3D計算機圖形學的先驅

突破背後的男人

在當今的計算機圖形工業中有成千上萬名才華橫溢的藝術家,他們在塑造我們所玩的遊戲和我們觀看他們的藝術作品的電影方面扮演著重要角色。 但每個偉大的數字藝術家背後都有一位電腦科學家,幫助他們完成工作。

在某些情況下,科學家本身就是藝術家,在其他情況下,他們來自完全不相關的學科。 這份名單上每個人都有一個共同點,就是他們以某種方式推動了計算機圖形學。 多年前,當這個行業還處於起步階段時,他們中的一些人奠定了基礎。 其他人提煉技術,為老問題尋找新的解決方案。

他們都是先驅者:

01 10

Ed Catmull

Todd Williamson / Contributor / Getty Images

紋理映射,抗鋸齒,細分曲面,Z緩衝

由於作為皮克斯動畫工作室的共同創始人之一的著名身份,Ed Catmull可能是此列表中最著名的計算機科學家。 任何花費大量時間閱讀計算機圖形學行業的人幾乎肯定會碰到他的名字一兩次,即使對CG技術方面不感興趣的人也可能會看到他在2009年接受了奧斯卡獎的技術成就獎。

除Pixar之外,Catmull對該領域的最大貢獻包括紋理映射的發明(試圖想像一個沒有紋理映射的行業),抗鋸齒算法的開發,細分曲面建模的細化以及關於Z的概念的開創性工作 - 緩衝(深度管理)。

Ed Catmull是真正開始奠定現代計算機圖形工業基礎的首批計算機科學家之一 ,他對這一領域的貢獻確實令人咋舌。 他目前擔任皮克斯和沃爾特迪斯尼動畫工作室的總裁。

02之10

Jim Blinn

維基共享資源

Blinn-Phong著色器模型,凹凸映射

Blinn在NASA開始他的職業生涯,在那裡他負責Voyager任務的可視化工作,然而他在計算機圖形學方面的貢獻出現在1978年,當時他在軟件環境中改變了光與3D表面的交互方式。 他不僅編寫了Blinn-Phong著色器模型,該模型提供了一種在3D模型上計算表面反射的計算便宜(即快速)的方式,他還對凹凸映射的發明進行了評價。

03之10

羅蘭卡朋特和羅伯特庫克

Photoshot / Contributor / Getty Images

雷耶斯渲染

我們的第一對,名單上的Carpenter和Cook是不可分割的,因為他們以共同作者的身份發表了開創性的工作(Ed Catmull也為該研究做出了貢獻)。 這兩人在開發真實感Reyes 渲染架構方面發揮了重要作用,它構成了Pixar極其成功的PhotoRealistic RenderMan軟件包(簡稱PRMan)的基礎。

雷耶斯代表Renders Everything You Ever Saw,仍然廣泛應用於工作室環境中,特別是皮克斯,也是一群雷耶斯衍生品,通常被稱為Renderman兼容渲染器。 對於小型工作室和個人藝術家來說,雷耶斯大多數已經被Mental Ray和VRay等掃描線/光線追踪軟件包所取代。

04年10月

肯佩林

Slaven Vlasic / Stringer / Getty Images

佩林噪聲,超文本,實時角色動畫,基於觸筆的輸入設備

佩林是那些業內重量級人物中的另一位,他們的成就是非常深遠和無價的。 Perlin Noise是一款流行且令人震撼的多功能程序紋理(如在,快速,簡單,不需要紋理圖),幾乎在每個3D軟件包中都標配。 超級紋理 - 能夠實時查看模型紋理的變化 - 是藝術家工具集中節省時間的重要技術之一。 我認為實時角色動畫本身可能是有說服力的。 基於手寫筆的輸入設備 - 嘗試從可靠的Wacom平板電腦中分離數字雕刻機。

這些都是數字藝術家每天使用藝術創作的所有東西。 也許佩林的所有進展都不如說的那麼突破,即紋理映射的發明,但它們都是有價值的。

10的10

Pat Hanrahan&Henrik Wann Jensen

瓦萊麗梅肯/斯特林格/蓋蒂圖片社

亞表面散射,光子映射

曾見過皮克斯的錫玩具,或任何其他早期嘗試照片逼真渲染人物角色的嘗試? 東西看起來不對,對吧? 這是因為人體皮膚並非完全不透明 - 實際上它會傳播,散射或吸收大部分撞擊它的光線,給我們的皮膚帶來微妙的紅色或粉紅色調,血管更靠近表面。 早期的表面著色器無法正確渲染這種效果,導致人物角色看起來死亡或殭屍狀。

次表層散射(SSS)是一種以層次渲染皮膚的陰影技術,每層根據深度貼圖發送不同的環境色調 - 這是Jensen&Hanrahan對該領域的最大貢獻,它對人類角色呈現方式起到了重要作用今天。

光子映射算法由Jensen單獨編寫,並且類似地處理穿過半透明材料的光。 具體而言,光子映射是最常用於模擬穿過玻璃,水或蒸氣的光的兩遍全局照明技術。

這兩人因其在次表面散射方面的工作獲得了技術成就獎。

06年10月

Arthur Appel&Turner Whitted

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光線投射和光線追踪算法

雖然在技術上有兩個獨立的突破,但我們將光線投影(Appel 1968)和後來的光線追踪(Whitted 1979)統稱為單一入門,因為Turner Whitted基本上是在構建和調整Appel多年前所做的工作。

這兩個一起構成了大多數現代渲染技術的基礎,並且已經取代了掃描線渲染器,因為它們能夠更精確地再現自然光照現象,如顏色流失,陰影衰減,折射,反射和景深。 雖然光線追踪渲染器非常準確,但它們最大的缺點一直是(現在仍然是)它們的速度和效率。 但是,如今擁有超強大的CPU和專用圖形硬件,這已經成為一個問題。

07的10

Paul Debevec

Max Morse / Stringer / Getty Images

基於圖像的渲染和建模,HDRI

由於他的突破,Paul Debevec全權負責數以萬計不明智的“未來派汽車坐在空蕩蕩的白色房間裡,但仍然反映出整個環境”的形象。 但他還負責簡化數百名環境,汽車和建築可視化專家的工作流程。

基於圖像的渲染使得可以使用HDRI圖像(環境的360度全景圖像)來生成3D場景的光照圖。 從現實世界的視野中生成燈光地圖意味著藝術家不再需要花費數小時將燈光和反射盒放置在3D場景中,以獲得令人尊敬的渲染效果。

他在基於圖像的建模方面的工作允許從靜態圖像集合中生成3D模型 - 這些技術最初在The Matrix中使用,並且自那時起已在數十部電影中實施。

08年10月

Krishnamurthy&Levoy

斯坦福大學

法線貼圖

從哪裡開始這兩個。 他們的作品可能只包括一個突破,但男孩是一個大的突破。 法線貼圖是基於這樣一種想法:基於模型的表面法線,可以將高度詳細的網格 (具有數百萬個多邊形)與低分辨率多邊形網格進行匹配。

如果你來自一個視覺效果背景,那聽起來可能不會很多,在這個背景下,為單個電影幀投入80個CPU小時的渲染時間並不是聞所未聞。 你可能會說,只需要一個裝滿電腦的倉庫並強行推行它。

但是在整個環境需要每秒渲染60次的遊戲行業呢? 將具有數百萬個多邊形的高度詳細的遊戲環境“烘烤”成低聚實時網格的能力幾乎是當今遊戲看起來非常不錯的唯一原因。 戰爭的齒輪沒有正常的映射? 沒有機會。

09年10月

Ofer Alon&Jack Rimokh

Jason LaVeris / Contributor / Getty Images

成立Pixologic,創建了ZBrush

大約十年前,這些人在創立Pixologic並推出了革命性的建模應用程序ZBrush時搖搖欲墜。 他們單槍匹馬迎來了數字雕塑家的時代,並且出現了數百個非常細緻,質感無瑕的有機3D模型,就像世界上從未見過的那樣。

與常規映射結合使用,ZBrush(以及基於相同概念構建的類似Mudbox的軟件)改變了建模者的工作方式。 現在可以雕刻3D模型,比如它是一塊數字粘土,而不需要按頂點放置多邊形頂點。

我代表各地的建模者,感謝Pixologic。 謝謝。

10 10

威廉·里夫斯

Alberto E. Rodriguez / Staff / Getty Images

運動模糊算法

里夫斯是那些在計算機圖形工業中可以想像得到的每一個帽子的人之一。 他曾擔任John Lasseter開創性的Luxo Jr.短片(皮克斯燈的誕生)的技術總監,並在十一部故事片中扮演重要角色。 他的貢獻通常都是在技術崗位上,但他偶爾會把他的才能當作模特兒,甚至一度成為動畫師。

他最偉大的技術成就以及他名列榜首的真正原因是為了開發第一種算法來成功地模擬計算機動畫中的運動模糊。

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