讓我們先玩個"找相同"的遊戲吧！Windows的"三維管道"屏保程序和動畫《玩具總動員》以及《辛普森一家人》的製作人員都在他們的作品裏安插了一個相同的彩蛋，你能找出來嗎？ 你可能已經發現了，這幾個場景都繪製了完全相同的物品：一個反光的扁茶壺。
微軟Windows的"管道"屏保。圖片來源：Daniel Kufer/Youtube
當你在打遊戲、電腦待機或是觀看這些影視作品時，可能並不會察覺到這個小物件，但它對計算科學的發展卻產生了巨大的影響。
這個不顯眼的茶壺有一個專門的名字——猶他茶壺（Utah teapot），它的出現要追溯到1974年，那時它的提出者、計算機科學家馬丁·紐維爾（Martin Newell）還是猶他大學的博士研究生。
猶他大學曾是計算機圖形學的研究重鎮。作為其中一員，紐維爾對3D圖形的算法實現有著許多獨到的見解，比如渲染圖形的陰影效果、反光的材料質地或是通過旋轉來展現不清晰的圖形表麵。但令他懊惱的是，他遲遲未能找到一個可以充分表達他設想的數字對象，因為那時模擬反射的典型物體都太過簡單，比如國際象棋的棋子、甜甜圈和甕等。
這三張3D渲染圖來自於紐維爾1972年發表的論文中。在猶他茶壺出現前，國際象棋的棋子、甜甜圈和甕是3D渲染的主要習作。圖片來源：國際計算機協會
有一天，紐維爾放下茶杯對妻子桑德拉（Sandra）說，他需要更多有趣的模型，桑德拉則建議他，為何不對家中的茶具進行數字化處理呢？這套美樂家（Melitta）牌的茶具再為普通不過，但卻成了極具前景的模型。茶壺表麵圓滑、有較多鞍點、手柄、蓋子和壺口部分都是圖形化實驗的理想物件。與其他物體不同的是，茶壺能在自身表麵形成陰影。紐維爾受到啟發，在紙上臨摹了起來。
馬丁·紐維爾的"猶他茶壺"手繪稿圖片來源：加利福尼亞芒廷維尤電腦曆史博物館
之後，他向實驗室的泰克儲存管（Tektronix storage tube，一種早期的文本和圖形終端）中輸入了初擬的貝塞爾控製點（Bézier control points）作為茶壺的坐標係統，而這種控製點最早被用於汽車車身設計。一隻外形小巧可愛的虛擬茶壺就此出現了，而且可以說，它比當今所有3D模型的使用範圍都要廣泛。
紐維爾的同事吉姆·布林（Jim Blinn）被這個新模型深深地迷住了。有一天，他為了展示新設計的軟件能夠調整物體的高度，將紐維爾的茶壺初版調扁了一些，在他看來這樣的茶壺更加美觀。於是，"猶他茶壺"就誕生了。
在紐維爾發表的第一篇有關茶壺圖形的文章中，他將其視為一種展示"真實渲染"技術的載體。除了左上圖的"基本款"以外，反光版、圖案版和結合版也都出現其中。圖片來源：國際計算機協會
這個計算機模型對於紐維爾的研究生涯無疑是非常重要的，他此後發表的數篇論文都以此為研究對象。另外，他和布林還將模型公之於眾。眾多研究者自此開始熱衷發掘3D模型，這款茶壺成為了他們的"試驗田"。在當時，茶壺形狀的輸入對紐維爾來說並不困難，計算機也能遊刃有餘地進行處理。而"猶他茶壺"又與家具、碗中水果等家庭物件不同，就算表麵不疊加人工紋理圖案信息，看上去也十分逼真。
茶壺模型迅速成為了圖形學界的"寵兒"。越來越多的期刊將茶壺圖形用作插圖，有的還用它妝點封麵。動畫家湯姆·西托（Tom Sito）在他的著作《移動的創新》（Moving Innovation）中提到："任何有關渲染和光照技術的新設想都會先在茶壺模型上率先試用，於是雪花石膏質、豹紋或是動物皮毛的茶壺渲染圖接連出現了。"其中最著名的當屬發表於1987年的一張圖，它在介紹五個正多麵體的同時，意外地添加了一種全新設計的茶壺——"Teapotahedron"（茶壺多麵體）。
"Teapotahedron"位於模擬石柱的頂端，旁邊放置著五個正多麵體。圖片來源：國際計算機協會
如今，猶他茶壺已經奠定了自己的江湖地位。許多3D繪圖的軟件包中都內置了猶他茶壺圖形，以供測試、展示和基準化分析。圖形學怪咖們喜歡將其偷偷地植入背景和遊戲中，用以致敬前輩們對茶壺渲染付出的心血，這也成為了一種"圖形圈"的幽默方式。
近年來，猶他茶壺模型通過3D打印技術來到了真實世界中。它們有的用於裝飾擺設，還有的成為了真正的泡茶工具。皮克斯公司甚至專門為猶他茶壺製作了一段名為"用來行走的茶壺"的紀念版音樂影片。此外，他們還設計了一款發條茶壺玩具，用於Renderman渲染軟件的推廣。
紐維爾開玩笑地抱怨道，盡管他提出了許多創新性的算法，但人們提到他隻會想起這個"該死的茶壺"。不過與所有提出新算法的計算機科學家相比，設計出實驗測試台的人往往會獲得更多盛譽。紐維爾設計了計算機圖形學的關鍵"模式生物"——茶壺，它的意義就如同生物學中的小鼠。
原版的猶他茶壺實體目前正在加利福尼亞芒廷維尤電腦曆史博物館展出。圖片來源：Marshall Astor/維基百科
這隻茶壺也告訴了我們這樣一個道理：簡單的東西也可以蘊含巨大的潛力，隻要找對方法，它們都可能成為創意的源泉。為了紀念這一偉大設計，加利福尼亞芒廷維尤的電腦曆史博物館將原版的茶壺工藝品陳列其中。它好似一個參觀者，與周圍的算盤、主機、遊戲控製器，和其他計算設備展品格格不入。當你湊近了觀察它，肯定會覺得它似曾相識。
撰文 JESSE DUNIETZ
翻譯 胡硯泊
審校 吳非
原文鏈接：
http://nautil.us/blog/-the-most-important-object-in-computer-graphics-history-is-this-teapot
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