美國電腦協會（AMC）日前宣佈 2019 年圖靈獎得主，分別是斯坦福大學電腦繪圖實驗室教授 Patrick M. Hanrahan，以及皮克斯和迪士尼動畫工作室前總裁 Edwin E. Catmull。他們深耕 3D 電腦繪圖 30 多年，期間的研究心血如Z緩衝器、RenderMan 渲染系統、GPU 程序語言 Brook 等，都是造就《玩具總動員》、《侏羅紀公園》、《魔戒》、《阿凡達》等精彩電影的關鍵技術。

2019年圖靈獎得主在3D電腦繪圖領域寫下關鍵里程碑

圖靈獎素有電腦界奧斯卡獎之稱，自 1966 年開辦以來，每年都會選出對電腦領域貢獻傑出的電腦科學家，像是發明全球資訊網 www 的 Tim Berners-Lee、卷積網絡 CNN 之父 Yann LeCun 等。

繼去年聚焦於深度學習，今年，圖靈獎鎖定 3D 電腦繪圖，指出 Hanrahan 和 Catmul l兩人在 3D 電腦繪圖領域的成就，為電腦成像（CGI）帶來革命性突破，不只催生 25 年前第一部動畫電影《玩具總動員》，也讓逼真的電影特效、遊戲畫面和 VR 成為可能。

一篇論文催生 2 種新技術

其中的故事，可從 1970 年代說起。1974 年，Catmull 取得猶他大學電腦科學博士學位，他在畢業論文中，提出了突破性的電腦繪圖技術，可以彎曲的補丁來取代多邊形補丁，消除電腦繪圖中的鋸齒粗糙感。這個技術包括了 Z 緩衝器（Z buffer），可用來決定電腦繪圖中的影像深度座標，再用這些座標來決定物體該顯示的部分。

他還提出另一個關鍵技術，也就是紋理映射（Texture mapping），可將 2D 表面紋理，包覆於 3D 物體上，讓電腦產生的圖像，看起來更加逼真。

離開學校後，他成立了紐約理工學院電腦繪圖實驗室，隨後也加入電影公司 LucasFilm，繼續進行 3D 電腦繪圖研究。1986 年，喬布斯買下了 LucasFilm 的電腦動畫部門，並改名為皮克斯（Pixar），由 Catmull 擔任總裁，帶領團隊研發新技術。

一套關鍵系統，成為數十年動畫電影標準配備

就在這一年，Hanrahan 加入了皮克斯，不僅是 Catmull 第一批僱用的職員，更擔任當時新繪圖系統的首席架構師。這套系統是 RenderMan 的雛形，可利用真實的材料和照明，來渲染彎曲的形體；其中的關鍵，就是用於 CGI 影像的著色器（Shaders）。

皮克斯經典的開場片頭（LOGO）

與此同時，Hanrahan 也研發不同技術，像是立體渲染（Volume rendering），能將平面投影堆疊為 3D 立體圖形，這也是醫療 MRI 和電腦斷層掃描（CT）後來運用的技術。此外，他也發表了光場渲染（Light field rendering），這個方法讓觀眾覺得自己正穿越不同場景。

1990 年，他在美國電腦協會的圖像技術研討會 SIGGRAPH 上，發表了重磅 RenderMan 論文。 RenderMan 可分離光線反射和幾何形體，能計算形體上各點的顏色、透明度和紋理。此外， RenderMan 也融合了 Catmull 早年研發的技術，比如 Z 緩衝器等。

自此，RenderMan 成為 CGI 視覺效果的標準工作流程，也是第一個獲得奧斯卡科技成就獎的軟件。過去獲得奧斯卡金像獎提名的 47 部電影中，有 44 部使用 RenderMan，像是《泰坦尼克號》、《魔戒》、《阿凡達》、《美女與野獸》和《星際大戰》等。

精益求精，開發 GPU 專用語言更催生 Nvidia CUDA

後來，Hanrahan 離開業界，轉至普林斯頓大學和斯坦福大學任教。1990 年代，他與學生擴展了 RenderMan 的著色語言，能即時利用 GPU 資源來實作電腦繪圖任務。

Nvidia CUDA

不只如此，他與學生開發的 GPU 語言，也造就商業版語言的出現，徹底顛覆遊戲電玩的程序編寫方式。而他與學生開發的 GPU 語言 Brook，也間接催生了 Nvidia 的平行運算架構和模型 CUDA。

除了任教，Hanrahan 也是數據視覺化企業 Tableau 的共同創辦人。而 Catmull 則持續於皮克斯任職，期間，迪士尼動畫工作室收購皮克斯，Catmull 也繼續帶領團隊研發新技術，像是影像合成、動態模煳、布料模擬。

閱讀更多 AI智慧 的文章

關鍵字: 皮克斯動畫工作室 圖靈獎 特效