皮克斯两元老齐获图灵奖，乔布斯的种子开花了

作者|云希 沛林 来源|杭派工程师(ID：hpgcsv)

美国当地时间3月18日，艾德.卡特姆（Edwin E. Catmull）和帕特里克.汉拉汉（Pat .Hanrahan）成为新晋图灵奖得主。

他们引领了计算机图像技术，让电脑制作动画成为可能，改变了电影产业，同为皮克斯创始元老，让桀骜不驯的乔布斯赞不绝口。

他们用自己的天才创建了一个3D世界，一个浓缩的宇宙，其中喧嚣纷乱却又生动可信的现实，映射了一片大陆及其人民的喜怒哀愁。

希望每一个痴迷过或沉浸在迪士尼和好莱坞大片中的人，都能记得他们的名字。

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1986年2月的一天，被自己创立的苹果公司踢出局的史蒂夫.乔布斯完成了收购皮克斯的协议，走出会议室，张开双臂揽住艾德.卡特姆，“以后的路还很长，无论未来如何，我们都要彼此肝胆相照。”

这之后25年里，他们果真如此，携手缔造了皮克斯的传奇。

卡特姆出生于1945年美国盐湖城一个中产家庭，从小痴迷动画。11岁那年，他便决定投身动画事业。高中时代的他便会直勾勾盯着花瓶和椅子发愣，把它们画在本子上，后来还自己搭建了一架动画制作台，制作了动画翻页书。

可惜天赋有限，在手绘动画时代，他对做一个好画师一窍不通，反倒在物理专业一骑绝尘，获得了美国犹他大学物理和计算机科学双学位，研究生阶段又师承“计算机图形学之父”伊万.萨瑟兰。

伊万在麻省理工攻读博士期间，就研发出了Sketchpad：人机图形通信系统。这为CAD等计算机辅助设计系统的出现奠定了基础。1968年，他还发明了世界上第一个头戴式“头盔显示器”，被称为“VR之父”。

他博士论文的答辩获得了包括计算机信息论创始人香农等一众大佬的盛赞。

人工智能圈有个段子，如果图灵是AI之父，那么香农就是AI舅老爷。

香农的成就完全值得同爱因斯坦和图灵比较。科学作家威廉·庞德斯通说，“在贝尔实验室和麻省理工学院，有很多人拿香农的洞察力和爱因斯坦的作比较。其他人发现，这种比较不公平，对香农不公平。”

当香农1985年出人意料地现身于一次信息理论会议上时，会议主席表示：“就好像牛顿出现在一个物理会议上。”

因为信息论是现代数码科技的基础，让一切都能以数码形式展现。           

正所谓名师出高徒，卡特姆的学术功底自然不容小觑。

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果不其然。在伊万团队，卡特姆用电脑绘制出了第一部3D短片——《手》。

当时，计算机连平面都显示不清，曲面算法也不成熟，只能制作简单立方体和锥状物。而人的手部没有一处平面，要转换成数字极为不易。

卡特姆在模型上画了500多个三角形和多角形，测出每个角的坐标，输入自己编写的三维动画程序，让这只手动了起来。4分钟的影片投入了6万分钟制作时间，引发不小轰动，还被引用到1976年电影《未来世界》中。

卡特姆正在建模

图源：《创新公司：皮克斯的启示》

他随后还研究出了“分割表面”、“材质贴图”。前者通过将物体表面分割成小块来呈现和上色，用以重塑物体；而后者则可以在物体表面覆上图像。

不过最重要的还是“Z缓存”技术，让一个物体被另一个物体遮盖时，就像肉眼看到那样，只呈现不被遮挡的部分。现在，全球的电脑游戏和芯片都应用了这一技术。

一鸣惊人的卡特姆顺利拿到了博士学位，担任了纽约理工大学新成立的计算机图形学实验室主管，立志用电脑制作一部三维动画。

同一时期，史蒂夫.乔布斯在地下车库成立了苹果，立志要改变世界。

这两个目标一度都很遥远。

当时人们，乃至娱乐巨头迪士尼，都对电脑动画（CG）和3D动画毫无概念。高科技与好莱坞的制作融合更是没影儿的事，电影界没有任何人对此表现出一丁点儿的投资意向。

直到一部大片的出现，打破了这个局面。

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那就是划时代的《星球大战》。

1977年5月25日，该片横空出世，完成了无数人好莱坞大片的启蒙，它对视觉特效和声效技术的运用永远地改变了电影行业。

编剧、导演乔治.卢卡斯决定开设计算机分部。当务之急就是找到一个既懂电脑又懂绘图的人。

和卢卡斯这样炙手可热的大导演合作，让坐了多年冷板凳的计算机绘图人士趋之若鹜。

严格说起来，卡特姆并不是最优秀的候选者，之所以能赢得这份工作，真是全靠人品。

面试时，卢卡斯的助手问卡特姆，除了他自己还有没有其他合适人选。

卡特姆想都没想就说出了几个人的名字。而他的竞争对手全部选择了沉默。

艾德.卡特姆

于是1979年，卡特姆加入了卢卡斯影业。此时，乔布斯的苹果Ⅱ艳惊四座，成为人类历史上第一台个人电脑。IBM等硅谷企业生产的工作站计算机也登上历史舞台。

那真是一个人类想象力和创造力竞相迸发的黄金岁月。

卡特姆在卢卡斯影业组建了一个团队，他们用4年时间研制出可以用计算机进行蓝屏抠图的机器，并将其命名为皮克斯图像电脑。

皮克斯（Pixar），这个名字的起源颇有意思，是一个妥协的产物。当时一名研发人员喜欢西班牙语风格的“Laser”，所以结合制图“Pix”造出了“Pixer”，而另一名研发人员则喜欢“Radar”，因为更有科技范儿。两人拉锯许久，最终决定用“Pixar”。

皮克斯有一款的制图程序叫Reyes，取自renders everything you ever saw （眼见一切，尽可制图）的首字母。这款软件让迪士尼的一名画师心动不已。他就是约翰.拉塞尔，皮克斯未来的创意总监。

当时拉塞尔准备制作一部叫作《电器小英雄》的影片，他希望此片将手绘动画与电脑生成的背景相结合，而Reyes正中下怀。

诡异的是，这个提议不仅被迪士尼驳回，还让拉塞尔直接丢了饭碗。这位失意的动画师在卡特姆邀请下加入了卢卡斯影业计算机部门，并制作出了第一部2分钟的三维动画短片《安德烈和威利的冒险》。

当这部片子在学者、教育家、艺术家和程序员齐聚一堂的美国计算机协会计算机绘图专业组大会播放后，拉塞尔声名大噪，并引起了乔布斯的关注。

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与此同时，大导演卢卡斯正与妻子离婚，资金紧缺，决定卖掉卢卡斯影业计算机部门。

卡特姆联合他人买下了这个部门并寻求新的金主接盘。

整整一年，卡特姆四处推销，但无果，因为没人觉得这个部门可能会盈利。为了生存，他差点把皮克斯卖给通用汽车进行模型制造。

眼看皮克斯就要跟动画没有任何关系，卡特姆遇到了乔布斯，后者还对拉塞尔念念不忘呢。

1986年，乔布斯用1000万美金买下了奄奄一息的皮克斯。三个失意人凑在一起，终于要干出惊天动地的大事。

此前，乔布斯也经历了暗无天日的一年。1985年9月，他被苹果董事会扫地出门，“分手费”是650万股股票，最高时期价值1.35亿美金。用这笔钱，乔布斯以复仇之姿创立了“NeXT”电脑公司。

为了展示皮克斯的软硬件实力，卡特姆和乔布斯让拉塞尔再制作一部短片，在1986年的计算机绘图大会上播放。

这一次，拉塞尔用自己桌子上的台灯作为图像渲染模型，做出了《顽皮跳跳灯》，这个形象就是现在皮克斯的标识。它在当年获得了奥斯卡提名，虽然没有获奖，却让乔布斯决心每年制作一部新的动画短片。

也是在这一年，卡特姆遇到了帕特里克.汉拉汉，两人将皮克斯的图像技术推向世界之巅。

不过，当时皮克斯的财务状况并不乐观，乔布斯想让卡特姆出售皮克斯制图电脑，却只卖出可怜的300台。硬件、软件、动画部门全都在烧钱。

被迫离开苹果公司、新创的NeXT不见起色、收购的皮克斯只出不进，乔布斯不得不下定决心大规模裁员，并且只支付微薄的遣散费。不过他在残酷地削减其他部门预算时，却一直在保护着动画部门，将省出的钱给拉塞尔制作下一部电影。

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饶是如此，还是入不敷出。

撑到了1988年春，乔布斯实在是资金紧张。他又召开了一次会议，宣布全面削减开支。

那次会议让拉塞尔非常害怕，几乎不敢开口向乔布斯要更多钱来完成一部动画片的下半部分。不过卡特姆最终还是将满脸疑虑的乔布斯带到了动画部门，让拉塞尔尽力展示自己的故事构思。

这个故事感染了乔布斯，他决定自己掏出30万美元支持他。“我只要求一件事，”他对拉塞尔说，“约翰，把它做好。”

这部电影就是《锡铁小兵》。卡特姆的电脑技术让这个玩具活灵活现，逼真得像拥有了和人类一样的生命和感情。它获得了1988年奥斯卡最佳动画短片奖，也是首部获此殊荣的电脑制作短片。

迪士尼开始频频邀请拉塞尔回巢。但拉塞尔对卡特姆说：“我可以回去当个动画总监，也可以留下来，创造历史”。

一语成真。

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1989年，卡特姆和汉拉汉创造了图像技术的历史。他们用3年时间，打造出了RenderMan（渲染者）图形系统。

与卡特姆相比，汉拉汉进入皮克斯的时间要稍晚一些。

汉拉汉在威斯康星州长大，1985年获得了威斯康星大学麦迪逊分校的生物物理学博士学位，随后在纽约理工大学的计算机图形学实验室短暂工作过。1986 年，他进入皮克斯担任高级科学家，是卡特姆在皮克斯招募的第一批员工之一。

汉拉汉

在3D动画制作中，将三维画面绘制到计算机中的过程即为渲染。为了逼真，制作者要渲染出表面的材质、特效，光线的直射、反射、折射所形成的细微差异，而人物的毛发、每次动作对肌肉的影响程度，也要在绘制中表现出来。

RenderMan汇聚了卡特姆自博士以来研发的技术，让制作者能利用真实的材料属性和光照对弯曲的图形进行渲染。汉拉汉还在其中添加了着色语言等重要技术，使渲染效果更加逼真简易。

这个系统问世后之后成为好莱坞的标配渲染器，在过去47部获得奥斯卡视觉特效提名的电影中，包括《泰坦尼克号》、《阿凡达》在内的44部都用到了它。

而这些三维构建技术，不仅在电影，也在如今的医疗、教育和人工智能领域大放异彩。

2019年，阿里巴巴达摩院医疗AI可充分利用三维空间特征，在0.5秒内自动提取单根心脏冠脉，医生可从重建的影像中快速发现病灶。

2020年新冠疫情骤然爆发，阿里巴巴达摩院推出AI诊疗助手，20秒便能确诊，准确率高达96%，迅即在全国160多家医院上线，累计诊断了26万病例。

这些都是计算机图像技术的发展成果。

只不过，汉拉汉打造出RenderMan时，可没想到这些，而且他同年便离开了皮克斯。

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到1991年，乔布斯共为皮克斯投入了5400万美元。这是他可以稍微放松和自由探索的乐园，他愿意为此倾尽全力。

而此时，迪士尼在《小美人鱼》的辉煌后，已经很久没有拿得出手的电影，当皮克斯面临弹尽粮绝时，迪士尼找上门来。他们挖不走拉塞尔，于是选择和皮克斯合作。

谈判持续了好几个月，皮克斯濒临破产，迪士尼却资金雄厚，但面对对方提出要用皮克斯专利技术制作3D动画时，乔布斯强势出击，严词拒绝，保护着孱弱的皮克斯。

1991年5月，皮克斯开始筹备《玩具总动员》，灵感来自拉塞尔和乔布斯的共同信念：产品是有灵魂的。

每隔两周，拉塞尔和卡特姆就要赶去迪士尼给合作伙伴看样片。卡特姆的图像技术惊艳众人。有一幕胡迪坐在梳妆台上，光透过百叶窗洒进，影子投在他的格子衫上，这是只有靠计算机渲染才能完成的效果。

但电影制作却充满曲折。

起初迪士尼不满意主角胡迪的人设，想让他变得尖锐以制造冲突。卡特姆和拉塞尔只能屈服，将胡迪改成了一个充满嫉妒心的暴君。

1993年11月，他们将面目全非的胡迪带到了迪士尼，结果是一团糟，迪士尼决定停止制作。

一时之间皮克斯人心惶惶，而乔布斯又站在了他们这边，决定继续用个人资金支持影片：“我们把他（即迪士尼）踢出去，按照自己希望的去做。”

终于，历经几个月的艰难重造，改头换面的胡迪获得了众人的喜爱，影片在1994年2月恢复制作。

1995年11月，《玩具总动员》上映一周便收回了成本，登顶了年度票房冠军，全球票房3.62亿美元。

随着胡迪那声“飞越太空，宇宙无限”，皮克斯也正式开始了在动画宇宙的征程。从《海底总动员》、《飞屋环游记》到如今风靡世界的《冰雪奇缘》，没有人可以抗拒皮克斯动画的魅力。

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汉拉汉在离开皮克斯后，在普林斯顿大学和斯坦福大学担任教职，继续从事计算机图像技术的研究。

从1990年开始，他和学生一直致力于扩展RenderMan的规范，让它可以在GPU上工作。他们开发了GPU语言，促进了GPU在各种计算环境下使用，包括运行高性能和机器学习算法。

这一突破，进一步推动了AI制药、无人驾驶等领域的发展。

当科研机构用虚拟筛选技术和分子动力学技术模拟出各种分子和化合物时，只有在超性能计算环境下的GPU才能完成如此巨大的图形处理任务。

这也是为什么，在2020年新冠疫情中，阿里云宣布向科研开放高性能算力，推动新冠药物和疫苗研发的原因。

2003年，汉拉汉作为首席科学家职位，与人共同创立了Tableau Software公司。

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2006年，在乔布斯的推动下，迪士尼以74亿美元收购了皮克斯。

那时他已经罹患胰腺癌3年，身体一天比一天弱。在生命的最后阶段，他为皮克斯找到了一座强有力的靠山。顺利完成并购的那天，走进办公室，乔布斯抱着卡特姆和拉塞尔哭了起来。

前排左起：皮克斯创意执行副总裁约翰.拉塞尔、皮克斯首席执行官史蒂夫.乔布斯、迪士尼首席执行官鲍勃.伊格尔和皮克斯总裁艾德.卡特姆，于2006年1月24日同聚皮克斯中庭，宣布迪士尼并购皮克斯的决定，版权归皮克斯所有。摄影：戴博拉.科尔曼

乔布斯曾对卡特姆说，苹果的产品做的再好，最终也难逃被丢弃在垃圾填埋场的命运。而皮克斯的电影却是永恒的。

2007的一天，卡特姆和拉塞尔驾车到苹果和乔布斯共进晚餐。他们被带到一间安全屋，里面存放着苹果的绝密产品，它就是Iphone。

在走出安全屋时，乔布斯告诉卡特姆，在他离开前，有3个目标，第一个就是把iphone以及其他几件产品做出来，因为他相信，这些产品能为苹果未来打下坚实基础；第二个就是保持住皮克斯的发展势头；最后也是最重要，就是让他的三个年幼的孩子踏上正途。

他全都做到了。

2011年8月，乔布斯和卡特姆通了最后一个电话。他告诉卡特姆，能成为皮克斯辉煌成就的一部分，深感荣幸。

6周后，乔布斯辞世。卡特姆记得，乔布斯曾经说过，如果有来世，他想成为皮克斯的导演。

9年后， ACM（国际计算机协会）正式宣布，将2019图灵奖荣誉授予皮克斯联合创始人、计算机图形学专家汉拉汉和卡特姆。因其在 3D（三维计算机）图形学方面做出重要贡献，以及这些技术对电影制作和计算机生成图像等应用的革命性影响而获此殊荣。

这个关于梦想的故事终于有了一个美好的结局。

江湖再无乔帮主，但他留下的想象仍在继续，30年前种下的那颗种子，到底是开花结果了。

参考文献：

1.《史蒂夫.乔布斯传》, 沃尔特.艾萨克森，中信出版社

2.《创新公司：皮克斯的启示》，艾德.卡特姆，中信出版社

3.《用肝肺检测覆盖近千万患者后，阿里AI医生将“触角”伸到心血管识别》，36氪

4. 阿里云、钛媒体、量子位、新智元官方微信号

编者按：本文转载自微信公众号：杭派工程师(ID：hpgcsv)，作者：云希 沛林