以196行代码获得奥斯卡奖，你能看懂吗？

| 2016-11-24

这是一篇来自 Ken Perlin 博客的自述文章，讲述了他是如何以196行代码获得奥斯卡科技成果奖，并将源代码进行了公布。

Ken Perlin 是纽约大学计算机科学系教授，纽约大学媒体研究实验室的创始人，因在噪声和动荡程序纹理技术方面的杰出成就而广受认可。

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简单翻译后大致内容如下：

1997 年，因为在程序纹理上所做的工作，我收到了美国电影艺术与科学学院颁发的奥斯卡科技成果奖（技术成就奖）。例如，下图的 NYU Torch 完全由程序纹理构成（底部的文本不是）。火焰、背景、金属和大理石实际上并不是 3D 模型处理 – 它们都是用纹理伪造的。

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然后我改进它，并写了一篇文章。你可以在这里浏览改进版本的交互演示。

似乎我的技术被用于各种软件包，比如 Autodesk Maya、SoftImage、3D Studio Max、Dynamation、RenderMan等，他们用来制作特效电影的效果，这很酷。

当时收到的获奖理由：

因 Ken Perlin 对 Perlin Noise 的贡献颁发此奖，Perlin Noise 的发展使得计算机图形学家能够更好地实现电影行业视觉效果中的自然现象的复杂性。

以下是我实现 Noise 的源代码，以 C 为源语言：

/* coherent noise function over 1, 2 or 3 dimensions */
/* (copyright Ken Perlin) */

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define B 0x100
#define BM 0xff

#define N 0x1000
#define NP 12   /* 2^N */
#define NM 0xfff

static p[B + B + 2];
static float g3[B + B + 2][3];
static float g2[B + B + 2][2];
static float g1[B + B + 2];
static start = 1;

static void init(void);

#define s_curve(t) ( t * t * (3. - 2. * t) )

#define lerp(t, a, b) ( a + t * (b - a) )

#define setup(i,b0,b1,r0,r1)\
	t = vec[i] + N;\
	b0 = ((int)t) & BM;\
	b1 = (b0+1) & BM;\
	r0 = t - (int)t;\
	r1 = r0 - 1.;

double noise1(double arg)
{
	int bx0, bx1;
	float rx0, rx1, sx, t, u, v, vec[1];

	vec[0] = arg;
	if (start) {
		start = 0;
		init();
	}

	setup(0, bx0,bx1, rx0,rx1);

	sx = s_curve(rx0);

	u = rx0 * g1[ p[ bx0 ] ];
	v = rx1 * g1[ p[ bx1 ] ];

	return lerp(sx, u, v);
}

float noise2(float vec[2])
{
	int bx0, bx1, by0, by1, b00, b10, b01, b11;
	float rx0, rx1, ry0, ry1, *q, sx, sy, a, b, t, u, v;
	register i, j;

	if (start) {
		start = 0;
		init();
	}

	setup(0, bx0,bx1, rx0,rx1);
	setup(1, by0,by1, ry0,ry1);

	i = p[ bx0 ];
	j = p[ bx1 ];

	b00 = p[ i + by0 ];
	b10 = p[ j + by0 ];
	b01 = p[ i + by1 ];
	b11 = p[ j + by1 ];

	sx = s_curve(rx0);
	sy = s_curve(ry0);

#define at2(rx,ry) ( rx * q[0] + ry * q[1] )

	q = g2[ b00 ] ; u = at2(rx0,ry0);
	q = g2[ b10 ] ; v = at2(rx1,ry0);
	a = lerp(sx, u, v);

	q = g2[ b01 ] ; u = at2(rx0,ry1);
	q = g2[ b11 ] ; v = at2(rx1,ry1);
	b = lerp(sx, u, v);

	return lerp(sy, a, b);
}

float noise3(float vec[3])
{
	int bx0, bx1, by0, by1, bz0, bz1, b00, b10, b01, b11;
	float rx0, rx1, ry0, ry1, rz0, rz1, *q, sy, sz, a, b, c, d, t, u, v;
	register i, j;

	if (start) {
		start = 0;
		init();
	}

	setup(0, bx0,bx1, rx0,rx1);
	setup(1, by0,by1, ry0,ry1);
	setup(2, bz0,bz1, rz0,rz1);

	i = p[ bx0 ];
	j = p[ bx1 ];

	b00 = p[ i + by0 ];
	b10 = p[ j + by0 ];
	b01 = p[ i + by1 ];
	b11 = p[ j + by1 ];

	t  = s_curve(rx0);
	sy = s_curve(ry0);
	sz = s_curve(rz0);

#define at3(rx,ry,rz) ( rx * q[0] + ry * q[1] + rz * q[2] )

	q = g3[ b00 + bz0 ] ; u = at3(rx0,ry0,rz0);
	q = g3[ b10 + bz0 ] ; v = at3(rx1,ry0,rz0);
	a = lerp(t, u, v);

	q = g3[ b01 + bz0 ] ; u = at3(rx0,ry1,rz0);
	q = g3[ b11 + bz0 ] ; v = at3(rx1,ry1,rz0);
	b = lerp(t, u, v);

	c = lerp(sy, a, b);

	q = g3[ b00 + bz1 ] ; u = at3(rx0,ry0,rz1);
	q = g3[ b10 + bz1 ] ; v = at3(rx1,ry0,rz1);
	a = lerp(t, u, v);

	q = g3[ b01 + bz1 ] ; u = at3(rx0,ry1,rz1);
	q = g3[ b11 + bz1 ] ; v = at3(rx1,ry1,rz1);
	b = lerp(t, u, v);

	d = lerp(sy, a, b);

	return lerp(sz, c, d);
}

static void normalize2(float v[2])
{
	float s;

	s = sqrt(v[0] * v[0] + v[1] * v[1]);
	v[0] = v[0] / s;
	v[1] = v[1] / s;
}

static void normalize3(float v[3])
{
	float s;

	s = sqrt(v[0] * v[0] + v[1] * v[1] + v[2] * v[2]);
	v[0] = v[0] / s;
	v[1] = v[1] / s;
	v[2] = v[2] / s;
}

static void init(void)
{
	int i, j, k;

	for (i = 0 ; i < B ; i++) {
		p[i] = i;

		g1[i] = (float)((random() % (B + B)) - B) / B;

		for (j = 0 ; j < 2 ; j++)
			g2[i][j] = (float)((random() % (B + B)) - B) / B;
		normalize2(g2[i]);

		for (j = 0 ; j < 3 ; j++)
			g3[i][j] = (float)((random() % (B + B)) - B) / B;
		normalize3(g3[i]);
	}

	while (--i) {
		k = p[i];
		p[i] = p[j = random() % B];
		p[j] = k;
	}

	for (i = 0 ; i < B + 2 ; i++) {
		p[B + i] = p[i];
		g1[B + i] = g1[i];
		for (j = 0 ; j < 2 ; j++)
			g2[B + i][j] = g2[i][j];
		for (j = 0 ; j < 3 ; j++)
			g3[B + i][j] = g3[i][j];
	}
}

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