2019圖靈獎揭秘：皮克斯“動畫帝國”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（Turing Award）開始，圖靈獎作為計算機界的“諾貝爾獎”已經(jīng)頒發(fā)了53屆，共73位科學家獲此殊榮。

昨天，ACM（國際計算機協(xié)會）宣布2019年度圖靈獎授予Patrick M. Hanrahan和Edwin E. Catmull，以表彰他們對3D計算機圖形學的貢獻。

ACM同時宣布，2020年6月20日將在加利福尼亞州舊金山舉行ACM年度頒獎宴會，正式為Hanrahan和Catmull頒發(fā)獎項，兩位獲獎者也將共同分享100萬美元獎金。

相比去年獲獎的“深度學習”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，那么你多半是體驗過這兩位獲獎者的技術(shù)成果。

Patrick M. Hanrahan是著名的計算機科學家，皮克斯動畫工作室聯(lián)合創(chuàng)始人、前總裁；Patrick Hanrahan是斯坦福大學計算機圖形學實驗室教授，同時也是皮克斯動畫工作室創(chuàng)始員工之一。

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

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

可以這么說，如果沒有這兩位，我們不知道何時才能看到3D動畫電影。

除了影響了3D電影制作，他們對GPUs的研究還對人工智能和數(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高度評價兩位獲獎者的成就：

“CGI改變了電影制作和體驗方式，同時也更廣泛地影響了娛樂行業(yè)。我們非常高興認識到Pat Hanrahan和Ed Catmull，因為計算機圖形學是ACM中最大和最活躍的領(lǐng)域之一，ACM SIGGRAPH年會就是證明。與此同時，Catmull和 Hanrahan的貢獻表明，在計算的一個特定領(lǐng)域的進步也可以對其他領(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)域的通用計算引擎，包括我自己的高性能計算專業(yè)。”

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

“由于3D計算機圖形技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，我們常常忘卻這個領(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)標準，這給人留下了深刻的印象。表彰CGI技術(shù)的科學貢獻，并讓公眾了解這樣一個在未來幾年將影響VR與AR、數(shù)據(jù)可視化、教育、醫(yī)學影像等諸多領(lǐng)域的學科，是十分重要的?！?/p>緣分+默契，RenderMan開啟“皮克斯時代”

說到Hanrahan和Catmull，兩人也是深交多年的一對“好基友”了。

1974年，Catmull以計算機科學博士的身份畢業(yè)于猶他大學，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計算機圖形實驗室，這是美國最早的專業(yè)計算機圖形實驗室之一，但是，Catmull心中還有一個夢想，那就是制作一部計算機圖形技術(shù)的動畫電影。

直到1979年，夢想終于向他拋出了橄欖枝，以系列電影拉高藝術(shù)和計算機圖形電影標準的好萊塢著名導演兼制片人喬治盧卡斯（George Lucas）邀請他加入Lucasfilm。在Lucasfilm工作期間，2D技術(shù)仍然是行業(yè)主流，但Catmull始終堅持3D計算機圖形動畫的研究。

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當?shù)亍吧殹背蔀槠煜聞赢嫻镜目偛谩?/p>

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麥迪遜分校的生物物理學博士學位，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，他曾工作的實驗室正是Catmull創(chuàng)辦的NYIT計算機圖形實驗室。

進入皮克斯之后，Hanrahan和Catmull一拍即合，從此之后，兩個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。這項生產(chǎn)渲染器雛形集合他們多年對計算機圖形的創(chuàng)新想法，也是皮克斯所獨有、同時授權(quán)給多個動畫工作室的跨時代技術(shù)。

簡單地說，RenderMan就是一個計算機圖像渲染體系，它支持復雜的燈光和著色器，將光反射行為與幾何形狀分開，并計算形狀上各點的顏色、透明度和紋理，同時，RenderMan系統(tǒng)結(jié)合了Catmull提出的Z緩沖和細分曲面創(chuàng)新。多項技術(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。

關(guān)于“RenderMan”這個名字的由來，Hanrahan分享了一個有趣的故事，初來加州時，他碰到了Jaron Lanier，他讓Hanrahan對VR產(chǎn)生了興趣，“這個年代人們有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這個名字”。

1990年，在ACM SIGGRAPH上，Hanrahan把這項技術(shù)以RenderMan這個名字不受歡迎正式命名。只是當時他們還不知道，到計算硬件能夠支持RenderMan、制作這樣的3D動畫電影，還有漫長的5年。

在這期間，Hanrahan敏銳地注意到，由于計算硬件與構(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，他們生命中的另一位“貴客”出現(xiàn)了，由于在芯片項目中引用Hanrahan在1990年所寫的關(guān)于3D圖像的學術(shù)論文，英偉達對他們的工作表現(xiàn)出了極大的興趣。多方考究之下，Catmull也認為，英偉達的芯片處理技術(shù)對他們的研究十分有幫助。

天時地利人和之下，1995年，世界上第一部長篇計算機動畫電影上映，獲得口碑和票房的大豐收，觀眾和影評人都盛贊該片，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)起于斯坦福大學計算機專業(yè)的學術(shù)研究中。Pat Hanrahan教授和他的一個博士生Chris Stolte在研究基于表格的多維關(guān)系數(shù)據(jù)展示時，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。

這對師徒把關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的語法與驅(qū)動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便從斯坦福大學這個孵化器中走了出來，將總部設(shè)在了西雅圖。

Tableau是一家專門為企業(yè)提供商務智能解決方案的初創(chuàng)企業(yè)。商務智能解決方案提供商的競爭隨著“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)，在商務智能領(lǐng)域另辟蹊徑。

Tableau也十分注重用戶體驗，提供了一個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，也可以即時的從不同角度和設(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。正是這個特點奠定了廣泛的用戶基礎(chǔ)和高續(xù)訂率。

這不是圖形學首次獲此殊榮。

1988年，在圖形學的歷史上，迎來了第一位圖靈獎獲得者Ivan Edward Sutherland，被人們尊稱為當代計算機輔助設(shè)計(CAD)之父。

Sutherland為計算機圖形學領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性和前瞻性的貢獻。其中包括用于屏幕刷新的顯示文件、用于建模圖形對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在其學生Bob Sproull的協(xié)助下，開發(fā)了被認為是第一個虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)的HMD(Head Mounted Display)系統(tǒng)。

那么計算機圖形學到底是什么呢？

計算機圖形學，簡稱CG，是一種使用數(shù)學算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式的科學。簡單地說，計算機圖形學的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。

計算機圖形學的核心目標在于創(chuàng)建有效的視覺交流。在科學領(lǐng)域，圖形學可以將科學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、手機游戲、3D電影與電影特效中，計算機圖形學發(fā)揮著越來越重要的作用。

更重要的是，計算機圖形學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，因為圖形圖像比單純數(shù)字具有更強的洞察力。

了解了計算機圖形學之后，我們再來了解一下圖靈獎。

說到圖靈獎，就不得不介紹一下有著“計算機之父”稱號的圖靈。

圖靈，生于1912年，是英國的數(shù)學家、邏輯學家。圖靈對于計算機科學有著不可磨滅的功勞，他最大的貢獻之一就是和團隊研制出了世界上“第一臺”計算機。

在二戰(zhàn)期間，他被邀請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，是人類無法在短時間計算出的，因此圖靈和他的團隊共同研制出了這樣一臺強大的“機器大腦”，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算機

圖靈在戰(zhàn)爭中流盡鮮血，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，要么進監(jiān)獄、要么進行“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圖靈的赦免。同時，英國前首相卡梅倫表示：圖靈在二戰(zhàn)時破解德軍密碼、拯救國家上發(fā)揮了關(guān)鍵作用，是一個了不起的人。

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“卷福”出演。

圖靈本人和中圖靈的形象

為了紀念他對計算機科學做出的巨大貢獻，由美國計算機協(xié)會(ACM)于1966年設(shè)立了一年一度的圖靈獎(Turing Award) ，全稱“A.M. 圖靈獎”，以表彰在計算機科學中做出突出貢獻的人。

由于圖靈獎對獲獎條件要求極高，評獎程序極嚴，一般每年只獎勵一名計算機科學家，只有極少數(shù)年度有兩名合作者或在同一方向作出貢獻的科學家共享此獎。因此它是計算機界最負盛名、最崇高的一個獎項，有“計算機界的諾貝爾獎”之稱。

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

圖靈曾說過，“有時候，正是那些意想不到之人，成就了無人能成之事?！钡浇裉?，用這句話來形容此次獲獎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”。