牛!开创交互式电脑绘图先河,虚拟现实之父传奇

10/18 09:29
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作者 | 年素清

责编 | 王晓曼

出品 | 程序人生 (ID:coder _life)

伊凡•苏泽兰特(IvanEdwardSutherland)是“计算机图形学之父”,他设计出电脑程序“画板”,开创了交互式电脑绘图的历史。他还发明了世界上第一台头盔式显示器,被人们称为“虚拟现实之父”。

伟大工程师的成长之路


苏泽兰于1938 年出生在美国内布拉斯加州的黑斯廷斯,父亲是土木工程师,母亲是教师。他从小就喜欢对原理刨根问底,立志长大后成为一名工程师。

苏泽兰读中学时,计算机刚刚问世,许多年轻人为之吸引,苏泽兰也不例外,他甚至自己动手设计与装配过一些用继电器工作的计算装置,这些简单的装置使苏泽兰与计算机结下了不解之缘。

1959年,苏泽兰获得卡内基•梅隆大学电气工程学士学位,第二年又在加州理工学院取得硕士学位,这两所大学在电气工程及计算机领域具有很高的权威,苏泽兰在那里打下了坚实的专业基础。同时,苏泽兰每逢假期便去IBM公司实习,积累了丰富的实践经验。

 


计算机图形学之父


之后,苏泽兰进入麻省理工学院攻读博士学位,师从信息论的开创者克劳德·香农(ClaudeShannon)。

当时实验室有一台非常先进的计算机TX-2,配备了键盘、监视器和光笔而且支持在线,不少博士生争相在上面玩视频游戏 SpaceWar,苏泽兰则从中得到启发——可以在上面实现人机的实时交互。在与导师沟通探讨之后,他的博士论文课题围绕3维的交互式图形系统展开。凭着扎实的专业基础和勤奋的工作,苏泽兰用了3年时间终于完成了这个艰巨而复杂的任务,开发成功了著名的“画板(Sketchpad)”系统。

 为了在论文答辩时产生最佳效果,苏泽兰还制作了一部名为《画板:人机图形通信系统》(《Sketchpad:A Man Machine GraphicalCommunication System》的影片。他边放映边讲解,答辩取得了极大的成功,答辩委员会全体一致给苏泽兰的博士论文打了“优”。

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,苏泽兰的研究成果彻底改变了这种繁琐的操作方式,人们只需使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。“画板”使得人手在屏幕上设计世界成为可能,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。

苏泽兰也因为“画板”的极大成功而被人们誉为“计算机图形学之父”。

 


“虚拟现实之父


从麻省理工学院博士毕业后,苏泽兰选择入伍,在安全部门工作,参与过雷达和红外跟踪系统的研制,后来转入到美国国防部高级研究计划局(ARPA)。1964年,年仅26岁的苏泽兰被任命为信息处理技术办公室主任,军衔是中尉。期间,他主要负责研究时分操作系统和人工智能。这段经历不仅锻炼了他的领导能力,而且使他有机会与美国最重要的一些企业和研究机构打交道,结识了许多知名人物,这对他今后的事业产生了十分重要的助力。

离开军队后,苏泽兰进入哈佛大学执教,除了继续在计算机图形学深耕之外,还开始涉足虚拟现实的研究。他发表了一篇题为“终极显示”(Ultimate Dispaly)的论文,讨论了交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本设想,成为虚拟现实技术的开端。他还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,可以形成物体景象随人动而动的透视图景。苏泽尔因此也被称为“虚拟现实之父”。

 


桃李满天下


1967年,应著名学者大卫•埃文斯(David Evans)的邀请,苏泽兰从哈佛大学转至犹他大学。和苏泽兰一样,埃文斯对计算机图形学也有着浓厚的兴趣,两人共同创立了计算机图形学研究中心,培养了一批图形学大师和知名企业家,包括图形用户界面的先驱者 Alan Kay、z缓冲等技术的发明者、Pixar创始人之一 Edwin Catmull,开发了Warnock算法、Adobe 公司创始人之一的John Warnock等。

期间,苏泽兰的一个学生Nolan Bushnell在他的指导下开发出了著名的游戏软件“Pong”,而苏泽兰本人也有很多科研成果,如用来显示立体和彩色图像的Lorgnette技术等。

1976年,苏泽兰来到加州理工大学,创建了该校的计算机系并出任系主任。在这里,他使得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,为后来的硅谷革命铺平了道路。

 


成功的企业家


除了丰硕的学术成果之外,苏泽兰在商业领域也颇有建树。

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“Evans&Sutherland Newsletter”为该公司赢得极高声望。公司1978年在纳斯达 克上市,至今仍然在运营,而且是唯一的数字影院全方案提供商。

1980年,苏泽兰特又同在DARPA时他一个上级的儿子罗伯特·斯普劳尔(Robert Sproull)共同创办了Sutherland, Sproull&Associates,主要从事计算机图形学方面的产品开发和市场营销。该公司还研究计算机体系结构、逻辑电路等等,同样取得一些成果,有些成果还申请并取得了专利,如“异步队列系统”,于1987年获得美国专利。十年后该公司被Sun公司收购,苏泽兰出任 Sun公司副总裁多年。

 


将计算机与几何结合在一起


苏泽兰喜欢计算机和几何学,并且致力于将两者结合在一起。天才计算机大师阿伦·凯(Alan Kay)曾经问过他为什么能在这么短的时间内解决了这么复杂的计算机图形学问题,他的回答是:“因为当时我没意识到有这么复杂。”

苏泽兰在SketchPad的论文阐述中,创造性地将SketchPad比做设计行为本身,给电脑辅助设计做了精确的定义:“我们可以将在SketchPad上进行绘画操作的过程本身看作设计的过程——设置多点和多线的绘画方式,类似设计过程中产生的丰富创意;但点、线所形成的有限几何图形,也类似于设计限制为产品价值所能带去的有限的多样性。”

他说:“SketchPad的几何图形能在多大程度上满足设计师的要求,也相当于一个好的设计师能多有效地利用有限材料、有限成本做出满足各种需求的设计。当这样的设计条件被加入到 SketchPad 的受限列表中时,电脑不仅可以帮助用户绘制出漂亮的图纸,也能帮助人们做出更为安全合理的设计。”

苏泽兰将“在电脑上建造一件事物”和“在图纸上画出一件事物”两者区分了开来,同时又指出了关于设计表现的多样性和设计执行过程中所受的限制性之间永恒不断的冲突。

 


荣誉加身


因为在计算机图形学领域的杰出贡献,苏泽兰被美国计算机协会(ACM)分别在1988年授予图灵奖、1994年授予软件系统奖;

1975年,系统、管理与控制论学会授予苏泽兰 “杰出成就奖”;

1986年,IEEE授予他皮奥尔奖;

除此之外,他还是美国工程院兹沃里金奖的第一位得主。

参考链接:

http://blog.sina.com.cn/s/blog_d01f29a10101m89p.html

https://baike.baidu.com/item/%E4%BC%8A%E5%87%A1%C2%B7%E8%8B%8F%E6%B3%BD%E5%85%B0/628367?fromtitle=ivan%20sutherland&fromid=9969217&fr=aladdin

https://www.douban.com/group/topic/114233305/?type=like

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