本文来自微信公众号：学术头条（ID：SciTouTiao），作者：学术君，题图来自：Pixar、Stanford University

ACM（国际计算机协会）今天宣布，授予 Patrick M. Hanrahan 和 Edwin E. Catmull 2019 年 ACM A.M. 图灵奖荣誉，以表彰他们对 3D 计算机图形学的贡献，以及这些技术对电影制作和计算机生成图像（CGI）等应用的革命性影响。

Edwin Catmull 是著名计算机科学家，皮克斯动画工作室联合创始人、前总裁；Patrick Hanrahan 是皮克斯动画工作室创始员工之一，同时也是斯坦福大学计算机图形学实验室教授。

Ed Catmull 和 Pat Hanrahan 通过概念创新以及对软件和硬件的贡献，从根本上影响了计算机图形学领域。他们的作品对电影制作产生了革命性的影响，从 25 年前的《玩具总动员》开始，一直延续到今天，形成了一种全新的电脑动画电影类型，并为当今 3D 动画电影铺平了道路。

如今，在全球 1380 亿美元的电影产业中，3D 电脑动画电影是一种非常受欢迎的类型。3D 计算机图像对于蓬勃发展的视频游戏行业以及新兴的虚拟现实和增强现实领域也至关重要。

Catmull 和 Hanrahan 在技术上做出了开创性的贡献，这些贡献对于当今 CGI 图像的发展仍是不可或缺的一部分。此外，他们对编程图形处理单元（programming graphics processing units ，GPUs）的见解不仅影响了计算机图形学，还影响了包括数据中心管理和人工智能在内的各个领域。

ACM 同时宣布，2020 年 6 月 20 日星期六在加利福尼亚州旧金山举行的 ACM 年度颁奖宴会上，将正式为 Hanrahan 和 Catmull 颁发奖项，两位获奖者也将共同获得 100 万美元奖金。

ACM 主席 Cherri M. Pancake 说：“CGI 改变了电影的制作和体验方式，同时也深刻影响了更广泛的娱乐行业。我们非常高兴认识到 Pat Hanrahan 和 Ed Catmull，因为计算机图形学是 ACM 中最大和最活跃的社区之一，ACM SIGGRAPH 年会就是证明。与此同时，Catmull 和 Hanrahan 的贡献表明，一种在计算专业化的进步（advances in one specialization of computing）可以对其他领域产生重大影响，例如 Hanraha 为 GPUs 开发着色语言（Hanrahan's work with shading languages for GPUs），使其成为广泛领域的通用计算引擎，包括我自己的高性能计算专业。”

谷歌高级研究员、谷歌人工智能高级副总裁 Jeff Dean 表示：“由于 3D 计算机图形技术现在已经非常普及，我们常常忘记这个领域在不久前是什么样子的。虽然技术在不断发展，但是 Hanrahan 和 Catmull 几十年前开发的技术，至今仍是该领域的标准，这给人留下了深刻的印象。表彰 CGI 技术的科学贡献，并让公众了解这样一个在未来几年将影响虚拟与增强现实、数据可视化、教育、医学影像等诸多领域的学科，是十分重要的。”

“Pat Hanrahan 在 3D 建模和图像渲染方面的工作非常杰出，这是让计算机能够可视化的表示图形，让人和计算机可以图形化的交互，应用范围极其广泛，包括：计算机成像、三维动画，甚至网络影像传播也属于这个方向的范畴。这也是 Hanrahan 成为好几家公司首席科学家的原因。”清华大学计算机系教授唐杰对此表示。

两位大佬，一部 3D 动画电影史

Catmull 于 1974 年在犹他大学获得计算机科学博士学位。他的导师包括计算机图形学之父、1988 年 ACM A.M. 图灵奖获得者 Ivan Sutherland。

在他的博士学位论文中，Catmull 引入两种突破性的技术来显示曲面补丁而不是多边形：用于管理计算机图形学中图像深度坐标的 Z 缓冲（Z-buffering）；以及将二维表面纹理映射在三维对象上的纹理映射（texture mapping）。

在犹他大学期间，Catmull 还创建了一种通过指定一个粗糙多边形网格来表示一个平滑曲面的新方法。Catmull 的技术在发展真实感图形和消除 “锯齿”（原始计算机图形学的一个特征，图形周围的粗糙边缘）方面发挥了重要作用。

离开犹他大学后， Catmull 成立了纽约理工学院（NYIT）计算机图形实验室，这是美国最早的专用计算机图形实验室之一。在那个时候，Catmull 就梦想着制作一部计算机动画电影。

1979 年，《星球大战》的导演 George Lucas 聘请了 Catmull，使得他离自己的动画电影梦又近了一步。在 Lucas 电影公司（LucasFilm），Catmull 及其同事继续开发 3D 计算机图形动画的创新技术，而当时这个行业仍然被传统的 2D 技术所主导。

1986 年，史蒂夫・乔布斯（Steve Jobs）收购了卢卡斯电影公司（LucasFilm）的计算机动画部门，并将其更名为皮克斯，Catmull 担任总裁。

而 Pat Hanrahan 就是 Catmull 执掌皮克斯动画工作室的第一批员工。

Hanrahan 于 1985 年获得了威斯康星大学麦迪逊分校的生物物理学博士学位，加入皮克斯动画工作室之前，还曾在 NYIT 的计算机图形学实验室短暂工作过。

在皮克斯动画工作室期间，Hanrahan 是一种新型图形系统的首席架构师，该技术可以使用真实的材料属性和光线来渲染曲线形状。此系统（后来称为 RenderMan）的一个关键思想是着色器（用于着色 CGI 图像）。RenderMan 的功能将光反射行为与几何形状分开，并计算形状上各点的颜色、透明度和纹理。RenderMan 系统还结合了 Catmull 早前在该领域做出的贡献的 Z 缓冲和细分曲面创新。

在皮克斯工作期间， Hanrahan 还开发了体绘图（volume rendering）技术，该技术使 CGI 艺术家可以渲染 3D 数据集的 2D 投影，例如抽烟。

在 Hanrahan 最常被引用的论文中，Hanrahan 与合著者 Marc Levoy 一起介绍了一种光场渲染技术，这种方法可通过从任意点生成新视图而没有深度信息或特征匹配，从而使观看者感觉它们正在穿越场景。Hanrahan 还开发了使用次表面散射来描绘皮肤和头发的技术，并使用蒙特卡洛射线追踪技术来渲染复杂的照明效果（所谓的全局照明或 GI）。

1990 年，Hanrahan 在一篇开创性论文中发表了他的 RenderMan 研究。此时，距离计算机硬件发展到可以使用 Hanrahan 的 RenderMan 系统制作完整的 3D 计算机动画电影《玩具总动员》，还有五年的时间。

在 Catmull 的领导下，皮克斯使用 RenderMan 技术制作了一系列成功的电影。皮克斯还将 RenderMan 授权给其他电影公司，在过去 47 部获得奥斯卡最佳视觉效果提名的电影中，有 44 部使用了该软件，其中包括《阿凡达》、《泰坦尼克号》、《美女与野兽》、《指环王》三部曲以及《星球大战前传》等。

1989 年，Hanrahan 在离开皮克斯之后进入普林斯顿大学和斯坦福大学担任学术职务。从 20 世纪 90 年代开始，他和他的研究团队扩展了 RenderMan 着色语言，使其可以在更强大的 GPU 上实时工作。Hanrahan 和他的学生开发的 GPUs 编程语言，也引起了商业版本（包括 OpenGL 阴影语言）的开发，并彻底改变了视频游戏的编写。

GPUs 上广泛使用的各种着色语言，最终要求 GPUs 硬件设计人员开发更灵活的体系结构。这些架构又反过来使 GPUs 可以用于各种计算环境，包括为高性能计算应用程序运行算法，以及为人工智能应用程序在海量数据集上训练机器学习算法。特别一提的是，Hanrahan 和他的学生还开发了一种用于 GPU 的语言：Brook，并最终催生了 NVIDIA 的 CUDA。

Catmull 在皮克斯呆了 30 多年，皮克斯后来也成为迪斯尼动画工作室的子公司。在他的领导下，实验室的数十名研究人员发明并发布了对计算机动画电影和计算机图形产生重大贡献的基础技术，包括图像合成（image compositing）、运动模糊（motion blur）、布料模拟（cloth simulation）等。

玩具总动员、海底总动员、超人总动员、赛车总动员、机器人总动员、飞屋环游记、寻梦环游记、怪兽大学、头脑特工队等耳熟能详的动画电影，均出自皮克斯动画工作室

Hanrahan 和 Catmull 也因其技术贡献，而获得 ACM SIGGRAPH 以及美国电影艺术与科学学院奖项及荣誉。

“计算机界的诺贝尔奖”

图灵奖（Turing Award），由 ACM 于 1966 年设立，全称 ACM A.M. 图灵奖，专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。

图灵奖名称取自计算机科学先驱、英国科学家艾伦・麦席森・图灵（Alan M. Turing），这个奖设立目的之一正是为了纪念这位伟大的科学家。

图灵奖对获奖者要求极高，评奖程序极严，一般每年只奖励一名计算机科学家，只有极少数年度有两名在同一方向上做出贡献的科学家同时获奖。因此，图灵奖也是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有 “计算机界的诺贝尔奖” 之称。

每一年的图灵奖一般在下一年的 3 月颁发，从 1966 年至 2019 年共有 73 名科学家获此殊荣。其中美国学者最多，此外还有英国、瑞士、荷兰、以色列等国少数学者。截至目前，获此殊荣的华人学者仅有 1 位，即 2000 年图灵奖得主姚期智（2005 年出任香港中文大学博文讲座教授，2011 年担任清华大学交叉信息研究院院长，2017 年转为中国科学院院士）。

历年图灵奖获得者

据统计，截止 2019 年 3 月，美国斯坦福大学图灵奖人数（校友或教职工）位列世界第一（27 位）、美国麻省理工学院（26 位）位列世界第二、美国加州大学伯克利分校（25 位）位列世界第三；哈佛大学世界第四（14 位）；卡耐基梅隆大学（13 位）和普林斯顿大学（13 位）并列第五名。

70 多名得主分布在几十个小领域，排在前六的领域有：编译原理、程序设计语言，计算复杂性理论，人工智能，密码学，以及数据库。

计算机之父：图灵

艾伦・麦席森・图灵（Alan Mathison Turing，1912 年 6 月 23 日－1954 年 6 月 7 日），英国数学家、逻辑学家，被称为计算机之父，人工智能之父。

1931 年，图灵进入剑桥大学国王学院，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位。二战爆发后，图灵回到剑桥，后曾协助军方破解德国的著名密码系统 Enigma，帮助盟军取得了二战的胜利。

图灵提出的著名的图灵机模型，为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。此外，图灵对于人工智能的发展有诸多贡献，提出了一种用于判定机器是否具有智能的试验方法，即图灵测试。至今，每年都有图灵测试的比赛。

但不幸的是，二战结束后，图灵因同性恋倾向在当时的英国遭受歧视，被政府定罪，被迫接受“治疗”，职业生涯结束。

1954 年 6 月 7 日，图灵被发现死于家中的床上，床头放着一个被咬了一口的苹果，其中含有氰化物，警方调查后结论为服毒自杀。

直到 2013 年 12 月 24 日，英国司法部长宣布：图灵当时受到的判决“不公，有歧视”，现已获得女王伊丽莎白二世的赦免，称 “女王的赦免是对这位优秀人物的献礼”。同时，英国前首相卡梅伦表示：图灵在二战时破解德军密码、拯救国家上发挥了关键作用，是一个 “了不起的人”。

图灵及电影中图灵扮演者本尼迪克特・康伯巴奇

2014 年，改编自安德鲁・霍奇斯编著传记《艾伦・图灵传》，由本尼迪克特・康伯巴奇主演的传记电影《模仿游戏》（The Imitation Game）上映，讲述了 “计算机科学之父” 艾伦・图灵的传奇人生。该片也一举获得第 87 届奥斯卡金像奖最佳改编剧本奖，以及包括最佳影片、最佳导演、最佳男主角、最佳女配角在内的 7 项提名。

得益于《模仿游戏》的上映，图灵的故事才得以更加广人所知，影片中的图灵偏执、木讷、骄傲，他的天才令人着迷，他的悲剧让人叹息。

更重要的是，图灵这个名字，开启了许多人的计算机梦想。