“渲”亮數(shù)字世界

數(shù)字化時代，通過圖形渲染技術(shù)，虛擬場景呈現(xiàn)會更加逼真動人，仿佛將世界重新繪制出來，這種神奇的力量已經(jīng)深深影響了各個領(lǐng)域。

圖形渲染向來被認(rèn)為是一個具有較高技術(shù)門檻和研究難度的研究方向，但南京大學(xué)（以下簡稱“南大”）計算機(jī)學(xué)院、計算機(jī)軟件新技術(shù)全國重點實驗室長聘副教授過潔卻用十余年深耕，直面高難度的圖形渲染科學(xué)問題，收獲了多項原創(chuàng)性成果。他開發(fā)的多套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)在華為、中興通訊、騰訊、OPPO、愛奇藝、三星電子獲實際應(yīng)用，服務(wù)于文物保護(hù)、基礎(chǔ)教育、消費電子和影視娛樂等領(lǐng)域。

實時渲染與逼真度提升、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實的融合、計算機(jī)圖形學(xué)與人工智能的融合，都將對未來的計算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。面對技術(shù)變革帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，過潔積極回應(yīng)，以期用更好的科研成果為用戶帶來更豐富、沉浸式的體驗，并助力解決更加復(fù)雜的現(xiàn)實世界問題。

科研之道 行于精思

20年前的毅然轉(zhuǎn)專業(yè)，讓過潔闖入了計算機(jī)的世界。從地質(zhì)學(xué)轉(zhuǎn)到計算機(jī)專業(yè)，過潔坦言，他曾度過一段充滿壓力的適應(yīng)期。但興趣驅(qū)動下，他還是順利完成了轉(zhuǎn)變。

過潔是“土生土長”的南大人，保送研究生、碩博連讀、畢業(yè)留校，求學(xué)之路的順?biāo)旆炊屗苌僮屑?xì)審視當(dāng)下、認(rèn)真考慮未來，是中間在微軟亞洲研究院的訪學(xué)經(jīng)歷為他打開了新視野。

“在學(xué)校其實接觸面窄，真正深入到行業(yè)，才發(fā)現(xiàn)舞臺遠(yuǎn)比想象的要廣闊?！边^潔說，“微軟亞洲研究院是計算機(jī)圖形學(xué)研究的圣地，接觸到領(lǐng)域內(nèi)的頂尖學(xué)者，才對什么是科研有了更深的感悟，并真正喜歡上做科研?！?/p>

在微軟亞洲研究院的訪學(xué)經(jīng)歷，讓過潔獲益良多?！坝薪M織的科研，能讓項目推進(jìn)更高效，這種管理模式很重要，所以我現(xiàn)在帶團(tuán)隊、做研究，也借鑒了當(dāng)時的一些方式方法。”

無論是做學(xué)術(shù)研究還是在其他行業(yè)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度都至關(guān)重要。在微軟亞洲研究院時，周圍人不放過任何小細(xì)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)工作作風(fēng)，讓過潔印象深刻?！吧踔烈粡堜秩緢D上為什么會出現(xiàn)一個小黑點，大家都會追根溯源，其實圖片看上去已經(jīng)很完美了?！边^潔說。在此環(huán)境浸染下，過潔也練就了“火眼金睛”?！翱茖W(xué)研究要注意細(xì)枝末節(jié)，有時可能就是小細(xì)節(jié)的改變，推動了整個領(lǐng)域的巨大進(jìn)步?！边^潔說。

在微軟亞洲研究院訪學(xué)前，過潔從未想過自己能在重量級期刊上發(fā)表文章。但身處“中國IT界的黃埔軍?！?，周圍人超前的研發(fā)意識，對科學(xué)技術(shù)的敬畏之心，以及走在世界最前端的抱負(fù)與理想，一直激勵他努力向前。訪學(xué)只半年，過潔就發(fā)表了他的第一篇SIGGRAPH（計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域頂級會議）論文。

在這項研究中，過潔探索了圖形繪制領(lǐng)域的一個經(jīng)典問題——信號處理采樣問題。突破了傳統(tǒng)的點采樣模式，過潔用線段采樣做了大膽嘗試。圖形學(xué)是偏應(yīng)用性的學(xué)科，很多問題都來源于工業(yè)場景，過潔解決的是一個偏理論的問題，是對工業(yè)問題的升華。相關(guān)工作是當(dāng)時過潔在微軟亞洲研究院時的導(dǎo)師孫鑫和浙江大學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)（CADamp;CG）國家重點實驗室主任周昆教授一起合作的課題，他有幸參與研究。因為難度大，當(dāng)時過潔花了很大精力，過程雖辛苦但現(xiàn)在回憶他覺得那段時間很充實。

“稿件能順利投稿，有點出乎預(yù)料，我覺得自己很幸運。同時這也讓一個科研‘小白’找到了信心，找到了人生方向，這也是回到南大后我在科研路上堅持走下來的原因。所以這一次的成功投稿改變了我后來的科研人生。”過潔說。

虛實交融 破圈創(chuàng)新

萬事開頭難，回想起在南大事業(yè)起步的那段日子，過潔感慨萬千。初出茅廬，面對幾乎一片空白的“畫布”，他曾束手無策。

在充滿掙扎與磨礪的瓶頸期，是性格中那份堅韌不拔的力量，成為過潔堅持下來的重要支撐。他堅信，既然在微軟能夠取得成功，那么在南大，他也同樣能夠創(chuàng)造輝煌。這種不服輸?shù)呐Ｆ?，讓他面臨重重困難，從未輕言放棄。

持之以恒，不放棄夢想，是走出困局的精神支撐。想辦法走出困境，則需要付出行動。與同行多交流，參加學(xué)術(shù)會議，獲取更多知識，拓寬視野；與企業(yè)交流合作，建立良好互動關(guān)系，了解行業(yè)訴求，獲取經(jīng)費支持；過潔認(rèn)為想要改變現(xiàn)狀，走出去才有出路。

“我的學(xué)術(shù)背景并不完全來自大團(tuán)隊的培養(yǎng)。事實上，我的導(dǎo)師原本的研究方向是多媒體，而非純粹的圖形學(xué)。我接觸圖形學(xué)是源于一個項目，從那時起，我便對圖形學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣，并一直堅持下來。因此，我們的團(tuán)隊可以說是半路出家，規(guī)模也不大。在這樣的情況下，為了團(tuán)隊的發(fā)展，我們必須走出去，與更多的同行和企業(yè)進(jìn)行交流與合作?！边^潔說。

如今，過潔的事業(yè)進(jìn)入了穩(wěn)定期，團(tuán)隊規(guī)模不斷擴(kuò)大，研究成果也日益豐碩。他主持完成國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、企業(yè)橫向項目等各類課題30余項；發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文百余篇；做出的多項原創(chuàng)性工作，受到國內(nèi)外知名專家和企業(yè)的廣泛關(guān)注和認(rèn)可；他曾獲得華為火花獎、江蘇省計算機(jī)學(xué)會青年科技獎、江蘇省工程師學(xué)會優(yōu)秀青年工程師獎等獎勵。

堅持將科研成果落地，過潔與企業(yè)合作轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品，大多已服務(wù)于解決行業(yè)實際問題中。為三星電子開發(fā)的“室內(nèi)外光照估計系統(tǒng)”，有效解決了增強(qiáng)現(xiàn)實領(lǐng)域光照一致性和陰影一致性等核心問題。為愛奇藝開發(fā)的“面向虛擬現(xiàn)實引擎場景渲染性能優(yōu)化技術(shù)”，可以有效減少用戶移動VR（虛擬現(xiàn)實）頭盔的動作反映到屏幕中畫面改變的延遲，并降低由于渲染幀率下降可能造成的抖動現(xiàn)象，為VR游戲或其他VR應(yīng)用的實時性能提供保障。

科研攻關(guān)猶如摸著石頭過河。過潔慶幸背后有一支同心協(xié)力、積極向上的團(tuán)隊?！坝浀糜幸淮?，項目即將驗收，我和學(xué)生一起熬夜調(diào)整程序，他們不厭其煩地一遍遍嘗試，我也一直陪在他們身邊，最終成功完成了項目。這些經(jīng)歷，不僅讓我更加珍惜與學(xué)生們的合作，也深刻體會到團(tuán)隊力量的強(qiáng)大?！边^潔說。

圖形渲染領(lǐng)域是一個充滿挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，它最大的難點在于跨學(xué)科和高門檻。從事圖形渲染工作，不僅要有扎實的數(shù)學(xué)基本功，還需要深入理解物理原理，工程開發(fā)能力也必不可少。除此，還須掌握一定的設(shè)計技能，熟練使用各種設(shè)計軟件。同時，美學(xué)素養(yǎng)也不可或缺，另外，還需要懂一些心理學(xué)和人因工程。只有具備多方面的能力和素養(yǎng)，才能更好地理解用戶需求，設(shè)計出美觀、易用又具吸引力的作品。“能夠堅持下來的同學(xué)，能力確實很強(qiáng)。所以我們團(tuán)隊目前的情況很不錯，人員齊備，充滿活力。學(xué)生和老師相處融洽，在輕松愉快的氛圍下，學(xué)生們成長很快。作為老師，我也感到非常欣慰和滿足?！?/p>

展望未來，過潔坦言，更多是追隨個人興趣開展工作。雖有人唱衰圖形渲染研究的未來，但他相信其發(fā)展空間仍然巨大。從理論來看，目前，圖形渲染主要依賴于兩種模式：光柵化渲染和光線追蹤渲染。盡管這兩種模式在許多場景下都能取得不錯效果，但它們也各自存在局限，特別是在處理一些特定場景，如渲染云、霧等介質(zhì)時。

過潔試圖從理論層面打破現(xiàn)有渲染模式局限，探索出第三條路徑。這無疑是一個極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因為理論層面的創(chuàng)新往往需要深厚的學(xué)術(shù)功底和前瞻性的視野。但正是這種挑戰(zhàn)，激發(fā)了他不斷探索的動力。

“圖形渲染是一個應(yīng)用型學(xué)科，虛實融合是未來應(yīng)用的大趨勢，面對顯示方式的多樣化，如何讓虛擬元素和真實元素疊加，不僅能實現(xiàn)共同呈現(xiàn)，還要達(dá)到虛實難辨，需要我們進(jìn)一步去完成技術(shù)上的突破。近年來，AI技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展為我們帶來了新機(jī)遇。結(jié)合AI技術(shù)，圖形渲染煥發(fā)了第二春，我們可以開展更多新的探索?！边^潔說。

追隨研究興趣，結(jié)合最新技術(shù)發(fā)展趨勢，持續(xù)探索領(lǐng)域的新邊界。過潔相信，在充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的未來，更多令人矚目的成果將被創(chuàng)造。