日前，有著“計(jì)算機(jī)界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的2019年度圖靈獎(jiǎng)?lì)C給了兩位計(jì)算機(jī)圖形學(xué)先驅(qū)——派特里克·漢拉汗和愛德·卡特穆爾，以表彰他們對(duì)3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的貢獻(xiàn)，以及這些技術(shù)對(duì)電影制作和計(jì)算機(jī)生成圖像（CGI）等應(yīng)用的革命性影響。兩位獲獎(jiǎng)人擁有一個(gè)共同標(biāo)簽——皮克斯動(dòng)畫公司的“元老”。要是沒有他們，我們與《星球大戰(zhàn)》《阿凡達(dá)》《指環(huán)王》相遇的時(shí)間可能要晚很多。

CGI技術(shù)不僅催生出一種全新的、完全由計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作的影像存在，還對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)可視化、教育、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域帶來許多全新可能——凡是人所能看到的、想到的，大到宇宙，小到病毒，無一不能被它呈現(xiàn)出來，三維動(dòng)畫正在為人類創(chuàng)造一個(gè)新世界。

計(jì)算機(jī)如何生成圖像？兩位圖靈獎(jiǎng)獲得者功不可沒。他們研發(fā)出了一套計(jì)算機(jī)圖像渲染體系，它支持復(fù)雜的燈光和著色器，將光反射行為與幾何形狀分開，并計(jì)算形狀上各點(diǎn)的顏色、透明度和紋理。簡(jiǎn)單來說，就是讓制作者利用真實(shí)的材料屬性和光照對(duì)彎曲的圖形進(jìn)行渲染。而當(dāng)這套系統(tǒng)與越來越快的計(jì)算機(jī)處理能力結(jié)合起來后，一個(gè)全新世界呈現(xiàn)在了世人面前。

CGI會(huì)發(fā)展得如此突飛猛進(jìn)，這背后是計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度大幅提生所帶來的一系列變化。去年出品的三維動(dòng)畫電影《阿麗塔》，其畫面達(dá)到了以假亂真的地步，它的視覺特效鏡頭多達(dá)2600個(gè)，是《阿凡達(dá)》的1.6倍。僅主角阿麗塔的頭上就有超過13.2萬根頭發(fā)、2000根眉毛、480根睫毛，一只眼睛超過900萬個(gè)像素，無論是走路、吃飯還是打斗，動(dòng)畫人物都與真人無異。

但三維動(dòng)畫遠(yuǎn)不止于此，“三維就是真實(shí)存在的、立體的內(nèi)容，動(dòng)畫就是活動(dòng)的影像，因此三維動(dòng)畫的最大優(yōu)勢(shì)就是眼見為實(shí)。”上海漢圖可視化科技公司總經(jīng)理兼創(chuàng)意總監(jiān)吳晟昊說，通過三維動(dòng)畫，可以把原本繁冗復(fù)雜的介紹、講解，難以理解的技術(shù)、原理，統(tǒng)統(tǒng)轉(zhuǎn)換為清晰直觀的視覺語言，信息傳遞效率大大提高。

得益于這一特性，三維動(dòng)畫在教育、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)、科普等領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用，建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域便是其中之一。

在建造上海中心時(shí)，需要將兩萬多塊不同大小曲面的玻璃嚴(yán)絲合縫地懸掛在建筑外。通過“建筑數(shù)字模型BIM”技術(shù)，工程師在電腦上對(duì)玻璃進(jìn)行了預(yù)拼裝，提前解決了10萬個(gè)碰撞點(diǎn)隱患，最終完成了這一不可能完成的任務(wù)。上?？萍拣^去年推出的一個(gè)以中國古代天文技術(shù)為主題的展覽中，一款用三維動(dòng)畫還原天壇建造過程的展品受到了頗多關(guān)注。解說每講到一根柱子，動(dòng)畫便會(huì)將柱子從天壇祈年殿中“移”到人們面前。策展人朱達(dá)一說，用文字說明展品得花很大篇幅，用動(dòng)畫講解既生動(dòng)又直觀。

諾貝爾獎(jiǎng)得主、李政道研究所所長維爾切克也反復(fù)強(qiáng)調(diào)圖像的重要性。他認(rèn)為，圖像越精致，科學(xué)家對(duì)于研究的理解也就越清晰透徹。“現(xiàn)在，物理學(xué)家已經(jīng)能通過電腦建模的方式觀察微觀世界中的粒子以及它們是如何運(yùn)動(dòng)的，這使得量子科學(xué)獲得了極大發(fā)展。”在他看來，人類大腦通過將收集到的光線轉(zhuǎn)化為抽象信號(hào)的處理方式，使“可視化”在認(rèn)知世界中變得尤為重要。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)三維建模也由CGI發(fā)展而來。上海硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)交易中心總經(jīng)理徐步陸表示，在他們所開設(shè)的集成電路課堂上，授課團(tuán)隊(duì)會(huì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)，讓學(xué)員們?cè)谔摂M影像中“看到”光刻機(jī)、刻蝕機(jī)，從而深入理解集成電路的相關(guān)原理和技術(shù)。

事實(shí)上，三維動(dòng)畫技術(shù)的“溢出效應(yīng)”非常明顯。如今，一款工業(yè)產(chǎn)品的誕生已無法離開三維動(dòng)畫的支撐：在研發(fā)階段，可應(yīng)用虛擬仿真手段進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證；在給客戶講解方案的過程中，可將設(shè)計(jì)效果清晰直觀地呈現(xiàn)出來；在實(shí)體產(chǎn)品被生產(chǎn)制造出來之前，可實(shí)現(xiàn)用戶的提前體驗(yàn)、乃至銷售；而在售后環(huán)節(jié)，可結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為客戶提供培訓(xùn)講解或維修指導(dǎo)……

隨著三維動(dòng)畫不斷浸入我們的生活，未來它會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來哪些變化？最想象力“爆表”的一個(gè)預(yù)測(cè)是，當(dāng)人們戴上虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，一按開關(guān)，就能接收到對(duì)方“腦中所想”，這可能就是社交的未來。上海中科計(jì)算研究所所長、浦東新區(qū)科幻協(xié)會(huì)監(jiān)事長孔華威說，在信息時(shí)代，人類面臨著一次信息獲取方式的“進(jìn)化”，以匹配光速傳播的互聯(lián)網(wǎng)信息，虛擬現(xiàn)實(shí)將與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、圖像可視化等技術(shù)一起，促進(jìn)人類溝通方式的改進(jìn)。在劉慈欣創(chuàng)作的科幻小說《鄉(xiāng)村教師》中，“外星人”就質(zhì)疑過地球人居然還在用聲音這一如此“低效”的方式傳遞信息。