2019年圖靈獎得主出爐！兩位3D電腦繪圖先驅獲獎，44部奧斯卡提名電影特效全靠兩人領軍研究

美國電腦協會（ACM）日前宣布2019年圖靈獎得主，分別是史丹佛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程式語言Brook等，都是造就《玩具總動員》、《侏儸紀公園》、《魔戒》、《阿凡達》等精彩電影的關鍵技術。

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、卷積網路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，點出Hanrahan和Catmull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，隨後也加入影業公司LucasFilm，繼續進行3D電腦繪圖研究。1986年，賈伯斯買下了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第一批雇用的職員，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）。

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體。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《鐵達尼號》、《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史丹佛大學任教。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。

不只如此，他與學生開發的GPU程式語言，也造就商業版語言的出現，徹底顛覆遊戲電玩的程式撰寫方式。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也是資料視覺化企業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、動態模糊、布料模擬。文◎王若樸