可萌可甜，3D计算机图形“燃”起不一样的烟火

科技日报记者 华凌

一直以来，3D动画电影如《寻梦环游记》、《飞屋环游记》及《阿凡达》、《美女与野兽》等生动逼真的画面可萌可甜，给人们带来美好的感受，殊不知引人入胜的背后源自两位技术大腕的锐意创新。3月18日，国际计算机协会（ACM）宣布，将素有“计算机界诺贝尔奖”之称的图灵奖荣誉授予皮克斯两位联合创始人：计算机图形学专家爱德温·卡特莫尔和斯坦福大学教授帕特里克·汉拉罕。这也是继1988年之后，图形学梅开二度获此殊荣。

那么，3D计算机图形学技术的魅力何在；可对哪些领域产生影响；其产业发展状况如何，未来前景怎样？带着相关问题，科技日报记者采访了远望智库AI事业部部长、图灵机器人首席战略官谭茗洲。 

促成计算机技术和电影“联姻”

“1995年第一部3D动画电影《玩具总动员》就是出自卡特莫尔和汉拉罕之手。他们创造了一种全新的、完全由计算机制作的动画电影，可以说，促成了计算机技术和电影‘联姻’。”谭茗洲表示。

据ACM官方公告，这两位科学家的获奖理由为：他们在概念创新和软硬件方面的贡献，对计算机图形学产生根本性的影响。并对这些技术在影视制作和计算机生成图像（CGI）等应用产生革命性影响。

简单地说，计算机图形学主要研究如何在计算机中表示图形，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。内容主要包含建模、渲染、动画和人机交互。这些技术是各类动态仿真应用的核心技术，可以极大提高虚拟现实系统的沉浸感。而3D计算机图形学是指用计算机自动绘制三维的物体、人体等，目标是尽可能逼真，最好能够“以假乱真”，跟真实拍摄的物体一样。

谭茗洲指出，“实现此目标最大难点在于，一是绘制曲面，很多物体和人体不是规则的长方体、正方体或球形，而是相对柔软、自由的曲面；二渲染，即给三维模型绘制颜色和阴影的过程，照片和视频显示在二维平面上，受到光照和颜色、阴影等影响，视觉上会感到它们有立体感，如何生成自然的颜色和阴影就是3D计算机图形学中最关键的部分。”

所幸地是，两位科学家分别将难题攻克，成为 3D动画电影背后的技术功臣：卡特莫尔早在读博士期间就创新性推出绘制三维曲面的方法。后来，他在皮克斯公司一直领导三维动画方向的研究工作；汉拉罕曾在皮克斯工作室工作过，后来担任斯坦福大学教授。1990年他和卡特莫尔等研究人员一起开发出一套着色技术和相应的软件“渲染者”（RenderMan），极大推动3D动画的发展。

谭茗洲说，“其实，这两位科学家首先最要感谢的人应是乔布斯。因此成就他们的动画电影公司皮克斯，前身是卢卡斯电影公司旗下工业光魔公司的电脑动画部，1986年被乔布斯以1000万美元收购，逐渐成长为全球顶尖的动画电影公司，促使越来越多的3D动画电影问世，点燃了全新的电脑动画工业。”

正如ACM主席凯里·谢里所言，“CGI 图像开发改变了电影制作和体验的方式，同时也对更广泛的娱乐产业产生深远影响。”在如今全球价值1380亿美元的电影行业之中，3D计算机动画影片已成为颇受人们欢迎的类型之一。

开创性技术贡献开启更多可能

有研究者认为，如果一项技术的发明者被授予图灵奖，那就说明这个领域的原始开拓“做到头了”，到了修修补补和大规模应用的阶段。今年的奖项公布后，有计算机图形学领域的研究者也喊出“计算机图形学完了！渲染完了！”。然而，很多业内专家并不苟同。

而谢里评价道，“计算机图形学是ACM协会中最大且最具活力的研究领域之一。卡特莫尔和汉拉罕的贡献证明一项专用的计算技术可以对其他领域产生重大影响。例如，汉拉罕使用GPU的着色语言，已经成为了通用型计算引擎，包括高性能、专业化计算领域。”

 “技术虽然一直在进步，但不得不承认这两位科学家数十年前的研究成果依然是现今该领域的标准惯例，这实在是太厉害了。非常重要的一点是，我们应该认识到CGI技术的科学贡献，并让公众了解这门技术会在未来几年对AR、VR、数据可视化、教育、医学影像等诸多领域产生影响。”谷歌高级研究员、人工智能高级副总裁杰夫·狄恩表示。