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3月18日，國際計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（ACM）公布，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)奠基者Patrick M. Hanrahan和 Edwin Catmull 共同獲2019年圖靈獎(jiǎng)。
ACM 提到，圖靈獎(jiǎng)?lì)C給這兩位，以表彰他們對(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)生成圖像等應(yīng)用的革命性影響。1988年圖靈獎(jiǎng)?lì)C給計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父 Sutherland，2019年 Sutherland 的學(xué)生 Catmull 加入圖靈獎(jiǎng)獲得者行列。
時(shí)隔三十二年，圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科第二次獲獎(jiǎng)，某種意義上是給予圖形學(xué)傳承的一個(gè)肯定。從Sutherland起源，到今天Pat 和 Ed 獲得貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，也無疑給整個(gè)圖形學(xué)社區(qū)帶來了莫大的精神鼓舞，畢竟作為一個(gè)要求碼力超強(qiáng)，理論扎實(shí)的學(xué)科并沒有像計(jì)算機(jī)視覺一樣容易入門。
Edwin Catmull，是著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，皮克斯動(dòng)畫工作室聯(lián)合創(chuàng)始人、前總裁，曾參與創(chuàng)辦了現(xiàn)代視覺特效的起源地 NYIT 計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室。因?yàn)槠浼夹g(shù)，Catmull曾先后 9 次獲得奧斯卡金獎(jiǎng)，影視圈莫不熟知。
Patrick Hanrahan 目前擔(dān)任斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授，但曾也是皮克斯動(dòng)畫工作室創(chuàng)始員工之一。
25年前《玩具總動(dòng)員》家喻戶曉，其背后的皮克斯動(dòng)畫工作室也正風(fēng)生水起，那時(shí)候Catmull 和 Hanrahan就已經(jīng)證明了一項(xiàng)專用的計(jì)算技術(shù)可以對(duì)其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。畢竟，兩位對(duì)《玩具總動(dòng)員》的技術(shù)支持也給世界創(chuàng)造出一種全新的、完全由計(jì)算機(jī)動(dòng)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(dòng)畫效果工作室，才有了獨(dú)立公司皮克斯動(dòng)畫工作室。
喬布斯和這兩位的交集也是那時(shí)候產(chǎn)生的，之后喬布斯借著這家3D電腦動(dòng)畫公司聲名大振， 個(gè)人身價(jià)達(dá)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(shí)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(jì)算機(jī)圖形上的諸多創(chuàng)新集成到了其中。RenderMan確實(shí)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(biāo)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(jì)公園》，以及促進(jìn)了電影《阿凡達(dá)》，《泰坦尼克號(hào)》和《指環(huán)王》三部曲的創(chuàng)作。
沒錯(cuò)，在那個(gè)年代，這兩人對(duì)渲染數(shù)據(jù)的劃分和處理都是“先進(jìn)”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(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)人所做的開創(chuàng)性技術(shù)貢獻(xiàn)，仍是當(dāng)今計(jì)算機(jī)圖形開發(fā)不可或缺的部分。
Hanrahan獲得過很多的獎(jiǎng)項(xiàng)，僅就在渲染和計(jì)算機(jī)圖形研究方面就獲得過三項(xiàng)奧斯卡獎(jiǎng)。1993年 Hanrahan和皮克斯的其他創(chuàng)始員工被授予RenderMan科學(xué)和工程獎(jiǎng)，2004年，他獲得了技術(shù)成就獎(jiǎng).....
.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(xué)生共同創(chuàng)建了Tableau公司，旨在將數(shù)據(jù)運(yùn)算與美觀的圖表完美嫁接在一起。2013年Tableau 進(jìn)行了 IPO，Pat直接實(shí)現(xiàn)了財(cái)富自由，有人估算其身價(jià)十億多美元。
一時(shí)之間，名震四海，不光在學(xué)術(shù)上，十年的商業(yè)經(jīng)歷也極為精彩。曾經(jīng)擔(dān)任圖形和可視化領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議，ACM SIGGRAPH Asia（2014）和IEEE Visualization（2005）會(huì)議主席的北京大學(xué)陳寶權(quán)教授表示，單憑Tableau（Hanrahan大佬的第九家公司）這一項(xiàng)成就，Hanrahan足以再獲一次圖靈獎(jiǎng)，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(xiàn)。
而Catmull的故事也非常耐人尋味，1974年Catmull獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，同年11月，紐約理工學(xué)院創(chuàng)始人便邀請(qǐng)他擔(dān)任紐約理工大學(xué)新成立的計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室的主任。在那里，Catmull組建了一個(gè)致力于2D動(dòng)畫的研究小組，不久后便轉(zhuǎn)向3D計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域，為電影制作開疆?dāng)U土。20世紀(jì)70年代，由于幾個(gè)原因，計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室開始陷入困境，盡管技術(shù)發(fā)展了，但仍然缺乏實(shí)際進(jìn)展。
他的堅(jiān)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(qǐng)他來領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組，研究如何將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、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(dòng)畫業(yè)務(wù)，Catmull便隨業(yè)務(wù)認(rèn)識(shí)了喬布斯。之后，便是和喬布斯共事26年。時(shí)間推進(jìn)到2006年1月，迪士尼收購皮克斯，Catmull也“轉(zhuǎn)”向負(fù)責(zé)振興迪士尼動(dòng)畫工作室。
（雷鋒網(wǎng)）
在那期間，例如奧斯卡金像獎(jiǎng)視覺效果類電影的 44 部，包括《阿凡達(dá)》、《泰坦尼克號(hào)》、《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?jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的建模，動(dòng)畫和渲染方面的開拓性貢獻(xiàn)而獲得IEEE約翰·馮·諾伊曼獎(jiǎng)?wù)隆?018年10月23日，Catmull宣布退出皮克斯和迪斯尼動(dòng)畫公司的計(jì)劃，只是繼續(xù)擔(dān)任顧問，并于2019年7月正式退出。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一次獲得圖靈獎(jiǎng)還是在32年前，當(dāng)時(shí)獲獎(jiǎng)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(dǎo)，并于1963年以論文“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”這一術(shù)語，也證明了交互計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一個(gè)可行的、有用的研究領(lǐng)域。從此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)正式步入科學(xué)研究。所以，信息理論祖師爺?shù)耐降茏隽擞?jì)算機(jī)圖形學(xué)的祖師爺。
跨學(xué)科的傳遞只是一個(gè)開始，一個(gè)新興的學(xué)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(xué)呆了幾年，然后轉(zhuǎn)到猶他大學(xué)任教，而那時(shí)候正是猶他大學(xué)剛剛重建的第二年。Sutherland教授2014年受邀在中國計(jì)算機(jī)大會(huì)做特邀報(bào)告，陳寶權(quán)教授對(duì)他進(jìn)行了一個(gè)多小時(shí)的面對(duì)面采訪（https://www.ituring.com.cn/article/127792）。
從1968年到1974年，6年的時(shí)間，Sutherland將他所有的圖形學(xué)知識(shí)留給了這所大學(xué)，其培養(yǎng)的學(xué)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(xué)領(lǐng)域執(zhí)掌一方的大將。
6年的時(shí)間，培養(yǎng)出了一大批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的開創(chuàng)者，同時(shí)也為一個(gè)學(xué)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(yáng)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(jiǎng)；Jim Clark創(chuàng)建了一個(gè)圖形界面瀏覽器NetScape（網(wǎng)景），之后又創(chuàng)建了第一個(gè)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(xué)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)當(dāng)之無愧的發(fā)源地！
故事并沒有結(jié)束，學(xué)生Catmull接過了Sutherland的接力棒，在猶他大學(xué)打下了物理和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)之后，應(yīng)紐約理工學(xué)院創(chuàng)始人的邀請(qǐng)主持計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)后來被稱為圖形學(xué)黃埔軍校的實(shí)驗(yàn)室給了圖形學(xué)這個(gè)學(xué)科第二次輝煌傳承。
紐約理工大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立于1974年，也就是Catmull博士畢業(yè)的那一年，因?yàn)镃atmull本身亦不俗，所以吸引了一大批對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的慕名者。包括后來和他一塊獲獎(jiǎng)的Hanrahan，還有發(fā)明 α buffer的 Alvy Ray Smith，事實(shí)上若論貢獻(xiàn) Alvy 的成就也足以獲得圖靈獎(jiǎng)。關(guān)于Alvy有一個(gè)小故事。1978年中美正式建交時(shí)，國家主席曾接見過一位叫做“匠白光”的外國科學(xué)家，而這位匠白光正是Alvy。
圖片來自北京大學(xué)陳寶權(quán)教授
NYIT計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室，不僅在技術(shù)上創(chuàng)造了第一個(gè)全色圖形系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了第一個(gè)掃描和上色系統(tǒng)......在人物培養(yǎng)上，對(duì)今天獲獎(jiǎng)的兩位也有著非凡意義！微軟前高級(jí)執(zhí)行副總裁沈向洋博士當(dāng)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(rèn)為：Ed 和 Pat 事業(yè)起步的關(guān)鍵便是跟 Alvy Ray Smith , Jim Blinn (當(dāng)時(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的第一課所用膠片，NYIT Graphics Lab是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)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(huì)變得優(yōu)秀。圖形學(xué)第三次輝煌，便是皮克斯的動(dòng)畫電影時(shí)代了，簡單的時(shí)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(dòng)畫的出品，大家都比較熟悉了。畢竟《阿凡達(dá)》等此類電影讓皮克斯名聲大振的時(shí)候，也在應(yīng)用層面推動(dòng)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)逐步成熟，從最初的渲染到后來的物理模擬，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也經(jīng)歷了理論到應(yīng)用的高光時(shí)刻。
在動(dòng)畫時(shí)代的同時(shí)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也慢慢向著游戲等新興領(lǐng)域進(jìn)發(fā)，這個(gè)過程直到現(xiàn)在還在繼續(xù)，期間衍生了很多新興學(xué)科，包括可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互等都創(chuàng)建了自己的學(xué)術(shù)會(huì)議。
計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，從醫(yī)學(xué)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(shí)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(shí)的研發(fā)部門，為下一代自然場景社交做準(zhǔn)備，而這些基于真實(shí)個(gè)體與場景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也在極大的推進(jìn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展。
粗略來分，圖形學(xué)的五個(gè)時(shí)代，Sutherland 到 Catmull，這一脈傳承，創(chuàng)立并統(tǒng)領(lǐng)了其中三個(gè)。在隨后由游戲和互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)的時(shí)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(jiǎng)時(shí)，網(wǎng)上曾有段子說“某個(gè)領(lǐng)域獲得圖靈獎(jiǎng)，就證明該領(lǐng)域做到頭了”。伴隨著2019年圖靈獎(jiǎng)?lì)C給圖形學(xué)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(yuǎn)未達(dá)到它最初的目標(biāo)一樣，圖形學(xué)離它最原初的夢(mèng)想——用計(jì)算機(jī)重建一切——也還很遙遠(yuǎn)。認(rèn)為圖形學(xué)“Over”之說，往往最根本的原因是——“圖形學(xué)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(xué)的核心科學(xué)問題是在計(jì)算機(jī)中有效的表達(dá)和處理三維世界的各種屬性。圖形學(xué)所處理的三維信息既包括物理真實(shí)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(jì)算機(jī)圖形作為一個(gè)中介，提供了這兩個(gè)世界在計(jì)算機(jī)中的一個(gè)共同的表達(dá)和信息交流渠道。”從這種角度來看，若想做好圖形學(xué)的研究，不光是要會(huì)寫代碼，還要會(huì)寫大量的代碼，因?yàn)閳D形學(xué)的任何一項(xiàng)工作都應(yīng)當(dāng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，這使得計(jì)算機(jī)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(xiàng)很不錯(cuò)的工作；而在做計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，幾萬行代碼卻只能完成一個(gè)簡單的圖形實(shí)現(xiàn)。許多實(shí)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(xué)的研究，還需要對(duì)物理世界有充足的認(rèn)識(shí)，陳寶權(quán)教授舉例說，做樹木的三維重建，往往需要學(xué)習(xí)大量關(guān)于植物生長規(guī)律的知識(shí)；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(shí)。以上這些給圖形學(xué)的研究帶來了極高的門檻，也造成許多學(xué)生從剛接觸圖形學(xué)時(shí)的好玩到接下來的望而生畏。圖形學(xué)研究的難，還不僅表現(xiàn)在能否做出一項(xiàng)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(huì)論文太難了。
以圖形學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議SIGGRAPH為例，盡管SIGGRAPH會(huì)議每年都有幾萬人參會(huì)，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(duì)比，視覺會(huì)議的錄用論文近幾年則往往是以千計(jì)。每年SIGGRAPH參會(huì)人數(shù)都有逾萬人，在體驗(yàn)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。”
圖形學(xué)是一門更加偏向解決實(shí)際問題的學(xué)科，正如我們?cè)谇拔闹刑岬剑瑘D形學(xué)在歷史中的歷次大的變革無不是由工業(yè)應(yīng)用來推動(dòng)，從動(dòng)畫制作，到游戲開發(fā)，到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的交互等。然而時(shí)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(xué)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(xué)未來的應(yīng)用在機(jī)器人、3D打印、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、數(shù)字化孿生等場景。
如何進(jìn)行高效高質(zhì)量的三維內(nèi)容創(chuàng)作？如何進(jìn)行三維世界的實(shí)時(shí)理解與分析？如何開發(fā)大規(guī)模可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)模擬技術(shù)？如何將人機(jī)交互與圖形學(xué)進(jìn)行深度結(jié)合？這些問題，對(duì)于圖形學(xué)領(lǐng)域仍然是巨大的挑戰(zhàn)。
事實(shí)上，目前圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺的研究也存在著一個(gè)趨勢(shì)，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?yàn)閺?Learning 的角度來看視覺的理解，3D 世界是最高的學(xué)習(xí)/認(rèn)知目標(biāo)，只有將研究轉(zhuǎn)到 3D 世界，才能真正觸及到學(xué)習(xí)和認(rèn)知的極限。然而從事這方面的研究，如果不深入圖形表達(dá)，不繼承圖形領(lǐng)域所構(gòu)建的對(duì)3D世界的幾何與物理過程的表達(dá)，視覺智能將難以突破。因此在未來的數(shù)十年中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)毫無疑問會(huì)成為人工智能研究的一個(gè)核心領(lǐng)域。
從90年代中影視娛樂給圖形學(xué)帶來的第一次爆發(fā)，到20世紀(jì)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(xué)將迎來它的第三次爆發(fā)。
圖形學(xué)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(jiǎng)獲獎(jiǎng)，無疑將給整個(gè)圖形學(xué)社區(qū)帶來莫大的精神鼓舞，激勵(lì)再創(chuàng)輝煌。
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