计算机图形学之父

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1、计算机图形学之父计算机图形学之父IvanIvan SutherlandSutherland投递人 itnews 发布于 2010-09-07 13:42 评论(0) 有 559 人阅读 收藏 今天各种酷炫的 IT 产品，不仅漂亮而且好用。这背后，离不开计算机图形学的发展，也离不开一位计算机科学家的贡献。他就是 Ivan Sutherland，1988 年图灵奖获得者，美国科学院和工程院两院院士。他发明的 Sketchpad 是有史以来第一个交互式绘图程序，奠定了计算机图形学、GUI（图形界面）和 CAD 的基础。他还是虚拟现实技术的先驱，VLSI设计方面的大师。伟大工程师的成长之路伟大工程师的

2、成长之路 Sutherland 1938 年出生于美国内布拉斯加州，父亲是土木工程博士，母亲是教师。他从小就喜欢对原理刨根问底，很早就知道自己会成为一名工程师。他在高中最喜欢的课程是几何，自称图形思考者。当时，他在继电器计算机 SIMON 上编写了该机型历史上最长的一个程序。 1959 年，Sutherland 以全奖入读卡内基梅隆大学，后获得电子工程学士学位。1960 年他取得了加州理工学院电子工程硕士学位，而后进入麻省理工学院攻读博士，师从信息论的开创者 Claude Shannon。意义非常的博士论文意义非常的博士论文 麻省理工学院当时有一台非常先进的计算机 TX-2，配备了键盘、监视器

3、和光笔而且支持在线（而非批量）操作。许多博士生在上面玩最早的视频游戏 SpaceWar!，而 Sutherland则从中得到启发，想到可以在上面实现人机的实时交互。他由此出发，完成了自己的博士论文“Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System”。 早期的计算机绘图系统只能用键盘输入复杂的代码和命令来描述产品的几何形状。这一切因为 Sutherland 的惊世研究而彻底改变不必通过键盘输入繁琐的公式或代码，人们只用光笔等手持物体就在电脑屏幕上创建绘出三维几何图像，可视图样可以自由放大缩小以及保存和复制，甚至计算机中的存储信息也可被

4、改变和更新。Sketchpad 极大简化了人与计算机的信息交互，使得人手在屏幕上设计世界成为可能。显示屏成了一个“窗口”用来观察一个虚拟世界， “窗口”中的图像及物体行为看起来十分真实，这为图形界面、计算机仿真、飞行模拟器、CAD/CAM、电子游戏机等重要应用的发展都起到了重大的推动作用。 大师中的大师大师中的大师 Sutherland 博士毕业后入伍，后转到美国国防部高级研究计划局（ARPA） ，1964 年 26岁时成为信息处理技术办公室主任，发起了时分操作系统和人工智能的研究。1966 年，他成为哈佛大学电子工程专业的副教授。 1967 年，Sutherland 应邀转至犹他大学计算机系

5、，将这里建立为世界计算机图形学首屈一指的学术圣地。培养了一批图形学大师和大企业家，包括图灵奖得主 Alan Kay，z 缓冲等技术的发明者 Edwin Catmull，提出了反走样技术的 Frank Crow，开发了 Warnock 算法的 John Warnock，Gouraud 着色技术的发明者 Henri Gouraud，几何流水线之父 Jim Clark等。这期间，Sutherland 发明了世界上第一台头盔式显示器，直接把人融入到人脑与计算机生成的三维虚拟世界中，头盔显示器里用户戴的双目眼镜内的一个小计算机屏幕上面放映图像，可以形成“你动它也变”的透视图景。这是 3D 交互和虚拟现实

6、技术的先驱。Ivan Sutherland 的其他发明还有很多，包括用来显示立体和彩色图像的 Lorgnette 技术及一系列计算机图形学学生都很熟悉的算法。1974 年，他来到加州理工大学，创建了该校的计算机系。在这里，他帮助电路设计成为一本学科，在大规模电路和芯片设计领域也做出了许多重要贡献，为后来硅谷革命开辟了道路。成功的企业家成功的企业家在学术生涯之外，Sutherland 在商界也毫不逊色。在犹他大学期间他与人创办的Evans 1975 年他被系统、管理与控制论学会授予“杰出成就奖”;1986 年 IEEE 授予他皮奥尔奖;ACM 除授予他图灵奖以外，1994 年又授予他软件系统奖，

7、并早在 1983 年为纪念计算机图形学的先驱考恩斯而建立以他的名字命名的奖项时，就把第一个考恩斯奖授予了苏泽兰特这众多荣誉充分说明了苏泽兰特在计算机图形学、计算机体系结构和逻辑电路方面做出了卓越的贡献。如同计算机行业其他大师一样，苏泽兰特很早就对计算机产生了浓厚的兴趣。早在上个世纪 50 年代计算机刚问世不久，上中学的苏泽兰特就被计算机这种神秘而又令人向往的机器所深深吸引。继而，他依靠对计算机的狂热兴趣自己动手设计并装配了一些用继电器工作的计算装置，从而积累了最基本的计算机知识和感性的认识。真正让苏泽兰特在计算机图形学上崭露头角的是在 MIT 攻读博士学位的时期。凭借先后在电气工程和计算机专业

8、方面都有很高水平的卡内基梅隆大学和加州理工学院攻读学士和硕士学位所打下的坚实的专业基础，以及假期前往 IBM 公司打工的实践经验，苏泽兰特通过勤奋工作，用 3 年时间完成了在 TX2 计算机上开发出 3 维交互式图形系统（当时 2 维图形系统已经问世）这个艰巨而复杂的任务这就是著名的 Sketchpad 系统。Sketchpad 的成功最后成为苏泽兰特作为“计算机图形学之父”的基础，并为计算机仿真、飞行模拟器、CAD/CAM、电子游戏机等重要应用的发展起到了重大的推动作用。有意思的是，为了在论文答辩时充分展示 Sketchpad 系统的功能和特点以获得最佳效果，苏泽兰特这位平时看上去似乎只懂得

9、工作的勤恳严谨的学者，制作了一部名为Sketchpad：人机图形通信系统的影片。在博士论文答辩时，他谈吐风趣幽默，配合影片对 Sketchpad 的讲解丝丝入扣，特殊的方式和出色的表现深深打动并征服了包括信息论创始人香农、有“人工智能之父”之称的明斯基等著名学者组成的答辩委员会。最后他的博士论文被当之无愧地评级为“优”，而那个影片也广为流传。后来，年仅 26 岁的苏泽兰特被任命为负责高科技项目并曾经组织实施了 Internet 的前身阿帕网(ARPANET)等一批重大项目的国防部高级研究计划署 DARPA 的信息处理技术局 IPTO(Information Processing Techniq

10、ues Office)的局长。这段任职经历和他主攻方向看似有所偏离，然而既让他锻炼了领导能力，又有机会与美国最重要的企业和研究机构打交道，并结识了许多知名人物，这对他今后的事业有着深远的影响。离开 DARPA 以后，苏泽兰特在哈佛继续其计算机图形学方面的研究，并开发了一些有用的图形工具。1967 年，应对计算机图形学也有着浓厚兴趣的著名学者大卫埃文斯的邀请，他从哈佛大学转至犹他大学，并与之将犹他大学计算机系建设成为成果丰硕、人才辈出的计算机图形学研究中心：早期著名的游戏软件“Pong”就是由苏泽兰特在研究中心的一个学生 Nolan Bushnell著名的 Atari 公司的创始人于 1972

11、年开发出来的。 1968 年苏泽兰特与埃文斯合办了 Evans Sutherland Co.，其主要产品是飞行训练器和CAD 工具。公司的产品和公司不定期出版的主要刊登计算机仿真技术方面文章的“EvansSutherland Newsletter”为该公司赢得极高声望。1980年，苏泽兰特又同在 DARPA 时他一个上级的儿子共同创办了 Sutherland, SproullAssociates，主要从事计算机图形学方面的产品开发和市场营销，在这里，除了图形学的课题外，他还研究计算机体系结构，逻辑电路等等。正如当年为 Sketchpad 制作出色的影片并生动讲解所显出苏泽兰特并不是个只知道教学

12、和研究的书呆子那样，他在纯技术之外对于技术和研究成果的商品化和推广方面也展示出了其出色的智慧和天赋。也许正是这些，才让他在所涉及的领域都能如此丰富多彩，成果丰硕。ivan sutherland1988 年,享有“计算机图形学 之父”美誉的伊凡 苏泽兰特(IvanEdwardSutherland)成为当年的图灵奖获得者。除了图灵奖以外 ,他还是美国工程院兹沃里金奖的第一位得主 ;1975 年他被系统、管理与控制论学会授予 “杰出成就奖 ”;1986 年 IEEE 授予他皮奥尔奖;ACM 除授予他图灵奖。 1938 年 5 月 16 日，Ivan Sutherland 出生于美国内布拉斯加州的黑斯

13、廷斯(Hastings)。他的父亲是一名土木工程师。受其父亲职业的影响，它总是认为自己也会成为一个工程师。 Sutherland 离开中西部到卡内基理工学院学习， 1959 年获得学士学位。随后， 1960 年他在加州理工学院获得硕士学位， 1963 年在麻省理工学院获得电子工程博士学位。在麻省理工学院，它很幸运地被信息论的开创者Claude Shannon选作学生。 在 Shannon 的指导下， Sutherland 进行了图形编程的开发，作为他博士研究的一部分。这一研究工作的目的是简化人与计算机之间的信息交互。它的研究还向相关领域扩展，在 1960 年代早期 Sutherland 被邀请

14、参加 MIT 和 ARPA 资助的一个会议。这两所机构中的研究人员都在积极探索计算机与人之间更好的交流渠道。作为一名研究生，Sutherland 没有被邀请提交论文，但研究小组听说了Claude Shannon 的这个天才学生的研究工作，产生了浓厚的兴趣。要知道，作为著名的科学家，Claude Shannon 以前是不会和一个研究生共同工作的。 Sutherland 没有使他的导师失望。虽然没有被安排进行正式的陈述，但他在会议结束时问了一个问题，这个问题使会议组织者认识到他可能会为这次会议添加某些重要的内容。第二天，他被邀请在研究小组内发言。发言中，他展示了他的研究工作，不仅描述了处理计算机图

15、形的新方法，还阐述了操作计算机的更好的新方法。 Sutherland 的计算机编程，被称为 Sketchpad，可以通过使用手持物体（如光笔）直接在显示屏幕上创建图形图像。可视的图样随即被存入计算机内存，它们可以被重新调用，并同其他数据一样可以进行后期的处理。虽然今天我们把这看成是想当然的，但Sketchpad 是第一个可以在显示屏幕上直接构造图形图像的系统，不用再通过键盘向计算机输入代码和公式。更具革命性的是，它考虑到了在显示屏幕上作某些改动后，存储在计算机中的信息可以被改变和更新。从此，除了数据处理，计算机又有了新的用途。Sketchpad 开创了计算机辅助设计的一个新领域，即我们所熟知的

16、CAD。 1968 年，Sutherland 到位于盐湖城的犹他大学担任电子工程教授。在那里，他继续研究头盔显示器系统。同时，他和David Evans 创立了 Evans & Sutherland，这是早期以计算机模型系统和软件为主的公司之一，如今已成为业内的主导设计者和制造商。1975 年，Sutherland 离开了犹他大学和 Evans & Sutherland，返回加州理工学院，在那里担任计算机科学系的系主任，直到1980 年。此后，他离开加州理工，建立了Sutherland, Sproull, and Associates，一个顾问和资本投资公司，即现今Sun 微系统实验室的五家伙伴公司之一。 尽管 Ivan Sutherland 对于计算机技术的贡献在当初看起来可能属于异类，但一条主线始终贯穿它们，就像在 1989 年关于 ACM 通信的综述中 Sutherland 自己说的，这篇综述发表在 1988 年他获得 A. M. 图灵奖（A. M. Turing Award）之后。当问到他什么时候产生了Sketc