序言：三維視覺與可視化

近年來，“元宇宙(Metaverse)”的概念再次火爆，F(xiàn)acebook 公司甚至改名為“Meta”，以擁抱元宇宙。Metaverse 是美國(guó)著名科幻作家尼爾·斯蒂芬森(Neal Stephenson)于 1992 年在小說《雪崩》(Snow Crash)里創(chuàng)造的概念，其核心是構(gòu)建一個(gè)平行于現(xiàn)實(shí)物理世界的虛擬數(shù)字世界。從 2003 年美國(guó) Linden 實(shí)驗(yàn)室推出的虛擬世界——第二人生(Second Life)，到近年來的另外一個(gè)熱門話題——數(shù)字孿生(Digital Twin)，從數(shù)字城市到智慧城市再到數(shù)字孿生城市都可以認(rèn)為是元宇宙的不同發(fā)展階段。元宇宙既是虛擬的又是“真實(shí)”的，隨著它的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)世界中的一切都可以在虛擬世界中找到對(duì)應(yīng)，虛擬世界成為現(xiàn)實(shí)世界的試驗(yàn)場(chǎng)，兩者雙向交互與融合，分界越來越模糊，最終融合在一起成為人類生存的新空間，從而實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的飛躍，我們稱之為“第一人生”①。

如何構(gòu)建現(xiàn)實(shí)物理世界的虛擬鏡像，包括對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中目標(biāo)對(duì)象的幾何、外觀、物理、行為、狀態(tài)、功能等屬性的虛擬，是元宇宙能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。而視覺是人類感知世界重要的途徑之一，在現(xiàn)實(shí)世界中，三維信息能夠直接反映物體和環(huán)境的狀態(tài)，也更接近人類的感知模式。隨著三維傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步、深度學(xué)習(xí)的飛速發(fā)展以及三維視覺數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，三維視覺數(shù)據(jù)的獲取、分析、理解、表達(dá)、建模、呈現(xiàn)、交互與可視化技術(shù)成為構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界虛擬鏡像的核心研究問題。

本期三維視覺與可視化專題，報(bào)道國(guó)內(nèi)學(xué)者在三維視覺與可視化技術(shù)方面的研究，包括 2D/3D內(nèi)容生成、3D 打印、可視化與可視分析等 3 個(gè)方面。

在 2D/3D 內(nèi)容生成方面，北京大學(xué)陳寶權(quán)教授團(tuán)隊(duì)綜述了近年來在室內(nèi)場(chǎng)景生成領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展；山東大學(xué)汪云海教授團(tuán)隊(duì)綜述了使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行拼貼畫自動(dòng)生成的研究進(jìn)展；江南大學(xué)王映輝教授團(tuán)隊(duì)從光照模型、幾何圖元和深度學(xué)習(xí)的角度綜述了基于單幅可見光圖像的三維結(jié)構(gòu)恢復(fù)研究進(jìn)展；中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院程章林研究員團(tuán)隊(duì)針對(duì)建筑物和植物建模分別提出了一種基于線云的平面提取算法以及基于手繪草圖的快速植物建模方法；中科院自動(dòng)化所張曉鵬研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種基于混合特征聚類和關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)的智能人臉?biāo)阉餍路椒?。?3D 打印方面，北京工業(yè)大學(xué)毋立芳教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于液體界面成型模型引導(dǎo)的分層與連續(xù) 3D 打印方法。在可視化與可視分析方面，中科院網(wǎng)絡(luò)中心單桂華研究員團(tuán)隊(duì)提出了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多層次協(xié)同可視化系統(tǒng)，為沉浸式信息展示提供一種新的方案；深圳大學(xué)陸旻博士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種三維交互式校園數(shù)字沙盤，并應(yīng)用于校園活動(dòng)熱力模擬；浙江大學(xué)巫英才教授團(tuán)隊(duì)綜述了不同工業(yè)數(shù)據(jù)的可視化方法以及可視分析技術(shù)在工業(yè)場(chǎng)景下的應(yīng)用。

目前，三維視覺與可視化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界的虛擬構(gòu)建與可視化方面取得重要進(jìn)展，已在城市、交通、醫(yī)療、教育、安全、工業(yè)等各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，但在虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的仿真推演與反饋、虛實(shí)融合與交互等方面，仍存在大量值得深入研究的問題，相信三維視覺與可視化研究在不久的將來大有可為。