从画板到终极显示

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几乎所有好莱坞电影美仑美奂的视觉呈现,都来自于以硅谷为代表的计算机图形学的多年积累。

从旧金山开车,半天就可以到好莱坞。好莱坞的风吹草动,会被硅谷的科学家放进研究计划;而硅谷实验室里的任何突破,也会迅速被好莱坞捕捉到,植入科幻剧本。视觉技术也在电影娱乐的带动下,从幻想变成现实。

“终极的显示”

1965年,一篇名为《终极的显示》的论文在硅谷发表。作者伊凡•苏泽兰来自美国国防部高级研究计划署。这位后来被誉为“计算机图形学之父”的年轻人,在论文中首次描述了把电脑的显示屏幕作为“观看虚拟世界的窗口”的设想。他坚信,“只要用适当的程序,就有可能在计算机屏幕上重现爱丽丝漫游的奇境。”

苏泽兰的自信来自于他在麻省理工学院读博士期间开发的一个小程序―“画板”。这是世界上第一个二维图形交互程序,后来随着Windows系统而风行世界。

1970年的1月1日,苏泽兰在犹他大学的实验室里成功演示了一套新系统,他称之为“达摩克里斯之剑”。参与者是一名学生,他戴上一副奇妙的头盔,看到一个边长约5厘米的立方体线框“飘浮”过眼前;他侧过头,便看到这一发光的立方体的侧面。这是人类第一次真正看到并不存在的三维虚拟“物体”。

这一里程碑式的演示轰动了计算机图形学界,也传到了好莱坞。7年后,“星战之父”乔治•卢卡斯就把他创造的激光剑搬上了荧幕。和卡梅隆一样,1977年的乔治•卢卡斯面临同样的困难。如果按照剧本顺序,他应该先讲述一个庞大帝国的毁灭,但技术上根本做不到。他只好选择先开拍第4部《新的希望》。这是一个被毁灭后的世界开始重生的故事,里面除了几个主角和激光剑之间的砍杀,周围几乎一片荒凉。

三维虚拟的进化

和苏泽兰不同,科特•埃克里更喜欢琢磨硬件。这位同样蜚声全球的计算机图形学大师,个头很高,仿佛他的智商,举止却温和儒雅,看起来更像是一位作家或心理学家。

“1981年夏天,吉姆让我参与他的团队”,科特•埃克里回忆道。正在斯坦福攻读硕士的他遇到了SGI公司的创始人吉姆•克拉克。“记得那段时间,每天我都泡在图书馆里研究图形学。”夏天结束时,他终于研发出了一个芯片,可以用于吉姆•克拉克的产品。两人很快达成了共识。

1982年,硅谷图形公司(Silicon Graphics,Inc. 简称SGI)在硅谷成立。当时没人能料到,这家小小的公司日后竟成为全球高端计算机图形领域的领导者―向全球汽车厂商提供虚拟设计支持,为天文学界模拟星系的形成,参与美国宇航局的飞行器轨道与姿态仿真项目,还让只存在于古文明里的史前巨兽复活―其订单的15%就来自各大影视公司。

正是在SGI这位“电影魔术师”的帮助下,1993年,斯皮尔伯格拍摄出了《侏罗纪公园》。此时的SGI以其独步天下的图形软硬件产品将世界电影特技史牵引到了一个全新的时代。而要实现这一切,需要大量计算机来解决繁重的计算问题。仅1995年的《玩具总动员》,每帧的数据量就高达300MB,而这部影片共包含110000帧,最终为生成全部三维动画在SGI和Sun工作站上耗费了超过800000个机时。即使100台机器同时工作,这也需要整整一年时间。

科特•埃克里改变了SGI的命运。上世纪90年代,就在各大图形芯片厂商因横空出世的3dfx及其Voodoo尽皆股栗的那段时间,SGI公司的员工却在硅谷的大道上优哉游哉地行走―他们的T恤上印着:“我制造了恐龙”。

离开SGI后的埃克里成为微软硅谷研究院里的一名研究员。他身后的好莱坞,已是Intel、AMD和Nvidia分食的天下,SGI风光不再。他开始研究计算机图形学的关键学问题―比如解决3D电影里的对焦不准和离轴观看。他的搭档、前微软亚洲研究院院长沈向阳常常这样向别人介绍:埃克里就是一本教科书。

在《终极的显示》一文里,苏泽兰指出:我们生活在一个物理世界中,通过感觉与物理世界相联系,能感知物体的重量、形态、颜色等等,但对物理世界的细微处却很隔膜,比如作用在电荷上的力、非投影几何变换的效果、低摩擦的运动等。然而,我们现在可以通过电脑来感知这些日常无法感知的东西。

抛去其他感觉不说,单在视觉上,《阿凡达》已经达到了这样的高度―它触到了虚拟现实影像的天花板,不只是物理世界,还有生物世界。过去曾经震撼人心的各种高科技装备,从飞船到体外机械装甲,都变得不那么引人注目。潘多拉星球上栩栩如生的植物、怪兽,“阿凡达”生物本身,以及它们的天然融合,才是更震撼人心的―并非人类所造,却自有其逻辑。