“用计算机“再造”新世界”

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计算机图形学的巨大变革与工业应用密切相关，从动漫制作到游戏开发，再到网络时代的互动，都可见一斑。

一直以来，《寻梦环游记》、《阿凡达》、《美女与野兽》等动画电影，都以生动逼真的画面给人们带来了美好的乐趣。 出乎意料的是，在这样迷人的艺术背后，有两位技术大腕的杰出贡献。 他们是皮克斯的联合创始人，计算机图形科学专家卡特莫尔和斯坦福大学的汉拉罕教授。

最近，国际计算协会( acm )向两人颁发了2019年图灵奖，表彰他们对3d计算机图形的贡献以及这些技术对电影制作和计算机生成图像( cgi )的重要影响。

被称为“计算机界的诺奖”的图灵奖规格非常高，一般一年只授予一名计算机科学家，只有在很少的情况下有两名合作者，或者在同一方向取得重大突破的科学家获得了这一荣誉。 这次颁奖也是继1988年之后，计算机图形学再次加冕。

在物体的各个方面实现形状的数字化

什么是计算机图形学？ 获奖者汉拉汉说:“我认为可以将抽象的概念、数学和算法转换为图像。 这是世界上最酷的事情。 ”可能会泄露消息。

简单地说，计算机图形最初研究了在包括建模、渲染、动画、人机交互在内的计算机上使用代码实现图形的方法，以及使用计算机计算和解决图形的方法 这些技术是各种动态仿真应用的核心技术，可以大大提高虚拟现实系统的沉浸感。 3d计算机图形学的目标是用计算机自动绘制三维物体、人体等，使之尽可能逼真，最好是“假乱真”。

智囊ai事业部部长图灵机器人首席战术官谭茗洲说:“实现这个目标最大的难点之一是绘制曲面，很多物体和人体不是规则的长方体、立方体、球体，而是比较灵活自由的曲面体。 另一个是渲染，即在三维模型上绘制颜色和阴影的过程，照片和视频显示在二维平面上，受到光、颜色、阴影等的影响，在视觉上具有立体感，如何生成自然的颜色和阴影是3d计算机图形最重要的部分。 ”。

计算机要复制3d图像，就必须在物体的360°的各个方面实现形状的数字化。 在计算机图形行业，为了实现简单的图形，可能需要数万行代码。 要建立完美的立体形象就更难了。 人物细微的表情变化、动物栩栩如生的毛发、随风呈现的水流涟漪等，都需要利用计算机图形学的建模方法来一一描绘。 可以说3d动画等于用电脑重建世界，技术门槛极高。

促进计算机技术和电影的“结婚”

在3d动画出现之前，我们看到的2d动画电影都是由一帧固定画面组成的。 例如，视频通常使用24帧，每秒播放24幅画面时，每分钟至少会生成1440幅画面。 我国流传很久的动画电影《大闹天宫》就使用了这样的制作模式，在当时没有数字技术的情况下，光靠手工绘制就花了两年多的时间。 在接下来的几十年中，数字技术逐渐成熟，但即使是今天，2d动画也需要大量的人工手写，需要时间、费用和劳力。

一位业内人士评价说，计算机图形学改变了产业，开创了时代。 如果没有电脑图形，就没有3d动画电影。

从acm的官方公告中可以看到卡特·莫尔和汉拉罕获奖的原因:他们在概念创新和软硬件方面做出了贡献，从根本上影响了计算机图形学，对这些技术在电影制作和cgi等方面的应用产生了革命性的影响。

“1995年出现的第一部3d动画电影《玩具总动员》出自卡特莫尔和汉拉罕之手。 可以说他们创造了全新的、完全由计算机制作的动画电影，促进了计算机技术和电影的“联姻”。 ”。 谭洲说。

卡特莫尔于1974年在犹他大学获得计算机科学博士学位。 在读书的时候，他遇到了导师“计算机图形学之父”伊万·萨瑟兰。 在伊万·萨瑟兰的指导下，他认识到当时新的计算机图形学将成为动画领域的基础，这正好结合了他的两个爱好——计算机和动画。 卡特摩尔创新性地发明了两个计算机图形的基本技术——纹理映射和b样条线，开发了最早的3d显示算法和多边形映射技术，近似了许多复杂的曲面。

在卢卡斯影业，卡特·莫尔和汉拉罕等研究者共同开发了着色技术和相应的软件“渲染者”，计算机成功地将光反射行为和几何形状分离生成了真实的图形，成为了“终结者2 :审判日”和侏罗纪。 卡特莫尔和汉拉罕的技术支持向全世界展示了完全由电脑制作的新动画影像。

正如acm会长凯利·谢利所说，“cgi的图像开发改变了电影的制作和体验方法，对更广泛的娱乐产业也产生了巨大的影响。” 目前，在全球价值1380亿美元的电影领域，3d动画电影已成为热门类型之一。

图灵奖不是计算机图形的终点。

鉴于图灵奖在业界的高地位，一位研究者认为，如果技术发明者被授予图灵奖，证明该行业的原始开拓已经“走到了尽头”，接下来将进入修补和大规模应用的阶段。 今年的获奖者名单一公布，计算机图形学行业的研究者就表示:“计算机图形学结束了！ ”提出顺势疗法。

对此，雪莉表示:“计算机图形学是acm协会中最大、最具活力的研究行业之一。 卡特莫尔和汉拉罕的贡献表明，专用计算技术对其他行业有很大的影响。 例如，汉拉罕正在进行关于gpu (图形解决方案)着色语言的研究，这些语言被用作包括高性能计算行业在内的更广泛行业的通用计算引擎。 ”。

回顾历史，我们会发现，计算机图形学的巨大变革与工业应用密切相关，从动漫制作到游戏开发，再到网络时代的交互，都可以深入看到这一点。 但是时代在迅速发展，技术在进步，应用的诉求也在不断变化。 这些场景的技术开发可能已经满足诉求，但计算机图形学的前景仍然非常广阔。

“必须承认这两位科学家几十年前的研究成果仍然是当前行业的标准。 但更重要的是，这些研究成果将在未来几年影响到ar、vr、数据可视化、教育、医学影像等多个行业。 ”。 谷歌高级研究员、人工智能高级副总裁杰夫·迪恩说。

微软亚洲研究所网络图形组也指出，计算机图形的未来将应用于机器人、3d打印、虚拟现实、增强现实、数字双胞胎等场景。

事实上，计算机图形学目前已经应用于虚拟现实方面，例如故宫展示的“开始动起来”的“清明上河图”，是技术人员使用三维布局恢复算法和虚拟环境组织的做法，将1000多年前的生活场景 这种体验式沉浸式数字艺术，也为以前从中国传来的绘画数字再现开辟了新的思路。

一位业内人士表示，未来我们将期待计算机图形的新革命，出现更自然、以人为本的人机交互方法，以及更革命、更卓越的计算机图形生成与显示技术，这些都将成为现实 (记者华凌)

来源：人民视窗网