昨日，美國計算機學會（ACM）宣佈，授予Patrick M. Hanrahan 和 Edwin E. Catmull有著

“計算機界諾貝爾獎”之稱的2019年ACM A.M. 圖靈獎榮譽，以表彰他們對3D計算機圖形學的奠定性貢獻，以及這些技術對 CG成像在電影製作和其他方面應用的革命性影響。

Edwin Catmull 是著名計算機科學家，皮克斯和迪士尼動畫工作室聯合創始人、前總裁，曾參與創辦了現代視覺特效的起源地NYIT計算機圖形實驗室，該實驗室現仍為迪士尼、IBM、HBO、美國娛樂與體育節目電視網（ESPN）等公司管理數字動畫和攝影項目。

Edwin Catmull

Patrick Hanrahan是皮克斯動畫工作室創始員工之一、斯坦福大學計算機圖形學實驗室教授，在加入皮克斯之前，曾在NYIT的計算機圖形學實驗室短暫工作過。

Patrick Hanrahan

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。

從計算機圖形學博士到皮克斯總裁

1973年，Catmull對電影行業做出了第一次貢獻，他自己左手的動畫版本被好萊塢製片放在了1976年的電影《未來世界》裡，這是科幻片《西部世界》的續集，是第一部使用三維計算機圖形的影片。

Catmull於1974年在猶他大學獲得計算機科學博士學位，他的指導老師包括計算機圖形學之父Ivan Sutherland和1988年ACM AM圖靈獎獲得者。

在他的博士學位論文中，Catmull介紹了用於顯示彎曲斑塊而不是多邊形的突破性技術，其中出現了兩項新技術：Z緩衝（當時由Wolfgang Straber進行了描述），用於管理計算機圖形學中的圖像深度座標；以及紋理貼圖，將二維表面紋理包裹在三維對象周圍。

在猶他州時，Catmull還創建了一種通過指定更粗糙的多邊形網格來表示光滑表面的新方法。畢業後，他與吉姆·克拉克（Jim Clark）合作，後者後來在Catmull-Clark細分曲面上找到了Silicon Graphics和Netscape，現在是動畫和電影特效中使用的出色表面補丁。

Catmull的技術在開發照片級逼真的圖形，消除“鋸齒”（形狀周圍的粗糙邊緣）方面起著重要作用，鋸齒是原始計算機圖形的特徵。

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夢想著製作一部計算機動畫電影。1979年，喬治·盧卡斯（George Lucas）聘請了Catmull，在盧卡斯電影公司Catmull及其同事繼續開發3D計算機圖形動畫的創新，而那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（Lucas Film）的計算機動畫部門，並將其更名為皮克斯，Catmull擔任總裁。

Pat Hanrahan就是Catmull在皮克斯的第一批員工。

創造CGI視覺效果標準RenderMan

Pat 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，加入皮克斯之前曾在NYIT的計算機圖形學實驗室短暫工作過。

作為皮克斯的創始員工，Hanrahan擔任皮克斯任新型圖形系統首席架構師，該圖形系統允許使用真實的材質和照明來渲染彎曲的形狀。

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系統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。

在工作期間，Hanrahan還開發了

體積渲染技術，該技術使CGI研究可以通過3D數據集渲染2D投影。Hanrahan與他的合著者Marc Levoy一起在被引用最多的論文中介紹了光場渲染，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的方式，使觀看者感覺它們正在穿越場景。

Hanrahan繼續開發使用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（即全局照明或GI）。

Hanrahan在ACM SIGGRAPH上發表的1990年開創性論文中分享了他的RenderMan研究。然而，要使計算硬件發展到可以使用Hanrahan的RenderMan系統製作全長3D計算機動畫電影《玩具總動員》的程度，還需要五年的時間。

在Catmull的領導下，皮克斯使用RenderMan製作一系列成功的電影，並將RenderMan授權給其他電影公司。此後，幾乎每一部好萊塢電影的CG渲染，都能見到RenderMan的身影。

該軟件被應用於已被提名獲得視覺效果類奧斯卡金像獎的47部電影中的44部，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，RenderMan已經是CGI視覺效果的標準工作流程。

在1989年離開皮克斯後，Hanrahan在普林斯頓大學和斯坦福大學擔任學術職務。從1990年代開始，他和他的學生擴展了RenderMan著色語言，使其可以

在強大GPU上實時工作。

GPU上廣泛使用的著色語言及其多樣性最終要求GPU硬件設計人員開發更靈活的體系結構。這些體系結構又允許GPU用於各種計算環境，包括用於高性能計算應用程序的運行算法，以及在人工智能應用程序的海量數據集上訓練機器學習算法。Hanrahan和他的學生還開發了Brook，這是一種用於GPU的語言，也是NVIDIA開發出CUDA的基礎。

兩人的相遇，創造了歷史

實際上，EdwinCatmull 和 Patrick Hanrahan 通過概念創新和對軟硬件的貢獻，從根本上影響了計算機圖形學領域。二人做出的開創性的技術貢獻對今天的 CGI 發展仍然有著不可或缺的意義。此外，他們對編程圖形處理單元（GPU）的洞察已經超越了計算機圖形，影響了包括數據中心管理和人工智能在內的多個領域。

從 25 年前的《玩具總動員》開始，受二人影響的作品催生了一種全新的完全由電腦動畫製作的故事片類型，對電影製作的革命性影響一直延續至今。

當前，在價值1380億美元的全球電影業中，3D電腦動畫電影廣受歡迎，而 3D計算機圖像也是蓬勃發展的視頻遊戲產業和新興的虛擬現實（VR）和增強現實（AR）領域的核心。

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 onespecialization 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 shadinglanguages 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。