立时代潮头发图形先声 携世界之手奏中国强音

2019-07-19 06:10:22 科学中国人·上半月2019年5期

徐芳芳

2018年8月,在素有图形学领域奥斯卡盛会美誉的SIGGRAPH大会上,来自深圳大学可视计算研究中心黄惠带领的研究团队“发出了中国强音”——他们投稿的6篇长文因在几何建模、形状分析、纹理合成、点云处理、场景理解、三维感知等方面的技术创新同时被SIGGRAPH 2018收录并在大会宣讲。这一成绩创下了该大会自1974年举办以来中国高校单年发表的最高纪录,为深圳大学在国际图形领域插下了一面鲜明的旗帜!

值得一提的是,这已经不是黄惠第一次在SIGGRAPH大会上绽放光芒。在很多同行眼中,她是这个“计算机图形图像领域世界上影响最大、规模最大,集科学、艺术和商业于一身的展览会和学术研讨会”的“熟人”。该会议每年参加总人数超万名,但只接收100篇左右具有突出技术贡献的学术论文,黄惠团队的科研成果年年榜上有名。今年,她更是受邀加入SIGGRAPH 2019 Technical Paper Sorting Committee(论文分派委员会)。这个委员会负责为大会所有投稿遴选出最合适的Primary(主审),是大会能录取到最优质论文的关键步骤,每年都是由图形领域最顶尖的8位专家组成,分别负责Modeling、Image、Rending、Animation四大主方向,黄惠是唯一受邀来自中国的代表。

“立时代潮头,发图形先声;携世界之手,奏中国强音。”珠江水畔,当改革创新的浪潮再次在这片充满神奇故事的土地上翻涌。黄惠,一名新时代新女性,带领着她的科研团队奏响了让世界倾听中国的强音。

一座城,一段事——珠江河畔唱起的新女性之歌

众人看到的或许都是成名后的鲜花掌声,很少有人会去关注背后的故事细节。作为一名女性科学工作者,黄惠为如今的收获所付出的努力和艰辛,只有她自己和周边的人才有更深刻的体会。

黄惠有两个女儿,她们分别有两个别名:一个是“SIGA Baby”,另一个是“SIG Baby”。因为她俩分别是在2009年SIGGRAPH ASIA和2013年SIGGRAPH大会截稿前夕出生的。恰好这两个时间节点对黄惠来说都很有纪念意义。2009年,黄惠在5月底生了大女儿,同年在SIGGRAPH ASIA顶会上发表了第1篇计算机图形学文章,这意味着她正式从数学研究转向了计算机图形学研究;2013年,黄惠到深圳没多久,团队还在建立,人手也不充足,她以第一作者的身份主动承担了两个SIGGRAPH项目,临截稿日期正好赶上预产期,在临产当天,她依然在赶稿,晚上赶到医院才半个小时就生下小女儿……

为心中的科研理想,黄惠付出了很多,也牺牲了很多。幸运的是她有父母、爱人和朋友一直以来的支持和理解,让她走出了一条别样精彩的女性科学家之路。

“1979年,那是一个春天……”一首《春天的故事》,记录了一个国家与一座城市激荡人心的发展故事。当改革的春风从香江边上的那个小渔村开始吹遍祖国大地时,一名湖北姑娘正在她的家乡茁壮成长。

“短发齐耳,语速很快,声音清脆,具有湖北女孩特有的干练和敏锐。”这是很多人对她的评价,也正是身上这股干练劲儿,让她从小就展现出优秀的潛质。1996年,黄惠以优异的成绩考取湖北武汉大学,在国家数学基地班学习。2008年获加拿大英属哥伦比亚大学(UBC)应用数学博士学位之后,她留在UBC从事博士后研究工作。多年在海外的经历,让黄惠积累了先进的科学技术知识,习惯了用开放的态度和视野来海纳百川,但同时也让她对回国形成了一种“执念”——“虽然温哥华宜人的气候令人着迷,但对于一个科研人员来说,没有比能回到自己的祖国,并在一个最能发挥其所长的工作环境里从事自己所爱的研究更有吸引力。”

2010年,黄惠的研究合作伙伴——以色列顶级图形大师Daniel Cohen-Or教授受聘中科院深圳先进技术研究院客座研究员,并向那里的图形领军人物——陈宝权教授介绍了黄惠。在陈教授的盛情邀请下,黄惠到深圳作了一次学术报告。这是她第一次来到深圳,却对这座充满活力与创新气息的城市留下了深刻印象。在陈教授提出加盟邀约后,没有太多犹豫和比较,她毅然回国。

其实对黄惠来说,做出这个决定绝非易事。父母在,不远游的顾虑一直萦绕心间;而她的爱人在温哥华的事业发展也是顺风顺水,前程大好。让她感动的是,家人纷纷选择支持她的决定。正是有了他们的大力支持,黄惠的回国科研征程才推进得如此之快。深圳是一片让她有归属感的热土。在这里生活的人们怀揣梦想,敢想敢拼,开放包容,讲求实干……就像鸟儿找到了一片可以自由自在翱翔的天地,在这里,黄惠很快就凝练形成了自己特有的方向。

从2010年回国至今,9年的时间里,黄惠把家安在了深圳,把父母接来同住,也有了自己的第二个女儿——SIG Baby。但她坦言自己很少有时间来照顾家里,全靠父母和爱人的承担,她才得以全身心投入到科研工作中。1年365天,除了必要的外出学术交流,几乎每天都可以在办公室里看到她的身影。

在中科院深圳先进院,黄惠快速成长,历任副研究员、研究员、中心主任、数字所副所长。2016年,出于对基础研究和学生培养的热爱,她受聘深圳大学Distinguished Professor(特聘教授),全职调入计算机与软件学院,担任深大计算机应用学科带头人,用3年时间从零创建可视计算研究中心(http://vcc.tech),致力提升深圳大学可视计算科学研究与高等教育水平,打造具有国际影响力的高水平科研团队。同时,她积极开展国际和产业合作,2017年率团队成功取得广东省3D内容制作工程技术中心认定,开始搭建省级科研平台。

多年来,黄惠先后主持承担了NSFC优秀青年科学基金、面上、中以国际合作、中英国际人才基金、“973”前期研究专项、广东省自然科学研究团队、广东省重大基础研究、3D国际合作基地、粤港创新等国家和省部级重点项目。主要研究内容面向国家重大科研战略需求,在智能采集与多源融合、几何建模与形状分析、三维感知与特征认知等前沿研究领域保持国际领先水平。已发表中科院JCR 1区/CCF A类论文45篇,其中顶级SIGGRAPH/ACM TOG论文32篇,授权美国发明专利8项,中国发明专利28项,登记软件著作权37项。

因为在专业领域所做出的突出贡献,鲜花和掌声接踵而至。2011年,黄惠成为首批“深圳市海外高层次孔雀人才”中的唯一女性;2012年入选“中国科学院卢嘉锡青年人才”;2013年荣获“中国科学院青年科学家国际合作奖”;2014年入选“中国科学院广州教育基地优秀研究生导师”;2015年首批入选“广东科技创新领军人才”“中国科学院青年创新促进会优秀会员”“中国科学院特聘研究员核心骨干”,同年获批“国家自然科学优秀青年基金”;2016年入选“ACM高级会员”;2017年入选“中国计算机学会杰出会员”;2018年入选“深圳市地方级领军人才”,同年获批国际人才项目“英国皇家牛顿高级学者基金”。

这是一座充满激情又充满诱惑的城市,有人在纸醉金迷中迷失了方向,有人在机遇与发展中成就了自己的梦想。于黄惠而言,就是全心融入深圳乃至全国科技创新发展浪潮之中,进取,沉淀,厚积,薄发。

旧时王谢堂前燕 飞入寻常百姓家——携世界之手共探神奇科学

什么是计算机图形学?对很多普通老百姓来说,或许会有这样的疑问。它其实是一门研究怎样用数字计算机生产、处理和显示图形的新兴学科。

1963年,伊凡·苏泽兰在麻省理工学院发表了名为“画板”的博士论文,标志着计算机图形学的正式诞生。黄惠出生和成长的20世纪七八十年代,正是计算机图形学迎来跨越性发展的年代。各种新兴技术的涌现,为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享起到了重要推动作用。计算机运算能力的提高,图形处理速度的加快,使得计算图形学的各个研究方向得到充分发展,开始广泛应用于游戏、影视娱乐、可视分析、高端制造等各个领域。

计算图形学的广阔发展前景和早年在数学研究领域打下的坚实理论基础,成就了黄惠从计算数学到计算机应用的成功转型。多年在研究一线的积累,让她清醒地认识到领域内技术的快速更迭,注定了从事相关工作的人要时刻保持与时俱进的思维和态度,同时还要在领域内保持良好的沟通合作。发挥自己在国际领域积累的技术和人脉优势,開展深度国际合作,成为她和团队立于浪潮前端的“法宝利器”。

2015年,黄惠与加拿大西蒙弗雷泽大学Hao Richard Zhang教授合作申报的国自然海外及港澳学者合作研究基金“三维模型的形态、功能和制造研究”成功获批。正是这一合作项目的研究开展,让黄惠和她的研究伙伴们尝到了立足国际前沿、携手共进的甜头。通过这一项目,中加两方团队深入探索研究了物体形态与功能之间的关联,提出的关键性技术包括:三维形状的部件运动性学习算法,能准确预测并转移部件的运动参数;三维模型的典型风格元素协同定位方法,使得多项风格相关的应用成为可能;通过协同分析交互方式学习物体实现功能的方法,使得物体功能性增强和多功能物体的模型构建成为可能等。这一系列工作都发表在顶会SIGGRAPH和顶刊ACM TOG上,引起热烈反响。

2017年,黄惠与以色列特拉维夫大学Daniel Cohen-Or教授(ACM SIGGRAPH最高技术成就奖获得者)合作申报的国家自然科学基金重点国际(以色列)合作项目“三维重建前沿技术研究”成功获批。Daniel Cohen-Or教授是计算机图形学领域当之无愧的领袖人物,全球发表ACM TOG论文最多的研究学者。他和黄惠合作基础深厚,技术上互有侧重又相互契合,属强强联合。通过这一项目研究,双方团队深入探索了从传统的交互式、层级式三维建模转向数据驱动的半自动或全自动高质量三维重建问题,并取得了累累硕果。2018年度,双方已合作发表1篇模式识别顶刊IEEE PAMI、1篇可视化顶刊IEEE TVCG、2篇视觉顶会ECCV和6篇计算机图形顶刊ACM TOG论文,同时在计算机图形顶级旗舰会议SIGGRAPH/SIGGRAPH ASIA 2018上宣讲,获得国际同行一致的高度认可。

2018年,因在专业及国际合作研究领域展现的卓越才能,黄惠入选英国皇家学会和国家基金委联合评议资助的国际人才项目“牛顿高级学者”,该基金在国际上享有很高声誉,旨在鼓励我国青年学者与英国合作者之间开展交流互访与合作研究活动,获资助者要经过严格的国际同行评审。该基金的中方获资助人都是从国家杰出青年基金和优秀青年基金获得者中遴选出的年轻优秀科学家,2018年信息领域仅2项,广东省仅此1项获批。凭借此项目资助,黄惠和英国伦敦大学学院Niloy J. Mitra教授紧密合作,从移动机器人自主探索与扫描出发,重点研究开发在线实时形状分析算法,从原始RGBD扫描数据直接学习提取先验语义信息,来规范和增强数据获取和建模质量。项目可催生的技术产品是带语义结构解析的大型环境抽象表达,可以方便地用于各上、下游3D应用。

“在与国际顶级专家交流的过程中,不论是初学者还是已有一定水平的研究人员,我们总能从他们身上学到很多东西。初学者可以学到很多理论和实践的经验和知识,快速使自己成长,而高水平的人可以从其他人那里获得更多的想法或者说是灵感和启发,更快扩展自己的视野。”博采众家之长,将其转化为自身的财富,多年的坚持和丰富的经验让黄惠带领着团队不断创新突破,在国际图形领域的影响力与日俱增。她也先后受邀为SGP 2019 (几何处理方向最专业的国际顶级会议)Program Chair(大会程序委员会主席)和GMP 2019(几何建模与处理国际大会) 特邀大会讲者;同时还成为SIGGRAPH ASIA 2017 Technical Briefs and Posters Co-Chair、SIGGRAPH ASIA 2016 Workshops Chair、SIGGRAPH ASIA 2014 Community Liaison Chair和所有国际知名图形会议(SIGGRAPH, SIGGRAPH ASIA, EG, EG-STAR, SGP, PG, GMP, SMI, GI, CGI, 3DV, CAD/Graphics, etc)程序委员会成员。

“携世界之手,共同进步。”对黄惠和她所带领的团队来说,合作是他们学习进步的重要方式,但创新是他们攀登科学更高峰的阶梯。科技成果搬下高阁惠及普通大众,带着这样的梦想,她们会一直走下去。

一花独放不是春 百花齐放春满园——孔雀东南飞齐力奔未来

“孔雀东南飞”,如果说7年前正是“孔雀人才”这一深圳特有的人才计划让黄惠感受到了这片创新热土对于人才海纳百川、开放并蓄的态度,如今,作为“新深圳人”的代表,她也一直致力于带给世界各地的人才,带给自己的同行、学生同样的感受。

2016年年初职调入深圳大学后,黄惠担任计算机应用学科带头人,她从零创建可视计算研究中心(Visual Computing Research Center-VCC),促进多个学科的深入交叉和集成创新,积极开展国际和产业合作,重点推进机器人新型三维智能感知、多源多模态数据获取、点云优化表示与特征重构、多尺度几何建模与内容生成、高层次图像处理与形状分析、复杂场景重建与交互理解等方面的科学技术攻关和理论研究。短短3年,可视中心已发表中科院1区/CCF A类论文32篇,申请国际发明专利17项(授权2项美国发明),中国发明专利26项(授权1项),登记软件著作权18项,获批国家级科研项目10项。

据最新CSRankings排行榜(由美国麻省州立大学组织的一项完全基于研究指标的全球院校计算机科学领域实力排名,它以绝大多数院校教员在计算机科学领域各大顶会发布的论文数量为衡量指标,更加透明)显示:深圳大学计算机图形学排名由全球第29位(2016—2017)跃升为全球第4位(2018—2019),已进入世界一流水平,其中的论文贡献均来自黄惠创建的可视计算研究中心(VCC)!

或许是因为多年海外的经历,让黄惠对建立一个尊重个体自由、包容并蓄的科研环境非常重视,而她所要做的就是人尽其才,让每位学生都能找到自由施展才能的方向,都能学有所长,学有所获。早在2014年,黄惠就入选了“中科院广州教育基地优秀研究生导师”,指导过的学生都有参与国际合作研究项目的经历,具有较强的独立思考和动手能力,绝大多数都在相关领域一流期刊上发表过学术论文,毕业后均在海外著名高校深造或在大型高新IT企业任职。先后共有6位学生获得Google奖学金资助(3万美元/人),4位获得国家奖学金,1位获得中国科学院朱李月华奖学金,20位获得校级研究生奖学金(包括10名特等奖学金、8名一等奖学金、5名二等奖学金、3名新生奖学金)。

值得一提的是,为加快推进创新型计算机高端人才的培养,在黄惠的极力推动和组织下,中心自2016年起,每年都会面向有意报考深圳大学的学生及对相关研究感兴趣的专业研究人员免费举办别出心裁的可视计算暑期学校。培训内容不仅包含受邀的世界各地的知名学者教授开设的可视计算前沿讲座,还包含专业建模师开设的上机实践课程,指导学生利用在广告、影视、游戏等各行业应用广泛的3DsMax软件完成简单模型的创建,既能扩展学员的视野,仰望星空;又能提高实际操作能力,脚踏实地。2018年,黄惠邀请了来自8个不同国家的14位知名学者,还有众多不可小觑的后起之秀,和研究生时期就站上SIGGRAPH国际舞台展示自己研究成果的师哥师姐们与300名学员一起分享了科研当中的乐趣与經验。这种别具一格的交流方式,为各地相关老师和学生无偿搭建通向世界科技前沿平台的义举,尽显了黄惠及其团队一贯开放、包容、合作、共进的态度。

2019年对黄惠来说,是一个崭新的科研起点。这一年她将研究的目光对焦智能图形。“对机器人研发领域来说,要完成一项任务应该要经历和人一样的4个过程:看见、理解、决策和行动。当前,机器人‘看的能力已经具备。机器人的‘行动能力,关节运动所需的各种伺服电机、减速器、惯导和控制算法在不断更新。但现有机器人还无法自主感知和理解周围不断动态变化的复杂真实环境。如果能让各类机器人自主采集周围环境数据并识别、学习、实现对周围环境数据的静动态语义分析,就能让机器像人一样理解环境、融入环境,不断进行‘感知—建模—交互的迭代循环,促使机器人在‘观察和‘操作中不断‘增强认知,优化决策,真正做到自动学习和自然交互。”黄惠计划开展研究的切入点,就是要深度交叉融合计算机图形学、三维视觉和人工智能,创建能在复杂真实动态环境下通用的自主式三维环境采集系统,构建场景生态模型和机器学习认知模型,形成交互决策方法,打造共融机器人交互生态,最终实现智能机器人适应变化、自然认知、自主决策、互相协作的目标。

一花独放不是春,百花齐放春满园。对黄惠和她所代表的新一代深圳科研人员来说,责任的力量,鞭策着他们与世界同行,向未来冲刺。