Press "Enter" to skip to content

1 Million US-Dollar „Nobelpreis für Computer“ an Pioniere der modernen Computergrafik

Spielzeuggeschichte

Das von Pixrahan und Catmull bei Pixar entwickelte RenderMan-Grafiksystem wurde verwendet, um „Toy Story“ (1995), den ersten computeranimierten Film in voller Länge, zu erstellen. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Pixar Animation Studios

Hanrahan und Catmulls Anerkennung für Innovationen ebneten den Weg für die heutigen 3D-Animationsfilme mit ACM A.M. Turing Award.

ACM, die Association for Computing Machinery, hat heute Patrick M. (Pat) Hanrahan und Edwin E. (Ed) Catmull als Empfänger der ACM A.M. 2019 benannt. Turing Award für grundlegende Beiträge zur 3D-Computergrafik und die revolutionären Auswirkungen dieser Techniken auf computergenerierte Bilder (CGI) beim Filmemachen und anderen Anwendungen. Catmull ist Informatiker und ehemaliger Präsident von Pixar und Disney Animation Studios. Hanrahan, Gründungsmitarbeiter bei Pixar, ist Professor am Computer Graphics Laboratory der Stanford University.

Ed Catmull und Pat Hanrahan haben das Gebiet der Computergrafik durch konzeptionelle Innovationen und Beiträge zu Software und Hardware grundlegend beeinflusst. Ihre Arbeit hat das Filmemachen revolutionär beeinflusst und zu einem neuen Genre vollständig computeranimierter Spielfilme geführt, das vor 25 Jahren mit Toy Story begann und bis heute andauert.

Heute sind computeranimierte 3D-Filme ein äußerst beliebtes Genre in der weltweiten Filmindustrie mit einem Umsatz von 138 Milliarden US-Dollar. 3D-Computerbilder spielen auch eine zentrale Rolle in der boomenden Videospielbranche sowie in den aufstrebenden Bereichen Virtual Reality und Augmented Reality. Catmull und Hanrahan leisteten wegweisende technische Beiträge, die für die Entwicklung der heutigen CGI-Bilder von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus hatten ihre Einblicke in die Programmierung von Grafikprozessoren (GPUs) Auswirkungen über die Computergrafik hinaus und wirkten sich auf verschiedene Bereiche aus, einschließlich der Verwaltung von Rechenzentren und künstlicher Intelligenz.

Edwin Catmull und Patrick Hanrahan

Edwin E. Catmull (links) und Patrick M. Hanrahan (rechts) wurden zu Empfängern der ACM A.M. 2019 ernannt. Turing Award, der oft als „Nobelpreis für Computer“ bezeichnet wird, für ihre Beiträge zur Computergrafik. Bildnachweis von Catmull: Deborah Coleman / Pixar Hanrahan Bildnachweis: Andrew Brodhead / Stanford University

Die ACM A.M. Der Turing-Preis, der oft als „Nobelpreis für Computer“ bezeichnet wird und mit einer finanziellen Unterstützung von Google, Inc., in Höhe von 1 Million US-Dollar dotiert ist. Er ist nach Alan M. Turing benannt, dem britischen Mathematiker, der die mathematischen Grundlagen und Grenzen formuliert hat des Rechnens. Hanrahan und Catmull erhalten offiziell die ACM A.M. Turing Award beim jährlichen ACM-Preisbankett am Samstag, 20. Juni 2020 in San Francisco, Kalifornien.

“CGI hat die Art und Weise, wie Filme gemacht und erlebt werden, verändert und gleichzeitig die breitere Unterhaltungsindustrie tiefgreifend beeinflusst”, sagte Cherri M. Pancake, Präsident von ACM. „Wir freuen uns besonders, Pat Hanrahan und Ed Catmull anzuerkennen, da Computergrafik eine der größten und dynamischsten Communities innerhalb von ACM ist, wie die jährliche ACM SIGGRAPH-Konferenz zeigt. Gleichzeitig zeigen die Beiträge von Catmull und Hanrahan, dass Fortschritte in einer Spezialisierung auf Computer einen erheblichen Einfluss auf andere Bereiche des Fachgebiets haben können. Zum Beispiel hat Hanrahans Arbeit mit Shading-Sprachen für GPUs dazu geführt, dass sie als Allzweck-Computer-Engines für eine Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, einschließlich meiner eigenen Spezialisierung auf Hochleistungs-Computing. “

„Weil 3D-Computergrafiken heute so allgegenwärtig sind, vergessen wir oft, wie das Feld vor kurzem war, als ein Videospiel wie Pong, das aus einem weißen Punkt bestand, der zwischen zwei vertikalen weißen Linien sprang, die führende Rolle spielte. Spitzentechnologie “, sagte Jeff Dean, Senior Fellow von Google und SVP von Google AI. „Die Technologie entwickelt sich weiter, doch was Hanrahan und Catmull vor Jahrzehnten entwickelt haben, ist bis heute Standard auf diesem Gebiet – das ist ziemlich beeindruckend. Es ist wichtig, wissenschaftliche Beiträge in der CGI-Technologie anzuerkennen und die Öffentlichkeit über eine Disziplin aufzuklären, die sich in den kommenden Jahren auf viele Bereiche auswirken wird – virtuelle und erweiterte Realität, Datenvisualisierung, Bildung, medizinische Bildgebung und mehr. “

Hintergrund und Entwicklung anerkannter technischer Beiträge

Catmull promovierte 1974 in Informatik an der University of Utah. Zu seinen Beratern gehörten Ivan Sutherland, Vater von Computergrafik und 1988 ACM A.M. Turing-Preisträger. In seiner Doktorarbeit stellte Catmull die bahnbrechenden Techniken zur Darstellung gekrümmter Flecken anstelle von Polygonen vor, aus denen zwei neue Techniken hervorgingen: Z-Pufferung (zu dieser Zeit auch von Wolfgang Straber beschrieben), die Bildtiefenkoordinaten in Computergrafiken verwaltet, und Texturabbildung, bei der eine 2D-Oberflächentextur um ein dreidimensionales Objekt gewickelt wird. Während seiner Zeit in Utah entwickelte Catmull auch eine neue Methode zur Darstellung einer glatten Oberfläche über die Spezifikation eines gröberen Polygonnetzes. Nach seinem Abschluss arbeitete er mit Jim Clark, der später Silicon Graphics und Netscape gründete, an der Catmull-Clark Subdivision Surface zusammen, die heute das herausragende Oberflächenfeld für Animationen und Spezialeffekte in Filmen ist. Catmulls Techniken haben eine wichtige Rolle bei der Entwicklung fotorealistischer Grafiken und der Beseitigung von „Zacken“ gespielt, den rauen Kanten um Formen, die ein Kennzeichen primitiver Computergrafiken waren.

Nach der Universität von Utah gründete Catmull das Computergrafiklabor des New York Institute of Technology (NYIT), eines der frühesten dedizierten Computergrafiklabors in den USA. Schon damals träumte Catmull davon, einen computeranimierten Film zu machen. Er kam seinem Ziel 1979 einen Schritt näher, als George Lucas Catmull anstellte, der wiederum viele anstellte, die die Fortschritte machten, die Grafiken in Richtung fotorealistischer Bilder trieben. Bei LucasFilm entwickelten Catmull und Kollegen weiterhin Innovationen in der 3D-Computergrafikanimation, in einer Branche, die noch immer von traditionellen 2D-Techniken dominiert wurde. 1986 kaufte Steve Jobs die Computeranimationsabteilung von LucasFilm und benannte sie in Pixar um, mit Catmull als Präsident.

Einer von Catmulls ersten Mitarbeitern bei Pixar war Pat Hanrahan. Hanrahan hatte 1985 an der Universität von Wisconsin-Madison in BioPhysik promoviert und kurz am Computer Graphics Laboratory des NYIT gearbeitet, bevor er zu Pixar kam.

In Zusammenarbeit mit Catmull und anderen Mitgliedern des Pixar-Teams war Hanrahan der leitende Architekt eines neuartigen Grafiksystems, mit dem gekrümmte Formen mit realistischen Materialeigenschaften und Beleuchtung gerendert werden konnten. Eine Schlüsselidee in diesem System, später RenderMan genannt, waren Shader (zum Schattieren von CGI-Bildern). Die Funktionen von RenderMan trennten das Lichtreflexionsverhalten von den geometrischen Formen und berechneten Farbe, Transparenz und Textur an Punkten der Formen. Das RenderMan-System enthielt auch die Z-Puffer- und Unterteilungsoberflächeninnovationen, die Catmull zuvor auf diesem Gebiet beigetragen hatte.

Während seiner Zeit bei Pixar entwickelte Hanrahan auch Techniken für das Volumen-Rendering, mit denen ein CGI-Künstler eine 2D-Projektion eines 3D-Datensatzes wie einer Rauchwolke rendern kann. In einem seiner am häufigsten zitierten Artikel führte Hanrahan zusammen mit dem Co-Autor Marc Levoy das Lichtfeld-Rendering ein, eine Methode, mit der der Betrachter das Gefühl bekommt, durch Szenen zu fliegen, indem er neue Ansichten aus beliebigen Punkten ohne Tiefeninformationen oder Feature-Matching generiert. Hanrahan entwickelte Techniken zur Darstellung von Haut und Haaren mithilfe von Streuung unter der Oberfläche und zur Darstellung komplexer Lichteffekte – sogenannte Global Illumination oder GI – mithilfe von Monte-Carlo-Raytracing.

Hanrahan veröffentlichte seine RenderMan-Forschung in einem wegweisenden Artikel von 1990, der auf der ACM SIGGRAPH vorgestellt wurde. Es würde jedoch noch fünf Jahre dauern, bis sich die Computerhardware so weit entwickelt hätte, dass der 3D-Computeranimationsfilm Toy Story in voller Länge mit Hanrahans RenderMan-System produziert werden könnte.

Unter der Führung von Catmull würde Pixar mit RenderMan eine Reihe erfolgreicher Filme drehen. Pixar hat RenderMan auch an andere Filmunternehmen lizenziert. Die Software wurde in 44 der letzten 47 Filme verwendet, die für einen Oscar in der Kategorie Visual Effects nominiert wurden, darunter Avatar, Titanic, Die Schöne und das Biest, Die Trilogie Der Herr der Ringe und die Star Wars-Prequels. RenderMan bleibt der Standardworkflow für visuelle CGI-Effekte.

Nachdem er Pixar 1989 verlassen hatte, hatte Hanrahan akademische Positionen an den Universitäten von Princeton und Stanford inne. Ab den 1990er Jahren erweiterten er und seine Schüler die RenderMan-Schattierungssprache, um in Echtzeit an leistungsstarken GPUs zu arbeiten, die auf den Markt kamen. Die von Hanrahan und seinen Schülern entwickelten Programmiersprachen für GPUs führten zur Entwicklung kommerzieller Versionen (einschließlich der OpenGL-Shading-Sprache), die das Schreiben von Videospielen revolutionierten.

Die Verbreitung und Vielfalt der auf GPUs verwendeten Schattierungssprachen erforderte letztendlich, dass die GPU-Hardwareentwickler flexiblere Architekturen entwickelten. Diese Architekturen ermöglichten es wiederum, die GPUs in einer Vielzahl von Computerkontexten zu verwenden, einschließlich der Ausführung von Algorithmen für Hochleistungs-Computeranwendungen und des Trainings von Algorithmen für maschinelles Lernen in massiven Datensätzen für Anwendungen mit künstlicher Intelligenz. Insbesondere entwickelten Hanrahan und seine Schüler Brook, eine Sprache für GPUs, die schließlich zur CUDA von NVIDIA führte.

Catmull blieb über 30 Jahre bei Pixar, das später eine Tochtergesellschaft der Disney Animation Studios wurde. Unter seiner Leitung erfanden und veröffentlichten Dutzende von Forschern in diesen Labors grundlegende Technologien (einschließlich Bildzusammensetzung, Bewegungsunschärfe, Stoffsimulation usw.), die allgemein zu computeranimierten Filmen und Computergrafiken beitrugen. Sowohl Hanrahan als auch Catmull wurden von ACM SIGGRAPH sowie der Academy of Motion Picture Arts & Sciences für ihre technischen Beiträge ausgezeichnet.

Patrick M. Hanrahan Biographischer Hintergrund

Pat Hanrahan ist CANON-Professor für Informatik und Elektrotechnik am Computer Graphics Laboratory der Stanford University. Er erhielt einen Bachelor of Science in Nukleartechnik (1977) und einen Doktortitel in Biophysik (1985) von der University of Wisconsin-Madison. In den 1980er Jahren war er am New Yorker Institut für Technologie und digitale Ausrüstung tätig, bevor er als Senior Scientist bei Pixar (1986-1989) tätig war. Später war er Associate Professor bei Princeton Universität (1991-1994) und Professor an der Stanford University (seit 1994), wo er mehr als 40 Doktoranden beraten hat. Hanrahan war Mitbegründer von Tableau Software, einem Datenanalyseunternehmen, das im August 2019 von Salesforce übernommen wurde.

Zu Hanrahans zahlreichen Auszeichnungen gehört der ACM SIGGRAPH Steven A. Coons Award 2003 für herausragende kreative Beiträge zur Computergrafik. Er ist Fellow von ACM und der American Academy of Arts & Sciences. Er ist Mitglied der National Academy of Engineering und wurde in viele andere renommierte Organisationen aufgenommen.

Edwin E. Catmull Biographischer Hintergrund

Ed Catmull ist Mitbegründer der Pixar Animation Studios und ehemaliger Präsident der Pixar und Walt Disney Animation Studios. Er erwarb einen Bachelor of Science in Physik und Informatik (1970) und einen Doktortitel in Informatik (1974) an der University of Utah. Während seiner Karriere war Catmull Vice President der Computer Division von Lucasfilm Ltd., wo er die Entwicklung in den Bereichen Computergrafik, Videobearbeitung, Videospiele und digitales Audio leitete. Er gründete das Computer Graphics Lab am New York Institute of Technology.

Catmull erhielt 1993 den ACM SIGGRAPH Steven A. Coons Award für herausragende kreative Beiträge zur Computergrafik und die IEEE John von Neumann-Medaille 2006 für grundlegende Beiträge zur Computergrafik und einen wegweisenden Einsatz von Computeranimation in Filmen. Er ist Fellow von ACM und der Visual Effect Society. Er ist Mitglied der Academy of Motion Picture Arts & Sciences und der National Academy of Engineering.

Über die ACM A.M. Turing Award

Die A.M. Der Turing Award wurde nach Alan M. Turing benannt, dem britischen Mathematiker, der die mathematischen Grundlagen und Grenzen des Rechnens formulierte und maßgeblich zur alliierten Kryptoanalyse der Enigma-Chiffre während des Zweiten Weltkriegs beitrug. Seit seiner Gründung im Jahr 1966 hat der Turing Award die Informatiker und Ingenieure geehrt, die die Systeme und zugrunde liegenden theoretischen Grundlagen geschaffen haben, die die Informationstechnologiebranche vorangetrieben haben.

Über ACM

ACM, die Association for Computing Machinery, ist die weltweit größte pädagogische und wissenschaftliche Computergesellschaft, die Computerpädagogen, Forscher und Fachleute zusammenbringt, um den Dialog anzuregen, Ressourcen auszutauschen und die Herausforderungen des Fachgebiets anzugehen. ACM stärkt die kollektive Stimme des Computerberufs durch starke Führung, Förderung höchster Standards und Anerkennung technischer Spitzenleistungen. ACM unterstützt das berufliche Wachstum seiner Mitglieder, indem es Möglichkeiten für lebenslanges Lernen, Karriereentwicklung und professionelles Networking bietet.