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昨晚，有着“计算机届诺贝尔奖”之称的2019年度图灵奖颁给了两位计算机图形学先驱——派特里克·汉拉汗和爱德·卡特穆尔，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。两位获奖人拥有一个共同标签——皮克斯动画公司的“元老”。要是没有他们，我们与《玩具总动员》《星球大战》《阿凡达》《指环王》相遇的时间可能要晚很多。

CGI技术不仅催生出一种全新的、完全由计算机动画制作的影像存在，还对虚拟现实与增强现实、数据可视化、教育、医学影像等领域带来许多全新可能——凡是人所能看到的、想到的，大到宇宙，小到病毒，无一不能被它呈现出来，三维动画正在为人类创造一个新世界。

▲EDWIN E.CATMULL（左）和 PATRICK M. HANRAHAN（右）；ACM 将为两人颁出图灵奖奖项和 100 万美元奖金，两人将在 6 月 20 日的 ACM 年度颁奖晚宴上正式领奖（来源：如图示）

当数字图形遇上超强计算，真实还原每一个细节

去年，一部名为《哪吒》的国产三维动画电影狂揽50亿票房，这从一个侧面反映出近年来国内三维动画技术的迅猛发展。而这一领域的起源，要追溯到25年前一部大家耳熟能详的动画电影《玩具总动员》。

▲注定载入电影史册的第一部计算机动画电影《玩具总动员》（来源：《玩具总动员》）

计算机如何生成图像？两位图灵奖获得者功不可没。他们研发出了一套计算机图像渲染体系，它支持复杂的灯光和着色器，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。简单来说，就是让制作者利用真实的材料属性和光照对弯曲的图形进行渲染。而当这套系统与越来越快的计算机处理能力结合起来后，一个全新世界呈现在世人面前。

或许那时没人能想到，CGI会发展得如此突飞猛进，这背后是计算机运行速度大幅提生所带来的一系列变化。去年出品的三维动画电影《阿丽塔》，其画面达到了以假乱真的地步，它的视觉特效镜头多达2600个，是《阿凡达》的1.6倍。仅主角阿丽塔的头上有超过13.2万根头发、2000根眉毛、480根睫毛，一只眼睛超过900万个像素，无论是走路、吃饭还是打斗，动画人物都与真人无异。

“眼见为实”，让人们更好地理解和认知世界

“三维就是真实存在的、立体的内容，动画就是活动的影像，因此三维动画的最大优势就是眼见为实。”上海汉图可视化科技公司总经理兼创意总监吴晟昊说，通过三维动画，可以把原本繁冗复杂的介绍、讲解，难以理解的技术、原理，统统转换为清晰直观的视觉语言，信息传递效率大大提高。

▲上海科技馆展示阿凡达动画的魅力。摄影袁婧

得益于这一特性，三维动画在教育、医疗、工业设计、科普等领域日益得到广泛应用，建筑设计领域便是其中之一。

在建造上海中心时，需要将两万多块不同大小曲面的玻璃严丝合缝地悬挂在建筑外。通过“建筑数字模型BIM”技术，工程师在电脑上对玻璃进行了预拼装，提前解决了10万个碰撞点隐患，最终完成了这一不可能完成的任务。

上海科技馆去年推出的一个以中国古代天文技术为主题的展览中，一款用三维动画还原天坛建造过程的展品受到了颇多关注。解说每讲到一根柱子，动画便会将柱子从天坛祈年殿中“移”出到人们面前。策展人朱达一说，许多天文展品无法直接展出，即便实物展出，用文字说明得花很大篇幅，用动画讲解既生动又直观，科普效果倍增。

诺贝尔奖得主、李政道研究所所长维尔切克也反复强调图像的重要性。他认为，图像越精致，科学家对于研究的理解也就越清晰透彻。“现在，物理学家已经能通过电脑建模的方式观察微观世界中的粒子以及它们是如何运动的，这使得量子科学获得了极大发展。”在他看来，人类大脑通过将收集到的光线转化为抽象信号的处理方式，使“可视化”在认知世界中变得尤为重要。

虚拟现实技术的基础三维建模也由CGI发展而来。上海硅知识产权交易中心总经理徐步陆表示，在他们所开设的集成电路课堂上，授课团队会使用虚拟现实教学，让学员们在虚拟影像中“看到”光刻机、刻蚀机，从而深入理解集成电路的相关原理和技术。

接收对方“所想”，人类沟通或因此而“进化”

事实上，三维动画技术的“溢出效应”非常明显。如今，一款工业产品的诞生已无法离开三维动画的支撑：在研发阶段，可应用虚拟仿真手段进行设计验证；在给客户讲解方案的过程中，可将设计效果清晰直观地呈现出来；在实体产品被生产制造出来之前，可实现用户的提前体验、乃至销售；而在售后环节，可结合虚拟现实技术为客户提供培训讲解或维修指导……

随着三维动画不断浸入我们的生活，未来它会给人们的生产生活带来哪些变化？最想象力“爆表”的一个预测是，当人们戴上虚拟现实眼镜，一按开关，就能接收到对方“脑中所想”，这可能就是社交的未来。

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上海中科计算研究所所长、浦东新区科幻协会监事长孔华威说，在信息时代，人类面临着一次信息获取方式的“进化”，以匹配光速传播的互联网信息，虚拟现实将与神经网络、人工智能、图像可视化等技术一起，促进人类沟通方式的改进。在刘慈欣创作的科幻小说《乡村教师》中，“外星人”就质疑过地球人居然还在用声音这一如此“低效”的方式传递信息。

或许未来我们都将成为“三体人”，当我们想到一个苹果时，对方就能够知道它有多大多圆。

>>>图灵奖

图灵奖（Turing Award），全称“A.M. 图灵奖（A.M Turing Award）”，由美国计算机协会（ACM）于1966年设立，专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。  其名称取自计算机科学的先驱、英国科学家艾伦·麦席森·图灵（Alan M. Turing）。 由于图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序又是极严，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合作者或在同一方向作出贡献的科学家共享此奖。因此它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。

作者：沈湫莎

编辑：许琦敏

责任编辑：任荃

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