我們經常在奧斯卡頒獎禮上感受到皮克斯的力量，但這一次，它的創始成員登上了圖靈獎的頒獎臺。
機器之心報導，機器之心編輯部。
昨日，ACM（國際計算機協會）宣佈，將 2019 圖靈獎榮譽授予兩位皮克斯聯合創始人、計算機圖形學專家 Patrick M. Hanrahan 和 Edwin E. Catmull。這也是繼 1988 年 IVAN SUTHERLAND 之後，圖形學第二次獲得圖靈獎。
Edwin E. Catmull 與 Patrick M. Hanrahan 均為皮克斯動畫工作室創始成員。Hanrahan 現為史丹佛大學計算機圖形學實驗室教授。Catmull 不僅參與創立了皮克斯，還曾擔任華特 · 迪士尼動漫工作室的總裁，目前已經退休。
據 ACM 官方公告，Catmull 和 Hanrahan 的獲獎理由為：「他們在概念創新和軟硬體方面的貢獻，對計算機圖形學產生了根本性的影響。從 25 年前的《玩具總動員》至今，這種由計算機所繪製的全新故事影片為電影製作帶來了革命性的影響。」
圖靈獎是國際計算機協會（ACM）於 1966 年設立的獎項，專門獎勵對計算機事業作出重要貢獻的個人，有「計算機界諾貝爾獎」之稱，獎金為 100 萬美元，由谷歌贊助。圖靈獎的名稱取自英國數學家、計算機學先驅艾倫·圖靈（Alan M. Turing），他奠定了計算機的數學基礎和侷限性理論。
這一次獲獎的 Catmull 和 Hanrahan 二人，將在 2020 年 6 月 20 日於加利福尼亞州舊金山舉行的 ACM 年度頒獎宴會上，正式接受獎項頒發和 100 萬美元獎金。
在如今全球價值 1380 億美元的電影行業之中，3D 計算機動畫影片是最受歡迎的型別。3D 計算機圖形學的發展，對當前熱門的電子遊戲行業和 VR、AR 等行業都起到了至關重要的作用，而 Catmull 和 Hanrahan 在這一領域做出了開創性的技術貢獻，這些貢獻至今仍是 CGI 影像開發中不可或缺的一部分。此外，他們在 GPU 方面的見解不僅在計算機圖形學方面具備影響力，同時也影響了資料中心管理和人工智慧在內的多個領域。
ACM 主席 Cherri M. Pancake 表示：「CGI 影像開發已經改變了電影製作和體驗的方式，同時也對更廣泛的娛樂產業產生了深遠的影響。我們特別高興大家能夠認可 Pat Hanrahan 和 Ed Catmull 做出的成就，計算機圖形學是 ACM 協會中最大且最具活力的研究領域之一。Hanrahan 和 Catmull 做出的貢獻表明，計算機某個專業領域的進展能夠對領域內其他學科產生深遠影響。例如，Hanrahan 在 GPU 著色語言方面的研究使得這些語言被用作更廣泛領域內的通用計算引擎，包括我自己的高效能運算領域。」
谷歌高階研究員、Google AI 高階副總裁 Jeff Dean 表示：「當今，由於 3D 計算機圖形影像無處不在，我們常常忘記該領域的發展情況如何，就像模擬兩個人打乒乓球的電子遊戲 Pong 一樣，兩條線中間一個點在動，這也是尖端科技。技術雖然一直在進步，但不得不承認 Hanrahan 和 Catmull 數十年前的研究成果依然是現今該領域的標準慣例，這實在是太厲害了。非常重要的一點是，我們應該認識到 CGI 技術的科學貢獻，並讓公眾瞭解這門技術會在未來幾年對 AR、VR、資料視覺化、教育、醫學影像等諸多領域產生影響。」
3D 動畫電影的開山鼻祖
說到這兩位科學家的名字，大家未必覺得耳熟能詳，但你絕對看過他們前公司的「作品」。這家公司叫皮克斯，前身是盧卡斯電影公司旗下的工業光魔公司的電腦動畫部，1986 年被賈伯斯以 1000 美元收購，現在已經成長為全球頂尖的動畫電影公司。
這個片頭你一定見過很多次。
作為一家動畫電影公司，皮克斯開創了一個新的時代。1995 年，該公司上映了世界上第一部 3D 動畫電影——《玩具總動員》。在此之後，越來越多的 3D 動畫電影問世，點燃了全新的電腦動畫工業。
而說到 3D 動畫電影背後的技術功臣，不得不提 Edwin E. Catmul 和 Patrick Hanrahan。
Edwin Catmull。
Catmull 1945 年出生於西弗吉尼亞州西北部的帕克斯堡，後移居猶他州。他最初的動畫夢想來源於《彼得·潘》和《皮諾曹》等迪士尼電影，甚至曾經自己製作過翻書動畫。
但出於現實條件的考量，他最終沒有選擇在電影界入行，而是利用自己在數學方面的天賦，進入猶他大學學習物理和電腦科學，畢業後曾在西雅圖波音公司短暫地擔任程式設計師。
自從 1970 年回到大學攻讀研究生開始，Catmull 就確立了「製作一部計算機動畫電影」的目標。期間，Catmull 建立了一種通過規範粗粒度多邊形網格來表示光滑表面的新方法。此外，在他的博士論文中，Catmull 引入了兩種突破性的技術來顯示曲面補丁，取代了多邊形，它們分別是：管理計算機圖形學中影像深度座標的 Z-buffering；將 2D 表面紋理對映在 3D 物件上的紋理對映（texture mapping）。Catmull 的技術在開發擬真圖形學以及消除「鋸齒狀圖形」方面發揮了重要作用。
在離開猶他大學之後，Catmull 成立了紐約理工學院（NYIT）計算機圖形實驗室，這是美國最早期的專門化計算機圖形實驗室之一。在那個時候，Catmull 就有著製作動畫電影的夢想。
1979 年，執導了星球大戰系列電影的著名導演喬治·盧卡斯（George Lucas）聘請了 Catmull，彼時動畫電影領域還是以傳統 2D 技術為主導，Catmull 及其同事則致力於推動圖形學向真實感影像發展。
在 1986 年賈伯斯收購盧卡斯營業並將其更名為皮克斯動畫工作室後，Catmull 繼續出任總裁職位，並推動了一部又一部經典動畫電影的誕生，如玩具總動員系列、賽車總動員系列、海底總動員以及尋夢環遊記、飛屋環遊記等等。
自 1986 年成立以來，皮克斯動畫工作室就為觀眾獻上了眾多經典的動畫電影。
2008 年，Catmull 獲得奧斯卡戈登·E·索耶獎（奧斯卡獎的特別獎之一），獲獎理由是他在「電腦圖形學上的傑出成就對電影行業所作出的貢獻」。
與 Catmul 相比，Hanrahan 進入皮克斯的時間要稍晚一些。
Hanrahan 1985 年在威斯康星大學麥迪遜分校獲得生物物理學博士學位，隨後在 NYIT 計算機圖形實驗室有過一段工作經歷。1986 年，Hanrahan 進入皮克斯擔任高階科學家，是 Catmull 在皮克斯招募的第一批員工之一。
在皮克斯就職期間，Hanrahan 與 Catmull 等人一起開發了一種新的圖形系統，可以讓製作者利用真實的材料屬性和光照對彎曲的圖形進行渲染。該系統後來被命名為「RenderMan」，這一系統後來被應用於《玩具總動員》、《哈利波特》、《星球大戰》等多部皮克斯動畫電影的渲染設計。
RenderMan 無疑是好萊塢工業中的標準工具。據統計，在 47 部被提名了奧斯卡最佳藝術特效的電影中，44 部使用了這一工具。它主要幫助計算機生成電影中的視覺特效，從簡單的塑料玩具表面紋理到更復雜的物理現象，如皮毛和水花等。
Patrick M. Hanrahan
此外，Hanrahan 還開發了立體渲染技術（olume rendering），該技術可以讓 CGI 繪圖者渲染 3D 資料集的 2D 投影，比如一縷煙霧。
在他最常被引用的一篇論文中，Hanrahan 介紹了光場渲染。這種技術可以讓人產生一種飛過場景的感覺，它從任意點生成新的視角，無需借用深度資訊或特徵匹配。
Hanrahan 還開發了利用次表面散射（subsurface scattering）描繪皮膚和頭髮、利用蒙特卡羅光線追蹤來渲染複雜照明效果的技術。
1990 年，Hanrahan 在 ACM SIGGRAPH 上發表了關於 RenderMan 的研究論文。然而，當時的計算機硬體並沒有達到可以充分利用 Hanrahan 的 RenderMan 系統的水平，所以 5 年之後 3D 電腦動畫電影《玩具總動員》才問世。
1989 年，Hanrahan 離開皮克斯，之後在普林斯頓和史丹佛大學擔任教職。進入 1990 年代之後，Hanrahan 和他的學生擴充套件了 Renderman 著色語言，使得其可以在當時剛打入市場的 GPU 上實時執行。Hanrahan 和他的學生為 GPU 開發的程式語言帶動了商業版著色語言的開發（包括 OpenGL），從而徹底改變了電子遊戲的程式編寫。
GPU 上著色語言的廣泛性和多樣性促使 GPU 硬體設計者開發了更加靈活的架構。這些架構使得 GPU 可用於各種計算環境，包括用於高效能運算應用程式的演算法，以及用於在海量資料集上訓練 ML 演算法等。Hanrahan 和他的學生還發明瞭 Brook，這是一種用於 GPU 的語言，最終間接導致了 CUDA 的誕生。
在皮克斯的 30 多年間，Catmull 領導實驗室的數十名研究人員開發了包括影像合成、運動模糊、布料模擬等多項基礎技術，而 Hanrahan 和 Catmull 二人也均以其技術貢獻獲得過 ACM SIGGRAPH 和美國電影藝術與科學院的獎項。
參考連結：
https://awards.acm.org/about/2019-turing
https://www.wired.com/story/pixar-pioneers-win-computing-industrys-nobel-prize/
https://www.nytimes.com/2020/03/18/technology/pixar-pioneers-win-1-million-turing-award.html?partner=IFTTT