該保密，所以我認(rèn)為最好的辦法是加入 SIGGRAPH，招募比我聰明的人，把我們研究的一切都發(fā)表出來。事實(shí)證明，這是我做過的最好的決定之一。
在 NYIT 工作 5 年后，我們意識(shí)到團(tuán)隊(duì)的最大弱點(diǎn)是缺少電影創(chuàng)作者。就算創(chuàng)造出了好用的工具，可是沒有能使用這種工具的人，我們就不可能成功。于是我們開始拜訪各種電影工作室，向他們展示我們的工作，但對(duì)方都沒什么興趣。而一部電影的出現(xiàn)改變了一切，這部電影就是《星球大戰(zhàn)》。星球大戰(zhàn)的導(dǎo)演 Lucas 不懂技術(shù)，但是他看到了工業(yè)光魔公司做出的特效，并深深相信計(jì)算機(jī)技術(shù)將成為電影制作中重要的一部分。電影行業(yè)中終于有一個(gè)有頭有臉的人物愿意投資我們了。
圖注：科幻片《星球大戰(zhàn)》
1979年，我離開 NYIT，在工業(yè)光魔開始搭建計(jì)算機(jī)部門。Lucas 吸引了很多對(duì)這個(gè)行業(yè)感興趣的人，他野心勃勃，想要改變電影制作的三大板塊：視覺特效、視頻剪輯和數(shù)字音效。于是我們便在這三大板塊里進(jìn)行深耕。他的公司位于舊金山北部，這意味著我們可以坐車一小時(shí)到硅谷，或者乘飛機(jī)一小時(shí)到好萊塢。舊金山是一個(gè)很好的地點(diǎn)，因?yàn)槲覀兛梢钥焖俚竭_(dá)硅谷和好萊塢，而其本身又相對(duì)偏遠(yuǎn)。
幸運(yùn)的是，George 支持我們要把成果發(fā)布到更大的圈子里去的決定。當(dāng)時(shí)我們的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手買了一臺(tái)價(jià)值 1000萬美元的 Cray-1 超級(jí)計(jì)算機(jī)，于是我們討論了“制作一部未來水平高質(zhì)量的電影需要什么”并進(jìn)行了一番計(jì)算。最后得出的結(jié)果是，我們需要100臺(tái) Cray-1 的計(jì)算能力，但只能付得起 1/10 的價(jià)格。按照計(jì)算速度指數(shù)曲線來看，我們還需要14到15年。所以我們最好把時(shí)間和資源花在我們現(xiàn)在看到的許多問題上。
如果我們要設(shè)定一些瘋狂的目標(biāo)，就需要先明確問題是什么以及我們需要采取什么行動(dòng)。巧合的是，當(dāng)我們?cè)?5年后完成《玩具總動(dòng)員》的故事時(shí)，我們已經(jīng)非常接近曾經(jīng)對(duì)于計(jì)算能力的估計(jì)。在未來變化的影響下工作的過程是非常需要重視的，要處理電影分辨率的圖像，就需要我們?cè)O(shè)計(jì)并構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)來在計(jì)算機(jī)中保存整個(gè)填充分辨率圖像。而這就需要更多在工作站里可用的并行處理，于是圖像計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
在渲染方面， Lauren Carpenter 開發(fā)了一種可以處理高復(fù)雜性的新渲染方式。正如 Pat 所說，我們?cè)跓艄夂完幱胺矫嫒〉弥卮筮M(jìn)展后， Rob 加入了我們。我們?nèi)齻€(gè)人在我辦公室的白板前碰面，討論我們的未來的大目標(biāo)應(yīng)該是什么。
當(dāng)時(shí)SOTA的渲染多邊形數(shù)量大約是四萬個(gè)，我們通過 Pat 的計(jì)算得出我們的目標(biāo)是八千萬個(gè)。我不知道為什么我們沒有四舍五入到1億，這個(gè)結(jié)果是計(jì)算中突然蹦出來的。這是滿足工業(yè)光魔公司高標(biāo)準(zhǔn)的條件，也是我們的目標(biāo)。我們對(duì)于復(fù)雜性、運(yùn)動(dòng)模糊和景深的追求高到瘋狂。我們想要樹立并追求一個(gè)高到離譜的目標(biāo)，所以逼迫自己以一種完全不同的方式來思考這個(gè)問題。這導(dǎo)致了一系列新想法的誕生，也改變了從 Lawrence 架構(gòu)開始的渲染復(fù)雜性。與我們一起工作的硬件設(shè)計(jì)師 Rodney Stock 建議我們考慮點(diǎn)采樣方式，其做法類似于印刷中使用的抖色（dithering）方式。Rob 做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)并嘗試了各種不同的方法來進(jìn)行樣本的蒙特卡洛分布，最終他想出了一個(gè)很好的方法來實(shí)現(xiàn)樣本分布。而Tom porter 提出了一個(gè)很關(guān)鍵的想法，他將樣本隨時(shí)間分散，這解決了運(yùn)動(dòng)模糊的問題。
然后 Rob 重新編寫了一個(gè)面向?qū)ο蟮那逦軜?gòu)，使得軟件能夠隨著新技術(shù)的開發(fā)而進(jìn)化。我們知道，除非計(jì)算能力至少提高100倍，否則這是不現(xiàn)實(shí)的，但我們也知道，或遲或早，我們的想法終將變成現(xiàn)實(shí)。我構(gòu)思了一個(gè)短片來展示了我們?cè)?Lucas 影業(yè)所做的工作，而這個(gè)短片就是 Andre & Wally B。John Lasseter 加入了我們并創(chuàng)造了動(dòng)畫角色，并賦予了角色只有一個(gè)真正的好動(dòng)畫師才能給予的生命。那是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代，在那時(shí)，極具創(chuàng)造力的人們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域紛紛掙脫桎梏，突破界限。
不過，工業(yè)光魔公司的情況出現(xiàn)了變化，到了 1984 年底，George Lucas 發(fā)現(xiàn)有必要把計(jì)算機(jī)部門賣出去。最終 Steve Jobs 買下了這個(gè)部門。盡管 George 告訴他我們一心想做動(dòng)畫，但皮克斯公司還是誕生了。
于是我們開始從事制造和銷售特殊用途計(jì)算機(jī)的業(yè)務(wù)，這是我從來沒有預(yù)料到的，包括 Steve 在內(nèi)的所有人都沒有任何制造、銷售高端硬件的經(jīng)驗(yàn)，所以我們犯了很多錯(cuò)誤。我們雇了制造人員，為客戶編寫軟件，迪士尼就是我們的其中一個(gè)客戶，他們希望我們?yōu)槭掷L單元格上色。
令我驚訝的是，當(dāng)我們開始制造時(shí)，我學(xué)到了很多東西。我以前認(rèn)為制造是相當(dāng)平庸的一件事，但我錯(cuò)了。盡管我們失敗了，但這些失敗是企業(yè)進(jìn)行多次調(diào)整的結(jié)果，而不是真的做錯(cuò)了什么。我們無法與不斷加速的摩爾定律競(jìng)爭(zhēng)，這種垂死掙扎的潛在動(dòng)力帶來了很多變化，是時(shí)候退出硬件業(yè)務(wù)、專注于軟件業(yè)務(wù)了。因?yàn)槲覀兿Ｍ３值鲜磕釋?duì)我們的信任，但我們?yōu)樗麄兙帉懙能浖荒茉谖覀兊挠布羞\(yùn)行，所以我們將硬件業(yè)務(wù)賣給了另一家公司，讓別人制作圖像。
我們與迪士尼簽訂了另一份合同把軟件轉(zhuǎn)移給 SGI。猶他大學(xué)畢業(yè)生 Jim Clark 使用幾何引擎(Geometry Engine) 和 GPUs 的前身創(chuàng)建了 SGI。
此時(shí)，做工作站的公司之間還沒有很激烈的競(jìng)爭(zhēng)。圖片渲染質(zhì)量很好，但都很難用。Jim 找到我，建議我們應(yīng)該共同為行業(yè)設(shè)計(jì)一個(gè)渲染界面。最后共有 19 家公司參與了這一過程。我感到很自豪的一個(gè)決定是我們邀請(qǐng) Pat Hanrahan 做我們的設(shè)計(jì)架構(gòu)師。Pat 贏得了所有人的信任，他是一個(gè)聆聽者，同時(shí)也是一個(gè)偉大的設(shè)計(jì)師。Pat 的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔，他在 Robert 的概念基礎(chǔ)上構(gòu)建了復(fù)雜的著色語言。他所做的這些工作都是為了讓人們更容易獲得渲染，這就是 RenderMan 界面的故事。
在 SIGGRAPH 圈子里，每年大家都會(huì)發(fā)表新的研究進(jìn)展。很多年以來，圣杯都屬于逼真圖像的制作，但圖形學(xué)研究已經(jīng)擴(kuò)展到建模、仿真和復(fù)雜性。如何建模和渲染水流、布料或頭發(fā)的波動(dòng)？如何模擬自然現(xiàn)象？非常重要的一點(diǎn)是，如何控制仿真以滿足故事的需求？這些問題都十分吸引人。
然后，特效行業(yè)開始與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)融合。以工業(yè)光魔公司為起點(diǎn)的特效行業(yè)對(duì)行事方法沒有任何教條觀念，他們并不專注于所掌握的東西，而只是關(guān)心他們能在屏幕上得到什么。只要有好的想法，他們就會(huì)使用。1991 年是最為關(guān)鍵的一年，那年發(fā)行了電影《終結(jié)者 2》，主角正是由 CG 制作的；那年也發(fā)行了3D版《美女與野獸》，同時(shí)皮克斯與迪士尼達(dá)成合作，開始制作《玩具總動(dòng)員》。
前進(jìn)的步伐隨著計(jì)算機(jī)速度的增長(zhǎng)而加快。1993 年，《侏羅紀(jì)公園》上映，這向電影業(yè)發(fā)出了一切即將改變的信號(hào)，隨后是 1995 年的《玩具總動(dòng)員》。91 到 95 年，行業(yè)經(jīng)歷了技術(shù)接受度發(fā)生重大變化的轉(zhuǎn)折階段。
同期，游戲行業(yè)開始興起。當(dāng)時(shí)的 3D 游戲還很粗糙，但已經(jīng)能給人留下深刻印象。John Carmack 推動(dòng)了在 PC 上實(shí)現(xiàn) 3D 游戲。
英偉達(dá)在 1993 年成立后開始制造芯片。他們?cè)?6 個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)和制造了一款芯片，并開始它以每 6 個(gè)月發(fā)布一款新芯片為目標(biāo)的英偉達(dá)文化，這種發(fā)布周期是前所未有的。AMD 是增強(qiáng) GPU 性能快速循環(huán)的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。同時(shí)，SIGGRAPH 在算法、光照模擬方面也有大量研究，這些都是游戲行業(yè)想要的。英偉達(dá)從所有現(xiàn)存事物中汲取靈感，試圖滿足不斷發(fā)展的圖形學(xué)行業(yè)對(duì)于速度和真實(shí)感的無限渴望。SIGGRAPH 以及其他學(xué)術(shù)和娛樂行業(yè)的規(guī)模都不再有能力制造專門的芯片，但游戲行業(yè)可以。
GPUs 被用到工作站中，為圖形學(xué)研究人員提供了更快的算法開發(fā)機(jī)器，發(fā)表了更多 SIGGRAPH 論文。游戲、GPU 公司和 SIGGRAPH 圈之間形成了一個(gè)極佳的循環(huán)，這個(gè)循環(huán)帶來了計(jì)算性能的提高，并在幾年內(nèi)一直保持著摩爾定律。這是一個(gè)無人可以操縱的虛擬循環(huán)。
在 2009 年到 2012 年左右，GPUs 開始顯示出在游戲以外的領(lǐng)域的用處。那些模擬所需的矩陣乘法多年來一直很有用，所以人們開始在科學(xué)應(yīng)用中使用這些乘法。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)思出現(xiàn)在 50 多年前，當(dāng)其逐步走向?qū)嵱茫憬o我們帶來了深度學(xué)習(xí)，并對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。正如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)的奇妙關(guān)系，GPU 、游戲與學(xué)術(shù)界之間的循環(huán)也產(chǎn)生了完全出乎人意料的驚喜。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)一開始被邊緣化，然后經(jīng)歷了前所未有的瘋狂過山車，從邊緣學(xué)科轉(zhuǎn)而成為許多行業(yè)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要支柱，而這種變化將繼續(xù)下去。很難預(yù)測(cè)最終我們會(huì)走到何處，但我們還需要繼續(xù)努力。
視頻鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=MdPXBnJWai8
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