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3月18日，國際計算機學會（ACM）公布，計算機圖形學奠基者Patrick M. Hanrahan和 Edwin Catmull 共同獲2019年圖靈獎。
ACM 提到，圖靈獎頒給這兩位，以表彰他們對3D計算機圖形學的貢獻，以及對電影制作和計算機生成圖像等應(yīng)用的革命性影響。1988年圖靈獎頒給計算機圖形學之父 Sutherland，2019年 Sutherland 的學生 Catmull 加入圖靈獎獲得者行列。
時隔三十二年，圖形學作為一個學科第二次獲獎，某種意義上是給予圖形學傳承的一個肯定。從Sutherland起源，到今天Pat 和 Ed 獲得貢獻獎，也無疑給整個圖形學社區(qū)帶來了莫大的精神鼓舞，畢竟作為一個要求碼力超強，理論扎實的學科并沒有像計算機視覺一樣容易入門。
Edwin Catmull，是著名計算機科學家，皮克斯動畫工作室聯(lián)合創(chuàng)始人、前總裁，曾參與創(chuàng)辦了現(xiàn)代視覺特效的起源地 NYIT 計算機圖形實驗室。因為其技術(shù)，Catmull曾先后 9 次獲得奧斯卡金獎，影視圈莫不熟知。
Patrick Hanrahan 目前擔任斯坦福大學計算機圖形學實驗室教授，但曾也是皮克斯動畫工作室創(chuàng)始員工之一。
25年前《玩具總動員》家喻戶曉，其背后的皮克斯動畫工作室也正風生水起，那時候Catmull 和 Hanrahan就已經(jīng)證明了一項專用的計算技術(shù)可以對其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。畢竟，兩位對《玩具總動員》的技術(shù)支持也給世界創(chuàng)造出一種全新的、完全由計算機動畫制作的影像存在。
皮克斯原型公司可以追溯到1981成立的盧卡斯電影公司，直到喬布斯從蘋果辭職之后花了1000萬美元從喬治·盧卡斯手中收購了盧卡斯旗下的電腦動畫效果工作室，才有了獨立公司皮克斯動畫工作室。
喬布斯和這兩位的交集也是那時候產(chǎn)生的，之后喬布斯借著這家3D電腦動畫公司聲名大振， 個人身價達到10億美元。而這兩位“員工”也隨著這家公司的發(fā)展而聲名鵲起。
Edwin Catmull和喬布斯共事過26年。Hanrahan 與 Catmul 之間聯(lián)手也創(chuàng)造出不少“神話”，這兩人在皮卡斯時候就曾開發(fā)出了一套日后稱為 “RenderMan” 的生產(chǎn)渲染器雛形，將兩人在計算機圖形上的諸多創(chuàng)新集成到了其中。RenderMan確實為電影帶來了開創(chuàng)性的電影特效制作，在arnold出來之前，幾乎是好萊塢電影的標配渲染器，幾乎每一部電影里都能看到RenderMan的身影，例如詹姆斯·卡梅倫的《終結(jié)者2：審判日》和史蒂芬·斯皮爾伯格的《侏羅紀公園》，以及促進了電影《阿凡達》，《泰坦尼克號》和《指環(huán)王》三部曲的創(chuàng)作。
沒錯，在那個年代，這兩人對渲染數(shù)據(jù)的劃分和處理都是“先進”的，出現(xiàn)在無數(shù)paper中，創(chuàng)造了很多超前理念。盡管技術(shù)在不斷發(fā)展，但即使過了數(shù)十年，Hanrahan 和 Catmull 所做的工作仍是該領(lǐng)域的標準。兩個人所做的開創(chuàng)性技術(shù)貢獻，仍是當今計算機圖形開發(fā)不可或缺的部分。
Hanrahan獲得過很多的獎項，僅就在渲染和計算機圖形研究方面就獲得過三項奧斯卡獎。1993年 Hanrahan和皮克斯的其他創(chuàng)始員工被授予RenderMan科學和工程獎，2004年，他獲得了技術(shù)成就獎.....
.Pat 的可佩之處還在于他卓越的眼光，2003年便看到了數(shù)據(jù)可視化的重要性，與學生共同創(chuàng)建了Tableau公司，旨在將數(shù)據(jù)運算與美觀的圖表完美嫁接在一起。2013年Tableau 進行了 IPO，Pat直接實現(xiàn)了財富自由，有人估算其身價十億多美元。
一時之間，名震四海，不光在學術(shù)上，十年的商業(yè)經(jīng)歷也極為精彩。曾經(jīng)擔任圖形和可視化領(lǐng)域頂級會議，ACM SIGGRAPH Asia（2014）和IEEE Visualization（2005）會議主席的北京大學陳寶權(quán)教授表示，單憑Tableau（Hanrahan大佬的第九家公司）這一項成就，Hanrahan足以再獲一次圖靈獎，畢竟將大量數(shù)據(jù)拖放到數(shù)字“畫布”上，轉(zhuǎn)眼間就能創(chuàng)建好各種圖表的技術(shù)也算是可視化領(lǐng)域的突出貢獻。
而Catmull的故事也非常耐人尋味，1974年Catmull獲得計算機科學博士學位，同年11月，紐約理工學院創(chuàng)始人便邀請他擔任紐約理工大學新成立的計算機圖形實驗室的主任。在那里，Catmull組建了一個致力于2D動畫的研究小組，不久后便轉(zhuǎn)向3D計算機圖形領(lǐng)域，為電影制作開疆擴土。20世紀70年代，由于幾個原因，計算機圖形實驗室開始陷入困境，盡管技術(shù)發(fā)展了，但仍然缺乏實際進展。
他的堅持和才華吸引了好萊塢的大牌人物盧卡斯和科波拉的注意，盧卡斯聘請他來領(lǐng)導一個小組，研究如何將計算機圖形學、視頻編輯和數(shù)字音頻應(yīng)用到娛樂領(lǐng)域。
隨后，盧卡斯便誕生了如摳畫、疊畫等數(shù)字圖像合成技術(shù)。后面的故事就是就涉及到了皮克斯和迪士尼，喬布斯收購了盧卡斯動畫業(yè)務(wù)，Catmull便隨業(yè)務(wù)認識了喬布斯。之后，便是和喬布斯共事26年。時間推進到2006年1月，迪士尼收購皮克斯，Catmull也“轉(zhuǎn)”向負責振興迪士尼動畫工作室。
（雷鋒網(wǎng)）
在那期間，例如奧斯卡金像獎視覺效果類電影的 44 部，包括《阿凡達》、《泰坦尼克號》、《美女與野獸》、《指環(huán)王》三部曲以及《星球大戰(zhàn)》前傳，都有Catmull的身影在。值得一提的是，2006年他因?qū)τ嬎銠C圖形學領(lǐng)域的建模，動畫和渲染方面的開拓性貢獻而獲得IEEE約翰·馮·諾伊曼獎?wù)隆?018年10月23日，Catmull宣布退出皮克斯和迪斯尼動畫公司的計劃，只是繼續(xù)擔任顧問，并于2019年7月正式退出。
計算機圖形學第一次獲得圖靈獎還是在32年前，當時獲獎的Sutherland早已成名。1962年他的博士論文獲得了信息理論之父香儂的指導，并于1963年以論文“Sketchpad：一個人機交互通信的圖形系統(tǒng)”參加答辯，在包括香儂等眾明星組成的MIT考場上，他獲得了滿堂喝彩。也就是在那篇論文中，首次有了“計算機圖形學”這一術(shù)語，也證明了交互計算機圖形學是一個可行的、有用的研究領(lǐng)域。從此計算機圖形學正式步入科學研究。所以，信息理論祖師爺?shù)耐降茏隽擞嬎銠C圖形學的祖師爺。
跨學科的傳遞只是一個開始，一個新興的學科自從誕生之后，便開啟了傳承。Sutherland 博士畢業(yè)之后，在哈佛大學呆了幾年，然后轉(zhuǎn)到猶他大學任教，而那時候正是猶他大學剛剛重建的第二年。Sutherland教授2014年受邀在中國計算機大會做特邀報告，陳寶權(quán)教授對他進行了一個多小時的面對面采訪（https://www.ituring.com.cn/article/127792）。
從1968年到1974年，6年的時間，Sutherland將他所有的圖形學知識留給了這所大學，其培養(yǎng)的學生包括 Alan Kay、Gordon W. Romney、Henri Gouraud、Frank Crow、 Jim Clark、 Edwin Catmull等人，這些人先后都成為圖形學領(lǐng)域執(zhí)掌一方的大將。
6年的時間，培養(yǎng)出了一大批計算機圖形學的開創(chuàng)者，同時也為一個學科奠定了基礎(chǔ)架構(gòu)。之后這些徒弟便開啟了開枝散葉，發(fā)揚光大的歷程，例如Alan Kay發(fā)明了Smalltalk編程語言并獲得了2003年圖靈獎；Jim Clark創(chuàng)建了一個圖形界面瀏覽器NetScape（網(wǎng)景），之后又創(chuàng)建了第一個圖形工作站公司Silicon Graphics Inc（SGI）；Romney制作了第一張3D圖像；Gouraud發(fā)明了Gouraud著色技術(shù)......
猶他大學是計算機圖形學當之無愧的發(fā)源地！
故事并沒有結(jié)束，學生Catmull接過了Sutherland的接力棒，在猶他大學打下了物理和計算機科學基礎(chǔ)之后，應(yīng)紐約理工學院創(chuàng)始人的邀請主持計算機圖形實驗室，這個后來被稱為圖形學黃埔軍校的實驗室給了圖形學這個學科第二次輝煌傳承。
紐約理工大學計算機圖形實驗室重聚（雷鋒網(wǎng)）
站著的從左往右：John Lewis, Geoff Gardner, Hank Grebe, Andrew Glassner, Kevin Hunter, David Sturman, Tom Duff, Robert McDermott, Darcy Gerbarg, Sterling Stites, Steve DiPaola, Ralph Guggenheim
坐著的: Ned Greene, Paul Heckbert, Patrick Hanrahan, Ed Catmull, Alvy Ray Smith, Lance Williams, Christine Barton
坐地板上的: Susan Van Baerle, Jules Bloomenthal, Tom Brigham, Michael Chou, David Geshwind
實驗室創(chuàng)立于1974年，也就是Catmull博士畢業(yè)的那一年，因為Catmull本身亦不俗，所以吸引了一大批對計算機圖形學的慕名者。包括后來和他一塊獲獎的Hanrahan，還有發(fā)明 α buffer的 Alvy Ray Smith，事實上若論貢獻 Alvy 的成就也足以獲得圖靈獎。關(guān)于Alvy有一個小故事。1978年中美正式建交時，國家主席曾接見過一位叫做“匠白光”的外國科學家，而這位匠白光正是Alvy。
圖片來自北京大學陳寶權(quán)教授
NYIT計算機圖形實驗室，不僅在技術(shù)上創(chuàng)造了第一個全色圖形系統(tǒng)，設(shè)計了第一個掃描和上色系統(tǒng)......在人物培養(yǎng)上，對今天獲獎的兩位也有著非凡意義！微軟前高級執(zhí)行副總裁沈向洋博士當年回國建設(shè)微軟亞洲研究院，為研究院一炮打響的便是他的圖形研究組，他認為：Ed 和 Pat 事業(yè)起步的關(guān)鍵便是跟 Alvy Ray Smith , Jim Blinn (當時intern), Jim Clark 等一批優(yōu)秀人才于70年代末、80年代初在NYIT Graphics Lab一起的工作。上面的圖片便是那段歷史的畫像，是陳寶權(quán)教授講授計算機圖形學課程的第一課所用膠片，NYIT Graphics Lab是計算機圖形學發(fā)展歷史的重要里程碑。
果然，跟優(yōu)秀的人在一起，自己也會變得優(yōu)秀。圖形學第三次輝煌，便是皮克斯的動畫電影時代了，簡單的時間脈絡(luò)是Ed和Alvy 去了盧卡斯，然后喬布斯收購業(yè)務(wù)成立皮克斯，兩位也跟到皮克斯.....這后面的故事伴隨著一些列優(yōu)秀動畫的出品，大家都比較熟悉了。畢竟《阿凡達》等此類電影讓皮克斯名聲大振的時候，也在應(yīng)用層面推動了計算機圖形學逐步成熟，從最初的渲染到后來的物理模擬，計算機圖形學也經(jīng)歷了理論到應(yīng)用的高光時刻。
在動畫時代的同時，計算機圖形學也慢慢向著游戲等新興領(lǐng)域進發(fā)，這個過程直到現(xiàn)在還在繼續(xù)，期間衍生了很多新興學科，包括可視化、虛擬現(xiàn)實、人機交互等都創(chuàng)建了自己的學術(shù)會議。
計算機圖形技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，從醫(yī)學影像到桌面系統(tǒng)，再然后就到了目前的互聯(lián)網(wǎng)APP與社交時代，迸發(fā)出更多前端應(yīng)用，如谷歌、微軟、蘋果、Facebook都建立了虛擬現(xiàn)實的研發(fā)部門，為下一代自然場景社交做準備，而這些基于真實個體與場景的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也在極大的推進計算機圖形學的發(fā)展。
粗略來分，圖形學的五個時代，Sutherland 到 Catmull，這一脈傳承，創(chuàng)立并統(tǒng)領(lǐng)了其中三個。在隨后由游戲和互聯(lián)網(wǎng)推動的時代中，他們精神的傳承也在繼續(xù)。
在2019年公布Hinton、LeCun和Bengio三人獲獎時，網(wǎng)上曾有段子說“某個領(lǐng)域獲得圖靈獎，就證明該領(lǐng)域做到頭了”。伴隨著2019年圖靈獎頒給圖形學領(lǐng)域的兩位領(lǐng)軍人物，網(wǎng)上也不乏看到類似“Rendering is Over；CG is Over”的話。然而，正像人工智能遠未達到它最初的目標一樣，圖形學離它最原初的夢想——用計算機重建一切——也還很遙遠。認為圖形學“Over”之說，往往最根本的原因是——“圖形學太難了！”微軟亞洲研究院網(wǎng)絡(luò)圖形組在2018年的一篇綜述文章中提到：“圖形學的核心科學問題是在計算機中有效的表達和處理三維世界的各種屬性。圖形學所處理的三維信息既包括物理真實世界中的三維信息，也包含我們?nèi)祟惔竽X通過想象產(chǎn)生的虛擬的三維信息。計算機圖形作為一個中介，提供了這兩個世界在計算機中的一個共同的表達和信息交流渠道?！睆倪@種角度來看，若想做好圖形學的研究，不光是要會寫代碼，還要會寫大量的代碼，因為圖形學的任何一項工作都應(yīng)當是一個完整的系統(tǒng)，這使得計算機視覺領(lǐng)域的工作可能只需要幾百或幾千行代碼就能夠做出一項很不錯的工作；而在做計算機圖形學領(lǐng)域，幾萬行代碼卻只能完成一個簡單的圖形實現(xiàn)。許多實現(xiàn)并沒現(xiàn)成的可調(diào)用包，如果不是出自研究大組，往往需要從底層（GPU 線程等）一行一行地來寫。而另一方面，圖形學的研究，還需要對物理世界有充足的認識，陳寶權(quán)教授舉例說，做樹木的三維重建，往往需要學習大量關(guān)于植物生長規(guī)律的知識；如果要模擬在屏幕上做水彩畫，就需要了解畫筆、著色和紙纖維滲透特性等方面的知識。以上這些給圖形學的研究帶來了極高的門檻，也造成許多學生從剛接觸圖形學時的好玩到接下來的望而生畏。圖形學研究的難，還不僅表現(xiàn)在能否做出一項完整、炫酷的工作，更讓初入行的研究者難以忍受的是，發(fā)表頂會論文太難了。
以圖形學領(lǐng)域頂級會議SIGGRAPH為例，盡管SIGGRAPH會議每年都有幾萬人參會，但所收錄的論文數(shù)量卻極低，在早些年每年只錄取50篇左右的論文，即使現(xiàn)在隨著研究的增多，每年卻也只有一百多篇論文錄用。作為對比，視覺會議的錄用論文近幾年則往往是以千計。每年SIGGRAPH參會人數(shù)都有逾萬人，在體驗到的各種炫酷技術(shù)背后，則是許多人的心酸。
“一篇SIGGRAPH，堪比N篇CVPR?！?/p>
圖形學是一門更加偏向解決實際問題的學科，正如我們在前文中提到，圖形學在歷史中的歷次大的變革無不是由工業(yè)應(yīng)用來推動，從動畫制作，到游戲開發(fā)，到互聯(lián)網(wǎng)時代的交互等。然而時代在發(fā)生變化，技術(shù)在不斷發(fā)生變化，應(yīng)用需求也在不斷發(fā)生變化。以上這些場景的技術(shù)研發(fā)或許已經(jīng)「Over」，但圖形學的發(fā)展是隨應(yīng)用而變的。微軟亞洲研究院網(wǎng)絡(luò)圖形組曾指出，圖形學未來的應(yīng)用在機器人、3D打印、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、數(shù)字化孿生等場景。
如何進行高效高質(zhì)量的三維內(nèi)容創(chuàng)作？如何進行三維世界的實時理解與分析？如何開發(fā)大規(guī)模可擴展的實時模擬技術(shù)？如何將人機交互與圖形學進行深度結(jié)合？這些問題，對于圖形學領(lǐng)域仍然是巨大的挑戰(zhàn)。
事實上，目前圖形學和計算機視覺的研究也存在著一個趨勢，即兩者逐漸走向融合。陳寶權(quán)教授在采訪中指出，目前許多視覺的研究（一半以上）都涉及 3D 視覺，因為從 Learning 的角度來看視覺的理解，3D 世界是最高的學習/認知目標，只有將研究轉(zhuǎn)到 3D 世界，才能真正觸及到學習和認知的極限。然而從事這方面的研究，如果不深入圖形表達，不繼承圖形領(lǐng)域所構(gòu)建的對3D世界的幾何與物理過程的表達，視覺智能將難以突破。因此在未來的數(shù)十年中，計算機圖形學毫無疑問會成為人工智能研究的一個核心領(lǐng)域。
從90年代中影視娛樂給圖形學帶來的第一次爆發(fā)，到20世紀末游戲與社交帶來的第二次爆發(fā)，現(xiàn)在隨著人工智能走向深水區(qū)，我們可以期待圖形學將迎來它的第三次爆發(fā)。
圖形學研究經(jīng)歷了50年輝煌的發(fā)展歷程，Ed Catmull 和 Pat Hanrahan 兩人的圖靈獎獲獎，無疑將給整個圖形學社區(qū)帶來莫大的精神鼓舞，激勵再創(chuàng)輝煌。
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