2019圖靈獎(jiǎng)揭秘：皮克斯“動(dòng)畫帝國”從他們開啟，還順便帶火了GPU

自1966年艾倫·佩利獲得第一屆圖靈獎(jiǎng)（Turing Award）開始，圖靈獎(jiǎng)作為計(jì)算機(jī)界的“諾貝爾獎(jiǎng)”已經(jīng)頒發(fā)了53屆，共73位科學(xué)家獲此殊榮。

昨天，ACM（國際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)）宣布2019年度圖靈獎(jiǎng)授予Patrick M. Hanrahan和Edwin E. Catmull，以表彰他們對(duì)3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的貢獻(xiàn)。

ACM同時(shí)宣布，2020年6月20日將在加利福尼亞州舊金山舉行ACM年度頒獎(jiǎng)宴會(huì)，正式為Hanrahan和Catmull頒發(fā)獎(jiǎng)項(xiàng)，兩位獲獎(jiǎng)?wù)咭矊⒐餐窒?00萬美元獎(jiǎng)金。

相比去年獲獎(jiǎng)的“深度學(xué)習(xí)”三巨頭，這兩位的工作可以說離大眾要近得多，如果你喜歡看電影，那么你多半是體驗(yàn)過這兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩募夹g(shù)成果。

Patrick M. Hanrahan是著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，皮克斯動(dòng)畫工作室聯(lián)合創(chuàng)始人、前總裁；Patrick Hanrahan是斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授，同時(shí)也是皮克斯動(dòng)畫工作室創(chuàng)始員工之一。

Hanrahan和Catmull的主要成就都是在電影制作和計(jì)算機(jī)生成圖像（CGI）領(lǐng)域，他們通過技術(shù)創(chuàng)新，影響了整個(gè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域。

從博士開始，Catmull便開始對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新突破，并一手帶領(lǐng)了皮克斯公司3D動(dòng)畫的研發(fā)工作；Hanrahan加入皮克斯之后，他的RenderMan研究直接奠定了整個(gè)3D動(dòng)畫電影的基礎(chǔ)，我們熟知的、、都運(yùn)用了RenderMan。

可以這么說，如果沒有這兩位，我們不知道何時(shí)才能看到3D動(dòng)畫電影。

除了影響了3D電影制作，他們對(duì)GPUs的研究還對(duì)人工智能和數(shù)據(jù)管理產(chǎn)生了深刻的印象，比如Hanrahan針對(duì)GPU開發(fā)的一種用于GPU的語言Brook，最終催生了NVIDIA的CUDA！

ACM主席 Cherri M. Pancake高度評(píng)價(jià)兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩某删停?/p>

“CGI改變了電影制作和體驗(yàn)方式，同時(shí)也更廣泛地影響了娛樂行業(yè)。我們非常高興認(rèn)識(shí)到Pat Hanrahan和Ed Catmull，因?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)是ACM中最大和最活躍的領(lǐng)域之一，ACM SIGGRAPH年會(huì)就是證明。與此同時(shí)，Catmull和 Hanrahan的貢獻(xiàn)表明，在計(jì)算的一個(gè)特定領(lǐng)域的進(jìn)步也可以對(duì)其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，例如Hanraha為GPUs開發(fā)著色語言，使GPUs成為更廣泛領(lǐng)域的通用計(jì)算引擎，包括我自己的高性能計(jì)算專業(yè)?！?/p>

谷歌人工智能高級(jí)副總裁 Jeff Dean得知消息后也“發(fā)來賀電”：

“由于3D計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，我們常常忘卻這個(gè)領(lǐng)域在不久前是什么樣子的。雖然技術(shù)在不斷發(fā)展，但是Hanrahan和Catmull幾十年前開發(fā)的技術(shù)，至今仍是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這給人留下了深刻的印象。表彰CGI技術(shù)的科學(xué)貢獻(xiàn)，并讓公眾了解這樣一個(gè)在未來幾年將影響VR與AR、數(shù)據(jù)可視化、教育、醫(yī)學(xué)影像等諸多領(lǐng)域的學(xué)科，是十分重要的?！?/p>緣分+默契，RenderMan開啟“皮克斯時(shí)代”

說到Hanrahan和Catmull，兩人也是深交多年的一對(duì)“好基友”了。

1974年，Catmull以計(jì)算機(jī)科學(xué)博士的身份畢業(yè)于猶他大學(xué)，在他的博士論文中，Catmull提出了一種明確顯示彎曲塊狀物而非多邊形的突破性方法，在此基礎(chǔ)上提出了3D環(huán)境中的Z緩沖（Z-buffering）和紋理貼圖（texture mapping），這也是生成逼真的CG圖形的決定因素。

畢業(yè)之后，Catmull以合伙人身份創(chuàng)辦NYIT計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室，這是美國最早的專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室之一，但是，Catmull心中還有一個(gè)夢(mèng)想，那就是制作一部計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的動(dòng)畫電影。

直到1979年，夢(mèng)想終于向他拋出了橄欖枝，以系列電影拉高藝術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形電影標(biāo)準(zhǔn)的好萊塢著名導(dǎo)演兼制片人喬治盧卡斯（George Lucas）邀請(qǐng)他加入Lucasfilm。在Lucasfilm工作期間，2D技術(shù)仍然是行業(yè)主流，但Catmull始終堅(jiān)持3D計(jì)算機(jī)圖形動(dòng)畫的研究。

1986年，喬布斯收購Lucasfilm，將其改名為現(xiàn)在大家耳熟能詳?shù)钠た怂褂皹I(yè)，Catmull也在這次收購后理所應(yīng)當(dāng)?shù)亍吧殹背蔀槠煜聞?dòng)畫公司的總裁。

姍姍來遲的Hanrahan正是Catmull在新公司皮克斯招募的首批員工之一。

Hanrahan在1985年獲得威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的生物物理學(xué)博士學(xué)位，以一名AI研究人員的身份開始了他的職業(yè)生涯。而在加入皮克斯之前，他曾工作的實(shí)驗(yàn)室正是Catmull創(chuàng)辦的NYIT計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室。

進(jìn)入皮克斯之后，Hanrahan和Catmull一拍即合，從此之后，兩個(gè)人的名字就被綁定在了一起。

RenderMan，就是他們二人在皮克斯的工作結(jié)晶。這項(xiàng)生產(chǎn)渲染器雛形集合他們多年對(duì)計(jì)算機(jī)圖形的創(chuàng)新想法，也是皮克斯所獨(dú)有、同時(shí)授權(quán)給多個(gè)動(dòng)畫工作室的跨時(shí)代技術(shù)。

簡(jiǎn)單地說，RenderMan就是一個(gè)計(jì)算機(jī)圖像渲染體系，它支持復(fù)雜的燈光和著色器，將光反射行為與幾何形狀分開，并計(jì)算形狀上各點(diǎn)的顏色、透明度和紋理，同時(shí)，RenderMan系統(tǒng)結(jié)合了Catmull提出的Z緩沖和細(xì)分曲面創(chuàng)新。多項(xiàng)技術(shù)傍身，這使得通過RenderMan生成的數(shù)字圖像比之前的任何圖像都要更真實(shí)。

關(guān)于“RenderMan”這個(gè)名字的由來，Hanrahan分享了一個(gè)有趣的故事，初來加州時(shí)，他碰到了Jaron Lanier，他讓Hanrahan對(duì)VR產(chǎn)生了興趣，“這個(gè)年代人們有Walkman和Discman，但是他們真正需要的是RenderMan，你可以用皮帶把它固定在眼鏡上，你就可以看到所有不可思議之物，但沒人喜歡RenderMan這個(gè)名字”。

1990年，在ACM SIGGRAPH上，Hanrahan把這項(xiàng)技術(shù)以RenderMan這個(gè)名字不受歡迎正式命名。只是當(dāng)時(shí)他們還不知道，到計(jì)算硬件能夠支持RenderMan、制作這樣的3D動(dòng)畫電影，還有漫長(zhǎng)的5年。

在這期間，Hanrahan敏銳地注意到，由于計(jì)算硬件與構(gòu)想的軟件并不相稱，兩人一直拘泥在理論工作中。也是在此時(shí)，他們生命中的另一位“貴客”出現(xiàn)了，由于在芯片項(xiàng)目中引用Hanrahan在1990年所寫的關(guān)于3D圖像的學(xué)術(shù)論文，英偉達(dá)對(duì)他們的工作表現(xiàn)出了極大的興趣。多方考究之下，Catmull也認(rèn)為，英偉達(dá)的芯片處理技術(shù)對(duì)他們的研究十分有幫助。

天時(shí)地利人和之下，1995年，世界上第一部長(zhǎng)篇計(jì)算機(jī)動(dòng)畫電影上映，獲得口碑和票房的大豐收，觀眾和影評(píng)人都盛贊該片，這是一部在技術(shù)和藝術(shù)上都有重大意義的杰作（marvel）。

在Catmull的領(lǐng)導(dǎo)下，除了系列電影，皮克斯用RenderMan還制作一系列成功的電影。迄今為止，奧斯卡金像獎(jiǎng)獲得最佳視覺效果的44部電影中，包括三部曲和前傳等，都能看到RenderMan的身影。

除了在皮克斯的工作，Pat Hanrahan同時(shí)也是可視化企業(yè)Tabluea公司的創(chuàng)建者，Tableau最初在1997至2002年期間，發(fā)起于斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)術(shù)研究中。Pat Hanrahan教授和他的一個(gè)博士生Chris Stolte在研究基于表格的多維關(guān)系數(shù)據(jù)展示時(shí)，發(fā)現(xiàn)多維展示和可視化，一直都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的羸弱之處，需要額外的數(shù)據(jù)專家、開發(fā)人員和美工人員協(xié)同工作，才能把數(shù)據(jù)較好的呈現(xiàn)出來。

這對(duì)師徒把關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的語法與驅(qū)動(dòng)圖像展示的編程腳本整合在一起，開發(fā)出了VizQL，一種全新的可視化關(guān)系數(shù)據(jù)庫，這是Tableau公司產(chǎn)品中最核心的技術(shù)，并且提供了一個(gè)高度定制的界面，可以從多種角度高效直觀的展示多維數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與邏輯關(guān)系。

2003年，Stolte的老朋友，軟銀的合伙人Christian Chabot加盟Tableau。自此，Tableau便從斯坦福大學(xué)這個(gè)孵化器中走了出來，將總部設(shè)在了西雅圖。

Tableau是一家專門為企業(yè)提供商務(wù)智能解決方案的初創(chuàng)企業(yè)。商務(wù)智能解決方案提供商的競(jìng)爭(zhēng)隨著“大數(shù)據(jù)”概念的興起也愈發(fā)的激烈，從甲骨文、IMB、微軟到各種開源CRM和數(shù)學(xué)建模軟件等，而Tableau另辟蹊徑，以其卓越的數(shù)據(jù)庫可視化技術(shù)，在商務(wù)智能領(lǐng)域另辟蹊徑。

Tableau也十分注重用戶體驗(yàn)，提供了一個(gè)非常新穎而易用的使用界面，使得處理規(guī)模巨大的、多維的數(shù)據(jù)時(shí)，也可以即時(shí)的從不同角度和設(shè)置下看到數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的規(guī)律。Tableau通過數(shù)據(jù)可視化方面技術(shù)，使得數(shù)據(jù)挖掘變得平民化；而其自動(dòng)生成和展現(xiàn)出的圖表，也絲毫不遜色于互聯(lián)網(wǎng)美工編輯的水平。正是這個(gè)特點(diǎn)奠定了廣泛的用戶基礎(chǔ)和高續(xù)訂率。

這不是圖形學(xué)首次獲此殊榮。

1988年，在圖形學(xué)的歷史上，迎來了第一位圖靈獎(jiǎng)獲得者Ivan Edward Sutherland，被人們尊稱為當(dāng)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)之父。

Sutherland為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性和前瞻性的貢獻(xiàn)。其中包括用于屏幕刷新的顯示文件、用于建模圖形對(duì)象的遞歸遍歷層次結(jié)構(gòu)、用于幾何轉(zhuǎn)換的遞歸方法和面向?qū)ο蟮木幊田L(fēng)格等。

Ivan Edward Sutherland

1963年，Sutherland發(fā)明了交互式圖形系統(tǒng)Sketchpad。1968年，Sutherland在其學(xué)生Bob Sproull的協(xié)助下，開發(fā)了被認(rèn)為是第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)的HMD(Head Mounted Display)系統(tǒng)。

那么計(jì)算機(jī)圖形學(xué)到底是什么呢？

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，簡(jiǎn)稱CG，是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心目標(biāo)在于創(chuàng)建有效的視覺交流。在科學(xué)領(lǐng)域，圖形學(xué)可以將科學(xué)成果通過可視化的方式展示給公眾；在娛樂領(lǐng)域，如在PC游戲、手機(jī)游戲、3D電影與電影特效中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。

更重要的是，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在幫助人腦從圖形圖像的角度理解事物本質(zhì)的方面上有著的重要作用，因?yàn)閳D形圖像比單純數(shù)字具有更強(qiáng)的洞察力。

了解了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之后，我們?cè)賮砹私庖幌聢D靈獎(jiǎng)。

說到圖靈獎(jiǎng)，就不得不介紹一下有著“計(jì)算機(jī)之父”稱號(hào)的圖靈。

圖靈，生于1912年，是英國的數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家。圖靈對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)有著不可磨滅的功勞，他最大的貢獻(xiàn)之一就是和團(tuán)隊(duì)研制出了世界上“第一臺(tái)”計(jì)算機(jī)。

在二戰(zhàn)期間，他被邀請(qǐng)從事破譯德國密碼系統(tǒng)“英格瑪”的工作，由于破譯過程涉及太多的可能性，是人類無法在短時(shí)間計(jì)算出的，因此圖靈和他的團(tuán)隊(duì)共同研制出了這樣一臺(tái)強(qiáng)大的“機(jī)器大腦”，最終成功破解密碼！幫助盟軍取得了二戰(zhàn)的勝利，甚至使得二戰(zhàn)足足提早兩年結(jié)束。

1943年圖靈等人研制成功的巨型計(jì)算機(jī)

圖靈在戰(zhàn)爭(zhēng)中流盡鮮血，卻在和平中寸步難行。二戰(zhàn)結(jié)束后，圖靈因同性戀傾向被英國政府定罪，要么進(jìn)監(jiān)獄、要么進(jìn)行“激素治療”，圖靈選擇了后者。

1954年，圖靈在家中服毒自盡，享年41歲。直到2013年，在英國司法大臣克里斯·格雷靈的要求下，英國女王伊麗莎白二世宣布了對(duì)圖靈的赦免。同時(shí)，英國前首相卡梅倫表示：圖靈在二戰(zhàn)時(shí)破解德軍密碼、拯救國家上發(fā)揮了關(guān)鍵作用，是一個(gè)了不起的人。

關(guān)于圖靈在二戰(zhàn)期間破譯密碼、扭轉(zhuǎn)歷史這一傳奇經(jīng)歷，文摘菌推薦大家看一部名叫的電影，片中圖靈由“卷?！背鲅荨?/p>

圖靈本人和中圖靈的形象

為了紀(jì)念他對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)做出的巨大貢獻(xiàn)，由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)于1966年設(shè)立了一年一度的圖靈獎(jiǎng)(Turing Award) ，全稱“A.M. 圖靈獎(jiǎng)”，以表彰在計(jì)算機(jī)科學(xué)中做出突出貢獻(xiàn)的人。

由于圖靈獎(jiǎng)對(duì)獲獎(jiǎng)條件要求極高，評(píng)獎(jiǎng)程序極嚴(yán)，一般每年只獎(jiǎng)勵(lì)一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，只有極少數(shù)年度有兩名合作者或在同一方向作出貢獻(xiàn)的科學(xué)家共享此獎(jiǎng)。因此它是計(jì)算機(jī)界最負(fù)盛名、最崇高的一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，有“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。

不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)，圖靈也為后來的人工智能科學(xué)提供了開創(chuàng)性的構(gòu)思。他提出了一種用于判定機(jī)器是否具有智能的試驗(yàn)方法，即著名的“圖靈測(cè)試”。

圖靈曾說過，“有時(shí)候，正是那些意想不到之人，成就了無人能成之事?！钡浇裉欤眠@句話來形容此次獲獎(jiǎng)的兩位大師依然貼切，我們也期待未來有更多用技術(shù)讓我們生活更美好的“意想不到之人”還有“無人能成之事”。