圖靈獎公佈！計算機圖形學先驅 Hanrahan 和 Catmull 獲獎，祝賀兩位好萊塢 3D 動畫大片技術元老

作者 | 學術君

來源 | 學術頭條（ID：SciTouTiao）

封圖 | 視覺中國

18日，ACM（國際計算機協會）宣佈，授予 Patrick M. Hanrahan 和 Edwin E. Catmull 2019 年 ACM A.M. 圖靈獎榮譽，以表彰他們對 3D 計算機圖形學的貢獻，以及這些技術對電影製作和計算機生成圖像（CGI）等應用的革命性影響。

Edwin Catmull 是著名計算機科學家，皮克斯動畫工作室聯合創始人、前總裁；Patrick Hanrahan 是皮克斯動畫工作室創始員工之一，同時也是斯坦福大學計算機圖形學實驗室教授。

Ed Catmull 和 Pat Hanrahan 通過概念創新以及對軟件和硬件的貢獻，從根本上影響了計算機圖形學領域。他們的作品對電影製作產生了革命性的影響，從 25 年前的《玩具總動員》開始，一直延續到今天，形成了一種全新的電腦動畫電影類型，併為當今 3D 動畫電影鋪平了道路。

如今，在全球 1380 億美元的電影產業中，3D 電腦動畫電影是一種非常受歡迎的類型。3D 計算機圖像對於蓬勃發展的視頻遊戲行業以及新興的虛擬現實和增強現實領域也至關重要。

Catmull 和 Hanrahan 在技術上做出了開創性的貢獻，這些貢獻對於當今 CGI 圖像的發展仍是不可或缺的一部分。

ACM 同時宣佈，2020 年 6 月 20 日星期六在加利福尼亞州舊金山舉行的 ACM 年度頒獎宴會上，將正式為 Hanrahan 和 Catmull 頒發獎項，兩位獲獎者也將共同獲得 100 萬美元獎金。

ACM 主席 Cherri M. Pancake 說：“CGI 改變了電影的製作和體驗方式，同時也深刻影響了更廣泛的娛樂行業。我們非常高興認識到 Pat Hanrahan 和 Ed Catmull，因為計算機圖形學是 ACM 中最大和最活躍的社區之一，ACM SIGGRAPH 年會就是證明。與此同時，Catmull 和 Hanrahan 的貢獻表明，一種在計算專業化的進步（ advances in one specialization of computing ）可以對其他領域產生重大影響，例如 Hanraha 為 GPUs 開發著色語言（Hanrahan's work with shading languages for GPUs），使其成為廣泛領域的通用計算引擎，包括我自己的高性能計算專業。”

谷歌高級研究員、谷歌人工智能高級副總裁 Jeff Dean 表示：“由於 3D 計算機圖形技術現在已經非常普及，我們常常忘記這個領域在不久前是什麼樣子的。雖然技術在不斷髮展，但是 Hanrahan 和 Catmull 幾十年前開發的技術，至今仍是該領域的標準，這給人留下了深刻的印象。表彰 CGI 技術的科學貢獻，並讓公眾瞭解這樣一個在未來幾年將影響虛擬與增強現實、數據可視化、教育、醫學影像等諸多領域的學科，是十分重要的。”

“Pat Hanrahan 在 3D 建模和圖像渲染方面的工作非常傑出，這是讓計算機能夠可視化的表示圖形，讓人和計算機可以圖形化的交互，應用範圍及其廣泛，包括：計算機成像、三維動畫，甚至網絡影像傳播也屬於這個方向的範疇。這也是 Hanrahan 成為好幾家公司首席科學家的原因。”清華大學計算機系教授唐傑對此表示。

兩位大佬，一部 3D 動畫電影史

Catmull 於 1974 年在猶他大學獲得計算機科學博士學位。他的導師包括計算機圖形學之父、1988 年 ACM A.M. 圖靈獎獲得者 Ivan Sutherland。

在他的博士學位論文中，Catmull 引入兩種突破性的技術來顯示曲面補丁而不是多邊形：用於管理計算機圖形學中圖像深度座標的 Z 緩衝（Z-buffering）；以及將二維表面紋理映射在三維對象上的紋理映射（texture mapping）。

在猶他大學期間，Catmull 還創建了一種通過指定一個粗糙多邊形網格來表示一個平滑曲面的新方法。Catmull 的技術在發展真實感圖形和消除 “鋸齒”（原始計算機圖形學的一個特徵，圖形周圍的粗糙邊緣）方面發揮了重要作用。

離開猶他大學後， Catmull 成立了紐約理工學院（NYIT）計算機圖形實驗室，這是美國最早的專用計算機圖形實驗室之一。在那個時候，Catmull 就夢想著製作一部計算機動畫電影。

1979 年，《星球大戰》的導演 George Lucas 聘請了 Catmull，使得他離自己的動畫電影夢又近了一步。在 Lucas 電影公司（LucasFilm），Catmull 及其同事繼續開發 3D 計算機圖形動畫的創新技術，而當時這個行業仍然被傳統的 2D 技術所主導。

1986 年，史蒂夫・喬布斯（Steve Jobs）收購了盧卡斯電影公司（LucasFilm）的計算機動畫部門，並將其更名為皮克斯，Catmull 擔任總裁。

而 Pat Hanrahan 就是 Catmull 執掌皮克斯動畫工作室的第一批員工。

Hanrahan 於 1985 年獲得了威斯康星大學麥迪遜分校的生物物理學博士學位，加入皮克斯動畫工作室之前，還曾在 NYIT 的計算機圖形學實驗室短暫工作過。

在皮克斯動畫工作室期間，Hanrahan 是一種新型圖形系統的首席架構師，該技術可以使用真實的材料屬性和光線來渲染曲線形狀。此係統（後來稱為 RenderMan）的一個關鍵思想是著色器（用於著色 CGI 圖像）。RenderMan 的功能將光反射行為與幾何形狀分開，並計算形狀上各點的顏色、透明度和紋理。RenderMan 系統還結合了 Catmull 早前在該領域做出的貢獻的 Z 緩衝和細分曲面創新。

在皮克斯工作期間， Hanrahan 還開發了體繪圖（volume rendering）技術，該技術使 CGI 藝術家可以渲染 3D 數據集的 2D 投影，例如抽菸。

在 Hanrahan 最常被引用的論文中，Hanrahan 與合著者 Marc Levoy 一起介紹了一種光場渲染技術，這種方法可通過從任意點生成新視圖而沒有深度信息或特徵匹配，從而使觀看者感覺它們正在穿越場景。Hanrahan 還開發了使用次表面散射來描繪皮膚和頭髮的技術，並使用蒙特卡洛射線追蹤技術來渲染複雜的照明效果（所謂的全局照明或 GI）。

1990 年，Hanrahan 在一篇開創性論文中發表了他的 RenderMan 研究。此時，距離計算機硬件發展到可以使用 Hanrahan 的 RenderMan 系統製作完整的 3D 計算機動畫電影《玩具總動員》，還有五年的時間。

在 Catmull 的領導下，皮克斯使用 RenderMan 技術製作了一系列成功的電影。皮克斯還將 RenderMan 授權給其他電影公司，在過去 47 部獲得奧斯卡最佳視覺效果提名的電影中，有 44 部使用了該軟件，其中包括《阿凡達》、《泰坦尼克號》、《美女與野獸》、《指環王》三部曲以及《星球大戰前傳》等。

1989 年，Hanrahan 在離開皮克斯之後進入普林斯頓大學和斯坦福大學擔任學術職務。從 20 世紀 90 年代開始，他和他的研究團隊擴展了 RenderMan 著色語言，使其可以在更強大的 GPU 上實時工作。Hanrahan 和他的學生開發的 GPUs 編程語言，也引起了商業版本（包括 OpenGL 著色語言）的開發，並徹底改變了視頻遊戲的編寫。

GPUs 上廣泛使用的各種著色語言，最終要求 GPUs 硬件設計人員開發更靈活的體系結構。這些架構又反過來使 GPUs 可以用於各種計算環境，包括為高性能計算應用程序運行算法，以及為人工智能應用程序在海量數據集上訓練機器學習算法。特別一提的是，Hanrahan 和他的學生還開發了一種用於 GPU 的語言：Brook，並最終催生了 NVIDIA 的 CUDA。

Catmull 在皮克斯呆了 30 多年，皮克斯後來也成為迪斯尼動畫工作室的子公司。在他的領導下，實驗室的數十名研究人員發明併發布了對計算機動畫電影和計算機圖形產生重大貢獻的基礎技術，包括圖像合成（image compositing）、運動模糊（motion blur）、布料模擬（cloth simulation）等。

玩具總動員、海底總動員、超人總動員、賽車總動員、機器人總動員、飛屋環遊記、尋夢環遊記、怪獸大學、頭腦特工隊等耳熟能詳的動畫電影，均出自皮克斯動畫工作室

Hanrahan 和 Catmull 也因其技術貢獻，而獲得 ACM SIGGRAPH 以及美國電影藝術與科學學院獎項及榮譽。

“計算機界的諾貝爾獎”

圖靈獎（Turing Award），由 ACM 於 1966 年設立，全稱 ACM A.M. 圖靈獎，專門獎勵那些對計算機事業作出重要貢獻的個人。

圖靈獎名稱取自計算機科學先驅、英國科學家艾倫・麥席森・圖靈（Alan M. Turing），這個獎設立目的之一正是為了紀念這位偉大的科學家。

圖靈獎對獲獎者要求極高，評獎程序極嚴，一般每年只獎勵一名計算機科學家，只有極少數年度有兩名在同一方向上做出貢獻的科學家同時獲獎。因此，圖靈獎也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。

每一年的圖靈獎一般在下一年的 3 月頒發，從 1966 年至 2019 年共有 73 名科學家獲此殊榮。其中美國學者最多，此外還有英國、瑞士、荷蘭、以色列等國少數學者。截至目前，獲此殊榮的華人學者僅有 1 位，即 2000 年圖靈獎得主姚期智（2005 年出任香港中文大學博文講座教授，2011 年擔任清華大學交叉信息研究院院長，2017 年轉為中國科學院院士）。

歷年圖靈獎獲得者

據統計，截止 2019 年 3 月，美國斯坦福大學圖靈獎人數（校友或教職工）位列世界第一（27 位）、美國麻省理工學院（26 位）位列世界第二、美國加州大學伯克利分校（25 位）位列世界第三；哈佛大學世界第四（14 位）；卡耐基梅隆大學（13 位）和普林斯頓大學（13 位）並列第五名。

70 多名得主分佈在幾十個小領域，排在前六的領域有：編譯原理、程序設計語言，計算複雜性理論，人工智能，密碼學，以及數據庫。

計算機之父：圖靈

艾倫・麥席森・圖靈（Alan Mathison Turing，1912 年 6 月 23 日－1954 年 6 月 7 日），英國數學家、邏輯學家，被稱為計算機之父，人工智能之父。

1931 年，圖靈進入劍橋大學國王學院，畢業後到美國普林斯頓大學攻讀博士學位。二戰爆發後，圖靈回到劍橋，後曾協助軍方破解德國的著名密碼系統 Enigma，幫助盟軍取得了二戰的勝利。

圖靈提出的著名的圖靈機模型，為現代計算機的邏輯工作方式奠定了基礎。此外，圖靈對於人工智能的發展有諸多貢獻，提出了一種用於判定機器是否具有智能的試驗方法，即圖靈測試。至今，每年都有圖靈測試的比賽。

但不幸的是，二戰結束後，圖靈因同性戀傾向在當時的英國遭受歧視，被政府定罪，被迫接受” 治療 “，職業生涯結束。

1954 年 6 月 7 日，圖靈被發現死於家中的床上，床頭放著一個被咬了一口的蘋果，其中含有氰化物，警方調查後結論為服毒自殺。

直到 2013 年 12 月 24 日，英國司法部長宣佈：圖靈當時受到的判決” 不公，有歧視 “，現已獲得女王伊麗莎白二世的赦免，稱 “女王的赦免是對這位優秀人物的獻禮”。同時，英國前首相卡梅倫表示：圖靈在二戰時破解德軍密碼、拯救國家上發揮了關鍵作用，是一個 “了不起的人”。

2014 年，改編自安德魯・霍奇斯編著傳記《艾倫・圖靈傳》，由本尼迪克特・康伯巴奇主演的傳記電影《模仿遊戲》（The Imitation Game）上映，講述了 “計算機科學之父” 艾倫・圖靈的傳奇人生。該片也一舉獲得第 87 屆奧斯卡金像獎最佳改編劇本獎，以及包括最佳影片、最佳導演、最佳男主角、最佳女配角在內的 7 項提名。

得益於《模仿遊戲》的上映，圖靈的故事才得以更加廣人所知，影片中的圖靈偏執、木訥、驕傲，他的天才令人著迷，他的悲劇讓人嘆息。

更重要的是，圖靈這個名字，開啟了許多人的計算機夢想。

https://www.acm.org/media-center/2020/march/turing-award-2019

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