開創交互式電腦繪圖先河,虛擬實境之父傳奇

作者 | 年素清

責編 | 王曉曼

出品 | 程序人生 （ID：coder _life）

伊凡•蘇澤蘭特(IvanEdwardSutherland)是「計算機圖形學之父」，他設計出電腦程式「畫板」，開創了交互式電腦繪圖的歷史。他還發明了世界上第一臺頭盔式顯示器，被人們稱為「虛擬實境之父」。

偉大工程師的成長之路

蘇澤蘭於1938 年出生在美國內布拉斯加州的黑斯廷斯，父親是土木工程師，母親是教師。他從小就喜歡對原理刨根問底，立志長大後成為一名工程師。

蘇澤蘭讀中學時，計算機剛剛問世，許多年輕人為之吸引，蘇澤蘭也不例外，他甚至自己動手設計與裝配過一些用繼電器工作的計算裝置，這些簡單的裝置使蘇澤蘭與計算機結下了不解之緣。

1959年，蘇澤蘭獲得卡內基•梅隆大學電氣工程學士學位，第二年又在加州理工學院取得碩士學位，這兩所大學在電氣工程及計算機領域具有很高的權威，蘇澤蘭在那裡打下了堅實的專業基礎。同時，蘇澤蘭每逢假期便去IBM公司實習，積累了豐富的實踐經驗。

計算機圖形學之父

之後，蘇澤蘭進入麻省理工學院攻讀博士學位，師從資訊理論的開創者克勞德·香農（ClaudeShannon）。

當時實驗室有一臺非常先進的計算機TX-2，配備了鍵盤、監視器和光筆而且支持在線，不少博士生爭相在上面玩視頻遊戲 SpaceWar，蘇澤蘭則從中得到啟發——可以在上面實現人機的實時交互。在與導師溝通探討之後，他的博士論文課題圍繞3維的交互式圖形系統展開。憑著紮實的專業基礎和勤奮的工作，蘇澤蘭用了3年時間終於完成了這個艱巨而複雜的任務，開發成功了著名的「畫板（Sketchpad）」系統。

為了在論文答辯時產生最佳效果，蘇澤蘭還製作了一部名為《畫板：人機圖形通信系統》（《Sketchpad：A Man Machine GraphicalCommunication System》的影片。他邊放映邊講解，答辯取得了極大的成功，答辯委員會全體一致給蘇澤蘭的博士論文打了「優」。

早期的計算機繪圖系統只能用鍵盤輸入複雜的代碼和命令來描述產品的幾何形狀，蘇澤蘭的研究成果徹底改變了這種繁瑣的操作方式，人們只需使用光筆等手持物體就在電腦屏幕上創建繪出三維幾何圖像，可視圖樣可以自由放大縮小以及保存和複製。「畫板」使得人手在屏幕上設計世界成為可能，為圖形界面、計算機仿真、飛行模擬器、CAD/CAM、電子遊戲機等重要應用的發展都起到了重大的推動作用。

蘇澤蘭也因為「畫板」的極大成功而被人們譽為「計算機圖形學之父」。

「虛擬實境之父」

從麻省理工學院博士畢業後，蘇澤蘭選擇入伍，在安全部門工作，參與過雷達和紅外跟蹤系統的研製，後來轉入到美國國防部高級研究計劃局（ARPA）。1964年，年僅26歲的蘇澤蘭被任命為信息處理技術辦公室主任，軍銜是中尉。期間，他主要負責研究時分作業系統和人工智慧。這段經歷不僅鍛鍊了他的領導能力，而且使他有機會與美國最重要的一些企業和研究機構打交道，結識了許多知名人物，這對他今後的事業產生了十分重要的助力。

離開軍隊後，蘇澤蘭進入哈佛大學執教，除了繼續在計算機圖形學深耕之外，還開始涉足虛擬實境的研究。他發表了一篇題為「終極顯示」（Ultimate Dispaly）的論文，討論了交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬實境系統的基本設想，成為虛擬實境技術的開端。他還發明了世界上第一臺頭盔式顯示器，直接把人融入到人腦與計算機生成的三維虛擬世界中，頭盔顯示器裡用戶戴的雙目眼鏡內的一個小計算機屏幕上面放映圖像，可以形成物體景象隨人動而動的透視圖景。蘇澤爾因此也被稱為「虛擬實境之父」。

桃李滿天下

1967年，應著名學者大衛•埃文斯（David Evans）的邀請，蘇澤蘭從哈佛大學轉至猶他大學。和蘇澤蘭一樣，埃文斯對計算機圖形學也有著濃厚的興趣，兩人共同創立了計算機圖形學研究中心，培養了一批圖形學大師和知名企業家，包括圖形用戶界面的先驅者 Alan Kay、z緩衝等技術的發明者、Pixar創始人之一 Edwin Catmull，開發了Warnock算法、Adobe 公司創始人之一的John Warnock等。

期間，蘇澤蘭的一個學生Nolan Bushnell在他的指導下開發出了著名的遊戲軟體「Pong」，而蘇澤蘭本人也有很多科研成果，如用來顯示立體和彩色圖像的Lorgnette技術等。

1976年，蘇澤蘭來到加州理工大學，創建了該校的計算機系並出任系主任。在這裡，他使得電路設計成為一本學科，在大規模電路和晶片設計領域也做出了許多重要貢獻，為後來的矽谷革命鋪平了道路。

成功的企業家

除了豐碩的學術成果之外，蘇澤蘭在商業領域也頗有建樹。

1968年，蘇澤蘭特與埃文斯合辦了Evans & Sutherland Co.，其主要產品是飛行訓練器和CAD工具。公司的產品和公司不定期出版的主要刊登計算機仿真技術方面文章的「Evans&Sutherland Newsletter」為該公司贏得極高聲望。公司1978年在納斯達 克上市，至今仍然在運營，而且是唯一的數字影院全方案提供商。

1980年，蘇澤蘭特又同在DARPA時他一個上級的兒子羅伯特·斯普勞爾（Robert Sproull）共同創辦了Sutherland, Sproull&Associates，主要從事計算機圖形學方面的產品開發和市場營銷。該公司還研究計算機體系結構、邏輯電路等等，同樣取得一些成果，有些成果還申請並取得了專利，如「異步隊列系統」，於1987年獲得美國專利。十年後該公司被Sun公司收購，蘇澤蘭出任 Sun公司副總裁多年。

將計算機與幾何結合在一起

蘇澤蘭喜歡計算機和幾何學，並且致力於將兩者結合在一起。天才計算機大師阿倫·凱（Alan Kay）曾經問過他為什麼能在這麼短的時間內解決了這麼複雜的計算機圖形學問題，他的回答是：「因為當時我沒意識到有這麼複雜。」

蘇澤蘭在SketchPad的論文闡述中，創造性地將SketchPad比做設計行為本身，給電腦輔助設計做了精確的定義：「我們可以將在SketchPad上進行繪畫操作的過程本身看作設計的過程——設置多點和多線的繪畫方式，類似設計過程中產生的豐富創意；但點、線所形成的有限幾何圖形，也類似於設計限制為產品價值所能帶去的有限的多樣性。」

他說：「SketchPad的幾何圖形能在多大程度上滿足設計師的要求，也相當於一個好的設計師能多有效地利用有限材料、有限成本做出滿足各種需求的設計。當這樣的設計條件被加入到 SketchPad 的受限列表中時，電腦不僅可以幫助用戶繪製出漂亮的圖紙，也能幫助人們做出更為安全合理的設計。」

蘇澤蘭將「在電腦上建造一件事物」和「在圖紙上畫出一件事物」兩者區分了開來，同時又指出了關於設計表現的多樣性和設計執行過程中所受的限制性之間永恆不斷的衝突。

榮譽加身

因為在計算機圖形學領域的傑出貢獻，蘇澤蘭被美國計算機協會（ACM）分別在1988年授予圖靈獎、1994年授予軟體系統獎；

1975年，系統、管理與控制論學會授予蘇澤蘭 「傑出成就獎」；

1986年，IEEE授予他皮奧爾獎；

除此之外，他還是美國工程院茲沃裡金獎的第一位得主。

參考連結：

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

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