從電腦成像開始

今年的圖靈獎由兩位獲得,分別是Pixar創辦人之一的Edwin Catmull和「天字第一號」員工Patrick Hanrahan。兩人的電腦成像理論,不單開創電腦3D動畫市場,還將技術用於視覺特效、電腦遊戲、VR等娛樂領域,甚至開啟GPU市場。

自從Pixar在1995年製作《反斗奇兵》,開創電腦3D動畫市場後,同一視覺效果軟件RenderMan也廣泛用於電影、電視、廣告等。至今,動畫和視覺特效的全球市場規模達至2,640億美元,而後期製作的市場規模仍在快速發展。

創造兩大重要技術

他們的成就是由Catmull的畢業論文開始。他在1974年獲頒猶他大學電腦科學博士學位,論文提出創新電腦繪圖技術,用彎曲貼圖代替多邊形圖像,令電腦成像不再有鋸齒和粗糙的感覺。基於這個理論,他開發出兩個3D動畫的重要技術:Z緩衝(Z-Buffering)和紋理貼圖(Texture Mapping)。前者在2D畫面上加入三維的深度座標,後者將物件的2D表面,用3D紋理呈現,讓影像變得更逼真。

Catmull畢業後在紐約理工學院(NYIT)成立電腦圖像實驗室(Computer Graphic Lab)實踐其理論,亦是電腦動畫的發源地,後來獲《星球大戰》導演佐治魯卡斯邀請加入LucasFilm繼續研究。至1986年被蘋果公司收購其電腦動畫部門,改名Pixar,Catmull亦出任管理層。

Hanrahan曾在電腦圖像實驗室做過研究人員,之後加入Pixar當架構總監,用Catmull的理論開發渲染軟件RenderMan,計算物料和光源為物件著色。該軟件不單製作動畫,也用於電影特效。自90年代起涉足電影,至今已廣泛被採用,在過去30年幾乎壟斷奧斯卡最佳視覺效果獎。

催生GPU運算

無論電腦3D動畫、視覺效果或電腦遊戲等娛樂產業,都建基在兩人的研究上發展。更意想不到是間接開創GPU市場。

Hanrahan在1990年的ACM SIGGRAPH上發表RenderMan,其時未有足夠硬件支援。幾年後,黃仁勳等人用Catmull和Hanrahan的圖像理論設計GPU,創辦NVIDIA,首批客戶就是Pixar。Hanrahan後來離開Pixar回到大學教書,也開發GPU語言Brook,間接催生平行運算架構。

近年人工智能回暖,亦是靠GPU的平行運算加速訓練機械學習模型。去年的圖靈獎頒給三位研究神經網絡的教授,實踐時也是用上Catmull和Hanrahan的成果。

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