● 通訊員 劉明明
戴瓊海
戴瓊海，中國工程院院士、北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心主任、清華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長、腦與認知科學(xué)研究院院長、中國人工智能學(xué)會理事長，現(xiàn)任民革中央教科文衛(wèi)體委員會副主任。長期致力于立體視覺、計算攝像學(xué)和人工智能等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，近年來主要從事國際交叉前沿——腦科學(xué)與新一代人工智能理論的研究，包括多維多尺度計算攝像儀器、光電認知計算的理論架構(gòu)、算法與芯片等。主持承擔973項目、國家自然科學(xué)基金重大儀器項目等國家級重大科研項目，以第一完成人在立體視頻重建與顯示、新一代立體視覺理論與關(guān)鍵技術(shù)等方面獲得突破性成果，分別在2016年獲國家科技進步二等獎、2012年獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎和2008年獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。被中共北京市委、市政府授予2017—2018年度“首都精神文明建設(shè)獎”榮譽稱號。
在清華大學(xué)燦若星河的專家方陣中，自動化系教授、博士生導(dǎo)師、寬帶網(wǎng)數(shù)字媒體實驗室主任戴瓊海，憑借立體視頻技術(shù)研究成果，占有重要一席。10余年來，他和他的團隊在國家自然科學(xué)基金、“863計劃”等項目的支持下，在立體視頻獲取、生成與顯示等應(yīng)用基礎(chǔ)理論和核心關(guān)鍵技術(shù)方面，完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多項發(fā)明創(chuàng)新，突破了多個關(guān)鍵技術(shù)，改變了長期以來我國視頻核心技術(shù)主要依靠引進的格局，實現(xiàn)了核心技術(shù)對外輸出。2013年1月，戴瓊海主持的“立體視頻獲取與重建技術(shù)及裝置”項目獲2012年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎。
“不甘落后平生恥，蛻繭拼搏誓爭先”
憑著奮起直追的執(zhí)著精神，勇做立體視頻技術(shù)的先行者
上世紀90年代末，數(shù)字媒體在信息產(chǎn)業(yè)中展露頭角，國際上涌現(xiàn)出大量流媒體編碼技術(shù)，但中國在這一領(lǐng)域卻缺乏屬于自己的知識產(chǎn)權(quán)。中國企業(yè)每生成一臺DVD需支付的專利費高達利潤的10.2倍，跨國公司僅專利費每年就從中國獲利高達數(shù)十億美元。當時正帶領(lǐng)團隊從事流媒體研究的戴瓊海看在眼里，痛在心上。
進入21世紀，歐盟、美國、日本的立體視頻研究項目陸續(xù)啟動，引發(fā)了世界各國在信息顯示技術(shù)領(lǐng)域新一輪的角逐。戴瓊海敏銳地感覺到，立體視頻的時代即將到來，中國市場再次面臨“狼來了”的威脅，但這也是中國信息技術(shù)實現(xiàn)源頭創(chuàng)新、趕超發(fā)達國家的一次絕佳契機。
“我們感到很難做，但是如果能‘撲上去’占據(jù)制高點，就可以掙外國人的錢，讓外國人用中國的知識產(chǎn)權(quán)。”正是抱著這樣的信念，雖然面臨內(nèi)容匱乏的困境和技術(shù)路線的彷徨，戴瓊海和他的團隊還是義無反顧地開始了立體視頻技術(shù)研究的漫漫征程。
立體視頻與平面視頻最大的區(qū)別，在于它不僅是一個簡單的解碼過程，而是需要采集多視角的信息，并且重構(gòu)成具有縱深感的視頻影像，栩栩如生地顯示在人們面前。這其中涉及從理論到應(yīng)用、從內(nèi)容到顯示的一系列難題。
對現(xiàn)實場景進行重建與真實感繪制是立體視頻內(nèi)容生成的核心技術(shù)之一。通過調(diào)研，戴瓊海認為，突破傳統(tǒng)立體模型對3DMax等人工干預(yù)量大的專業(yè)軟件的限制，轉(zhuǎn)而通過現(xiàn)實場景對象采集的多視圖像來重建高真實感的三維模型幾何和紋理，是成為精確立體重建技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。這其中，首要的核心問題就是如何提高建模精度。
最初，他嘗試搭建了容納64個相機的系統(tǒng)，雖然具備了一定的立體效果，但并不能夠重現(xiàn)真正的立體感。接著他們又搭起一座鋼架，但精度的提高還是不顯著。國際同行的實踐經(jīng)驗告訴他，相機越密，立體感就越好。但是相機密度增加必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)量非常龐大，很難處理。這一矛盾又如何解決呢？
經(jīng)過反復(fù)嘗試和研究，他們發(fā)現(xiàn)光的變化對于立體重建的精度有一定影響。傳統(tǒng)方法是拍攝一系列視頻然后進行匹配，類似激光掃描，細節(jié)匹配不佳導(dǎo)致三維模型重建精度不高；而如果加入光照的因素，不斷變換光照并進行拍攝，就可以通過入射與反射時拍攝的視頻信息找到法線的方向，從而得知其相對的位置關(guān)系。把這一“光度立體”的方法和多視圖匹配的方法結(jié)合起來，就可以得到精度非常高的三維重建方法。
由此，戴瓊海帶領(lǐng)他的團隊在國際上首次提出了視覺場理論，建立了視角、光照和事件的關(guān)系，“籠子”也由此誕生，不僅減少了相機數(shù)量，而且使建模精度得到了質(zhì)的提升。到2010年，基于該系統(tǒng)實現(xiàn)的三維建模誤差僅小于0.3毫米，在由美國國家科學(xué)基金會（NSF）等多家權(quán)威機構(gòu)組織的國際評測中重建精度排名第一，至今未被超越。
“無畏荊棘漓汗水，登高眺遠視廣宇”
憑著樸實無華的科學(xué)情懷，讓立體視頻技術(shù)在國際上占據(jù)一席之地
立體視頻的風潮席卷全球，但是站在這一領(lǐng)域技術(shù)研究最前沿的戴瓊海卻始終告誡團隊師生：“不要盲目跟著別人做，一定要做最具原創(chuàng)性的研究。在新技術(shù)上搶占制高點，一定要比別人多看好幾步。”
當今，影視作品中往往包含大量非現(xiàn)實場景或?qū)ο螅纫雌饋怼罢妗保忠雌饋怼盎睢保Ⅲw視頻制作中真實感紋理合成與運動自由控制的矛盾，長期以來一直是阻礙技術(shù)發(fā)展的共性難題。戴瓊海和他的團隊提出了一系列采樣、跟蹤及合成方法，實現(xiàn)了從“拍攝（反演）”到“創(chuàng)造”的突破，為立體影視制作提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。形象地說，利用他們的技術(shù)來拍大片，技術(shù)人員再也不用費時費力在演員身體的各個關(guān)鍵節(jié)點上作出標記，后期再一一去除標記；“武林高手”們再也不用穿上呼吸窘迫的緊身衣，衣袂飄飄就可以把特技演員的動作“乾坤挪移”到自己身上，即使是懸崖峭壁這樣非常復(fù)雜的環(huán)境也可以輕松實現(xiàn)動作映射——多視角高速采集運動對象，實現(xiàn)任意場景、任意服飾下的三維運動跟蹤，將任意重建運動或創(chuàng)作運動映射至采集對象……與之相比，當年勇奪全球票房冠軍的3D巨制《阿凡達》所采用的技術(shù)都要遜色不少。
除了數(shù)字媒體和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)，戴瓊海和他的團隊還將立體視頻技術(shù)在軍事、航天、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域進行了推廣。多年來，戴瓊海帶領(lǐng)團隊始終堅持產(chǎn)學(xué)研密切結(jié)合，密切聯(lián)系現(xiàn)實需求，讓立體視頻走進各行各業(yè)、千家萬戶。
2010年，上海世博會中國館的兩大展區(qū)——“希望大地”“森林碳匯”讓前來參觀的各國游客記憶深刻、流連忘返：步入展區(qū)，宛如置身于大自然的懷抱，“濕地”內(nèi)的水潭清澈見底，流水潺潺，可愛的小魚一會兒潛入水底，一會兒躍出水面……當游客忍不住伸手觸摸時，才發(fā)現(xiàn)它其實是用3D多媒體虛擬技術(shù)所演繹的自然景象。這塊采用高精度三維建模技術(shù)實現(xiàn)的裸眼立體電視屏幕，由戴瓊海團隊與上海大學(xué)等合作完成，成為科技辦博的一大亮點。
2010年8月，戴瓊海帶領(lǐng)團隊發(fā)明的平面視頻立體轉(zhuǎn)換技術(shù)通過美國著名數(shù)字多媒體軟件公司SONIC全球競標后，應(yīng)用于其旗艦產(chǎn)品Raxio Creator立體視頻轉(zhuǎn)換編輯與播放平臺，支持全球首款立體視頻播放器，在北美市場同類產(chǎn)品中占有率高達62%。
2011年3月20日上午，我國完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的立體視頻芯片“清立方”在清華大學(xué)主樓接待廳宣布研發(fā)成功并舉行合作簽約儀式。正是戴瓊海和他的團隊，讓“清立方”成功實現(xiàn)在電視機、機頂盒等產(chǎn)品中規(guī)模化應(yīng)用，在終端實現(xiàn)了高清平面視頻到立體視頻的實時重建。現(xiàn)在，消費者使用幾塊錢一副的紅綠眼鏡，即可欣賞3D效果的電視畫面。
無人機是立體視覺的重要應(yīng)用，戴瓊海對這一領(lǐng)域的探索最初源自于在課堂上提出的一次設(shè)想：“能不能有這么一架無人機，從7樓實驗室穿過人群和樓梯等各種障礙物，為在4樓上課的我端來一杯水？”可是，這個對人類來說輕而易舉的任務(wù)，要想由空中機器人來完成，需要做的事還很多。
“科研創(chuàng)新就是要勇于做第一個吃螃蟹的人！”戴瓊海是這樣教導(dǎo)學(xué)生，自己也是這樣去做的。此前，戴瓊海帶領(lǐng)的寬帶網(wǎng)數(shù)字媒體實驗室在立體視覺及計算攝像學(xué)方面取得了重要進展，這一次他希望借助已有研究成果進一步在飛行器視覺導(dǎo)航方面有所建樹。2010年，戴瓊海作為首席科學(xué)家開始主持國家973計劃項目“復(fù)雜條件下飛行器進近可視導(dǎo)航的基礎(chǔ)理論研究，做好了前期的技術(shù)準備。2011年，戴瓊海開始帶領(lǐng)團隊進行無人機方面的調(diào)研。未知領(lǐng)域的探索總是艱辛，但是憑著自身驚人的毅力和扎實的理論功底，戴瓊海帶領(lǐng)團隊快步趕超國際先進水平。2013年8月，只用了不到兩年時間，戴瓊海帶領(lǐng)的清華THRONE代表隊成為全球惟一一支挑戰(zhàn)成功的“任務(wù)終結(jié)者”，拿到了2013國際空中機器人大賽冠軍，獨享累積了4年的4萬美元獎金，戴瓊海帶領(lǐng)他的清華無人機，飛出了世界NO.1。
“路遙修遠留痕跡，超越自我永追求”。
憑著近乎偏執(zhí)的工作熱情，永做學(xué)科交叉前沿的探路人
科研工作是個苦差事，來不得半點馬虎，不僅要有豐厚的知識積累，更要有持之以恒的毅力和永不滿足的精神。戴瓊海投入科研工作17年，經(jīng)受了多少孤獨寂寞，面對了多少失敗挫折，流下了多少委屈淚水，仍始終保持永不停歇的沖鋒姿態(tài)，用自身的實際行動詮釋了一名清華科研工作者的良好精神風貌。
目標事業(yè)引領(lǐng)，以身感召聚人才。科研項目通常是個系統(tǒng)工程，需要多方技術(shù)力量支持，更需要有一個能緊密協(xié)作的團隊。這些年，戴瓊海的科研課題一個接一個，都是年初下任務(wù)，年底就要出成果，沒有連續(xù)拼搏的精神是難以堅持的。研究室除了他外，都是年輕的碩士、博士，有的還是沒找對象的大齡青年，是什么讓他們?nèi)绱藞远ǖ馗@么玩命地干呢？學(xué)生徐楓感慨地說，是戴教授強烈的敬業(yè)精神感動了我們。清華大學(xué)主樓724、725實驗室是他們的重要“根據(jù)地”，團隊中也由這兩個“番號”衍生出一個膾炙人口的典故：“724”，就是抓緊每周7天、每天24小時的時光，努力拼搏不放松；“725”則要在此基礎(chǔ)上更進一步，“把24小時當成25小時來過”。高效再高效、奮斗再奮斗、集約再集約、創(chuàng)造再創(chuàng)造，724和725見證了戴瓊海和他的團隊成員多年來不斷奔跑的姿態(tài)、不懈創(chuàng)新的腳步。
從這個優(yōu)秀的集體中，先后走出了17名博士后（其中3名清華大學(xué)優(yōu)秀博士后）、8名博士（其中兩名清華優(yōu)秀博士畢業(yè)生）和41名碩士。團隊還為國家廣播電視系統(tǒng)舉辦了四屆工程碩士班，培養(yǎng)出百余名工程碩士。
“每當我深夜走出主樓，回望還有很多亮著燈的實驗室，我明白我只是清華浩瀚星空中的一顆。是戴教授的言傳身教，讓我對清華人兢兢業(yè)業(yè)、勇于創(chuàng)新的品格有了更加深切的感悟。”這是戴瓊海團隊成員、自動化系2009級博士曹汛在清華大學(xué)2012年研究生畢業(yè)典禮上的一段肺腑之言。年輕的曹汛博士一畢業(yè)就成為南京大學(xué)的一名副教授，秉承戴瓊海精益求精的傳統(tǒng)，在新的工作崗位上繼續(xù)追揮灑著理想與激情。
傾注全部心血，癡迷科研終不悔。在身邊人眼里，戴瓊海對工作的執(zhí)著程度，簡直可以用狂熱來形容，他無時不刻不在想他的項目，無時不刻不在琢磨新的項目。問戴瓊海有什么業(yè)余愛好，他笑著說：科研就是我最大的愛好，未知領(lǐng)域始終對我有無盡的誘惑。在清華的這十幾年來，戴瓊海幾乎沒有陪愛人逛過街，在家里跟孩子說話的時間都很少，早晨上班孩子沒起床，晚上回去孩子已經(jīng)睡了。想到這些事，戴瓊海至今還內(nèi)心酸楚，愧疚不已。科技成果越來越多，欠家人的愛也越來越多。戴瓊海說，妻子對他工作的理解支持、生活上的傾心照顧，是他能不斷取得科研突破的重要動力。
永葆創(chuàng)新激情，榮譽面前不止步。面對國家技術(shù)發(fā)明一等獎的榮譽，戴瓊海想得更多的，還是中國在這一領(lǐng)域的未來發(fā)展，他更愿意把這次獲獎看作是推進政產(chǎn)學(xué)研用緊密合作，加速立體視頻技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的重要契機。
大智者大善，戴瓊海認真勤懇地耕耘在學(xué)科交叉---計算攝像學(xué)的前沿陣地，用“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”來形容他為立體視頻的奉獻不足為過。十余年的頂層信息化探索與建設(shè)路途中，他如蠟燭般燃燒自己放出光芒。如今，戴瓊海依然斗志不減，焚膏繼晷，鼓舞和激勵著身邊的每一個人在科研的道路上闊步前行。
（清華新聞網(wǎng)9月23日電）
供稿：自動化系
編輯：呂婷
審核：程曦
