国际计算机协会近日公布了2019年图灵奖得主。两个皮克斯动画工作室拉汉和卡图姆被正式加冕为“计算机科学的诺贝尔奖”。
图灵奖对获奖条件的要求非常高。一般每年只授予一名计算机科学家，几年后只有两名在同一方向做出贡献的合作者或科学家分享这一奖项。自1966年以来，图灵奖已经颁发了53次，共有73位科学家获此殊荣。与去年的“深度学习”三巨头相比，今年的两位获奖者的作品让大众倍感亲切。《阿凡达》《美女与野兽》《魔戒三部曲》等电影动画都做出了跨时代的技术贡献。
图形最初的梦想-
用电脑重建一切
可汗是著名的计算机科学家，皮克斯动画工作室的联合创始人和前总裁。卡特也是皮克斯动画工作室的创始员工之一，斯坦福大学计算机图形实验室的教授。这一次，ACM主要表彰他们对3D计算机图形学的贡献以及这些技术的革命性影响。
每个人都熟悉电影，但不熟悉计算机图形学。什么是计算机图形学？获胜者韩腊寒的初衷或许可以解释——“我觉得我们可以把抽象的概念、数学、算法变成图像，这是世界上最酷的事情。”
这是计算机图形学与图灵奖时隔32年再次“相遇”。被誉为当代计算机辅助设计之父的伊万·苏泽兰特(Ivan Su Zelante)于1988年获得图灵奖。1963年，他的博士论文题目是《画板:人机交互交流的图形系统》，受到信息论之父香农的赞许。正是在那篇论文中,“计算机图形学”这个术语第一次被使用。
南京大学计算机科学与技术系鲁通教授告诉记者，伊万·苏泽兰特实现了人与计算机之间相对简单的交互。他开发的图形系统具有绘制、拾取和定位图形对象的功能，使人们可以用光笔通过显示器直接与计算机系统进行交互。随后，GUI、CAD等技术相继推出，图形技术产业初具规模。
“简单来说，计算机图形学就是以可视化的形式在人、计算机和现实世界之间搭建一座桥梁。”路桐教授打了个比方。“比如我们在现实生活中用电脑刻画一个人的形象，这和摄影是不一样的。摄影是用计算机视觉捕捉一个固定帧的画面，只有固定视角的成像结果；而计算机图形学则是生成一个360度的‘真人’，换句话说就是‘把人移到计算机前’。”
要把人“搬进”电脑，就要实现人整体的数字化。在计算机图形学领域，数万行代码可能只能完成一个简单的图形实现，难度很大。“比如，如何一根一根地重建人类的头发？头发的形状要一根一根的，不能一根一根的，还要表现出它柔软的质地，合适的颜色，风一吹就会飘动……”路童说，所有这些都需要用计算机图形来建模，并一一描绘出来，以便接近现实。
人只是现实世界中的一个范畴。在现实世界中，千千有花、树、海水、DNA等绝对客观的物体，这需要对物理世界有充分的了解。北京大学陈宝全教授曾经举过一个例子，“比如做树木的三维重建，你要了解很多植物生长的规律。要在屏幕上画水彩画，你需要了解画笔、着色和纸纤维的渗透。”用计算机重建世界，技术门槛还是很高的。
他们改变了一个行业，
技术获得了44项奥斯卡提名。
计算机图形学改变了一个行业，开启了一个时代。可以说，没有计算机图形学，就没有3D动画电影。
我们小时候印象中的动画电影都是怎么拍出来的？“我们用手工绘制一帧帧的场景，然后一帧一帧地上色，让这些连续的画面以每秒25张左右的速度移动，从而生成动画。”路童说，汉拉汉和卡图姆的贡献在于他们在计算机图形学领域多年的工作积累。“简单来说，这两位科学家把计算机里的人做得越来越逼真，他们可以哭，可以笑，可以变老，可以做各种动作。”
ACM官网写道，汉拉汉和卡图姆通过概念、软件和硬件的创新，从根本上影响了计算机图形学领域。他们的工作对电影制作产生了革命性的影响。从25年前的《玩具总动员》到今天，他们创造了一部全新的完全由电脑制作的动画电影。
路桐说，在这些影片中，他们不仅采用了新的建模方法，还加入了新的渲染技术体系。渲染的作用是什么？“数字模型属于几何语言。例如，三角形网格模型没有颜色和光照效果，而添加纹理和渲染可以使模型呈现纹理，从而产生令人愉悦的逼真图形。”
“比如人的皮肤表面的纹理特征，要通过算法自动生成，然后粘贴在模型上，这样看起来就像真的皮肤；比如我们要给环境赋予光影，进一步让搭建的模型和真实场景的效果相匹配，有光影。”路桐介绍，围绕这些方面，两位皮克斯元老做了大量的开创性工作，设计了一系列算法，开发了自己的一些技术体系。
海底总动员，侏罗纪公园，指环王...很多人的《童年回忆》都用过这种跨时代的特效技术。据报道，过去几年奥斯卡视觉效果奖的47项提名中，有44项应用了皮克斯团队的系列技术。凭借他们在计算机图形学领域的研究，他们两人先后获得了七项奥斯卡奖。艺术与科技的完美交汇无人能及。
我们正处于图形和
交互技术的快速发展浪潮。
获得图灵奖后，计算机图形学领域还有什么值得期待的？要知道，当初“用电脑重建一切”的梦想还远未实现。
用谷歌AI负责人杰夫·迪恩(Jeff Dean)的话来说，“他们几十年前开发的技术至今仍是这一领域的标准做法，令人印象深刻。重要的是，它们还将在未来的AR/VR、数据可视化、医学成像等领域产生重要影响。”
微软亚洲研究院网络图形组指出，未来图形将用于机器人、3D打印、虚拟现实、增强现实、数字孪生等场景。
鲁通介绍，目前已经在虚拟现实中得到应用。比如故宫的文物可以通过电脑“活起来”，让清明上河图呈现流动的画面，再现一千多年前的生活场景。所谓增强现实技术，就是我们戴上眼镜，就可以把虚拟计算机图形的虚构场景叠加到手机拍摄的现实世界上。真实世界和图形特效的结合，可以让每个人都有焕然一新的感觉。另外，计算机图形学可以和我们的一些可穿戴设备结合，比如眼镜、头盔，甚至衣服，还有车载设备、医疗设备等。，然后开发各种创新应用。
业内人士指出，随着下一代虚拟现实设备和增强现实设备的出现，现实和虚拟世界将更好地融合，为人类带来一个超现实的世界。
路童说，计算机图形学非常适用，在真实感图形生成、视觉特效和计算机动画方面可以继续走下去，使图形显示更加逼真或个性化。“但我们目前的工作方式仍然是32年前第一位图灵奖获得者工作的延伸和进化。人、计算机和现实世界的关系并没有发生根本的改变。未来，我们也期待计算机图形学的新革命，更自然、更人性化的人机交互，更具革命性和颠覆性的图形生成和显示技术，这些都需要计算机图形学的进一步研究。”
