王艷敏

杜甫曾在詩(shī)作《畫(huà)鷹》中言：“素練風(fēng)霜起，蒼鷹畫(huà)作殊。？身思狡兔，側(cè)目似愁胡?！币源藖?lái)形容繪畫(huà)的逼真。隨著時(shí)代的更迭以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些二維作品也逐漸打破了常規(guī)限制，走到我們面前，以立體的、三維的方式得以重現(xiàn)。而這些都與復(fù)雜對(duì)象的幾何處理與物理模擬研究有著息息相關(guān)的聯(lián)系。

在浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授黃勁的介紹下，記者了解到：一直以來(lái)，復(fù)雜對(duì)象的幾何處理與物理模擬方面的研究都是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和圖形學(xué)領(lǐng)域的基本問(wèn)題之一，在數(shù)字影視娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)，高精尖的汽車(chē)、飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)，虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)設(shè)計(jì)和3D打印制造等領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性研究中，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。多年來(lái)，黃勁就將研究方向聚焦在這一領(lǐng)域中，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)的融合、虛擬與現(xiàn)實(shí)的交匯，將一些形體復(fù)雜的對(duì)象在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行“造物”重現(xiàn)，催化了許多具有社會(huì)及現(xiàn)實(shí)意義的科研成果誕生。

步入計(jì)算機(jī)技術(shù)研究

1978年出生的黃勁，恰好趕上了國(guó)家大力發(fā)展教育事業(yè)的時(shí)期。在這一時(shí)代背景之下，黃勁對(duì)于知識(shí)的渴望與內(nèi)心深處想要不斷學(xué)習(xí)的熱情，也愈漸濃烈起來(lái)。21世紀(jì)初，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展得風(fēng)生水起，成為各學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)與重要推動(dòng)力，在這一科技趨勢(shì)之下，黃勁積極躋身于這一領(lǐng)域研究中，來(lái)到了浙江大學(xué)，攻讀計(jì)算機(jī)博士學(xué)位。

博士期間，黃勁的主要研究工作是三維幾何形變，這一方向的研究在當(dāng)時(shí)是非常熱的課題，被學(xué)界認(rèn)為可以應(yīng)用到動(dòng)畫(huà)制作領(lǐng)域。

問(wèn)渠哪得清如許，為有源頭活水來(lái)。具象的應(yīng)用背后所隱藏的是更核心的基礎(chǔ)原理。而黃勁一直以來(lái)，都想對(duì)這“背后的巨大原理”一探究竟。在這一科研信念的驅(qū)使之下，黃勁從未忘卻自己所秉承的科研理想。因?yàn)槠鋬?yōu)秀的科研水平以及學(xué)術(shù)成果，他的博士學(xué)位論文順利獲得2008年CCF優(yōu)秀博士論文。

吾生也有涯，而知也無(wú)涯。為了未來(lái)能夠在研究領(lǐng)域?qū)で蟾蟮耐黄疲瑢W(xué)習(xí)到更多前沿科研知識(shí)。2012—2014年，黃勁來(lái)到了美國(guó)加州理工學(xué)院進(jìn)行研究訪問(wèn)。在這里，黃勁與合作導(dǎo)師，從復(fù)雜對(duì)象的幾何處理與物理模擬方面的基礎(chǔ)研究入手，親力親為，從細(xì)微中步入重大科學(xué)問(wèn)題的研究與探索，讓他對(duì)腳踏實(shí)地做科研有了更加深切的感受。這段經(jīng)歷為黃勁今后的科研工作開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

復(fù)雜對(duì)象研究中的創(chuàng)新蛻變

少年易老學(xué)難成，一寸光陰不可輕。從青年時(shí)期到如今的不惑之年，黃勁積極投身于自己熱愛(ài)的科研工作中，在復(fù)雜對(duì)象的幾何處理與物理模擬方面的研究中深耕不輟，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。近些年來(lái)，在浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支撐下，他針對(duì)這一領(lǐng)域存在的難解問(wèn)題，積極開(kāi)展相關(guān)研究工作，做出了一系列創(chuàng)新性科研成果。

復(fù)雜對(duì)象往往具有復(fù)雜的幾何形狀和物理材料性質(zhì)，其物理行為可抽象為定義在復(fù)雜幾何定義域上的非線性微分方程。因此，它的模擬計(jì)算涉及空間幾何形狀的表達(dá)構(gòu)造和非線性微分方程的高效求解兩大方面。如何有效克服幾何和物理兩方面的高度非線性，高效地構(gòu)造復(fù)雜幾何形體、恰當(dāng)?shù)乇平碗x散化處理幾何形體和連續(xù)物理方程、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速的計(jì)算是其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

面向影視娛樂(lè)、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和模擬仿真、3D打印制造等方面的重大需求，近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)復(fù)雜對(duì)象的交互自然形變模擬問(wèn)題展開(kāi)了深入研究，取得了很大進(jìn)展，但現(xiàn)有技術(shù)在交互可控建模和模擬的準(zhǔn)確性、計(jì)算效率等方面仍存在巨大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

在這一現(xiàn)狀之下，黃勁深入系統(tǒng)地研究了幾何和物理非線性問(wèn)題的線性化逼近及其高效優(yōu)化求解等問(wèn)題，在國(guó)際上率先提出了微分屬性保持的非線性幾何形變理論和方法，高效解決了復(fù)雜網(wǎng)格幾何模型的高質(zhì)量、直觀自然的交互大形變問(wèn)題；創(chuàng)新提出了含復(fù)雜約束的網(wǎng)格曲面的譜特征函數(shù)構(gòu)造和離散三維對(duì)稱標(biāo)架場(chǎng)的代數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光滑度量方法，解決了復(fù)雜形體的高質(zhì)量自動(dòng)四邊和六面體重網(wǎng)格化的難題，為復(fù)雜對(duì)象的交互自然形變構(gòu)造和物理模擬仿真提供了實(shí)用的技術(shù)手段。

通過(guò)多年的探索開(kāi)拓，相關(guān)研究共獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文40余篇，其中14篇論文發(fā)表在圖形學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊ACM TOG和IEEE TVCG上。研究成果得到了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)和引用，并被十余所國(guó)際著名高校的圖形學(xué)相關(guān)課程和討論班作為指定閱讀和討論文獻(xiàn)，產(chǎn)生了較大的學(xué)術(shù)影響。

探索圖形學(xué)中的科研奧秘

仁者樂(lè)山，智者樂(lè)水。每個(gè)人都有自己的人生志趣之所在。對(duì)于黃勁來(lái)說(shuō)，投身于科研之中，每天有很多很有趣的事情可以去想就是最幸福的事情。如今，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、科學(xué)計(jì)算可視化等方面都有重要應(yīng)用的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究就一直引領(lǐng)著黃勁向新的研究階段邁進(jìn)。

一直以來(lái)，黃勁都是一位“仰望星空”的學(xué)者，從小時(shí)候起，他就對(duì)無(wú)窮的宇宙世界充滿著極大的好奇心。而他最初想要從事圖形研究的初衷，便是因?yàn)橛腥烁嬖V他從幾何到微分幾何的逐步深入，后面就會(huì)逐漸與愛(ài)因斯坦的“廣義相對(duì)論”產(chǎn)生聯(lián)系。多年來(lái)深入到這一研究領(lǐng)域中，黃勁愈發(fā)感受到了這一領(lǐng)域的趣味所在，并給了他更大的向前深耕的動(dòng)力與決心。

在新時(shí)期，科學(xué)計(jì)算、3D打印等新一代工業(yè)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展則對(duì)數(shù)字化模型與真實(shí)對(duì)象在幾何外形和物理行為的一致性方面提出了更高的要求。人們不僅希望獲得幾何形狀上看起來(lái)逼真的模型，更希望模型具有準(zhǔn)確的物理屬性，能高效地模擬計(jì)算其運(yùn)動(dòng)和形變，甚至通過(guò)打印等方式制造獲得滿足特定性能要求的實(shí)物。復(fù)雜物理屬性的建模不僅極大地拓展了傳統(tǒng)幾何建模的范疇，而且使得計(jì)算的復(fù)雜性也大為提高。與理想剛體相比，廣泛存在的柔性對(duì)象，不僅具有隨時(shí)間變化的復(fù)雜幾何形狀，而且擁有復(fù)雜的物理屬性。這些特點(diǎn)使得復(fù)雜柔性對(duì)象的高效建模與模擬尤為困難，帶來(lái)了理論和技術(shù)上的巨大挑戰(zhàn)。

在這一背景之下，黃勁一直希望能通過(guò)自己的研究為相關(guān)問(wèn)題的解決做出貢獻(xiàn)。2015年，黃勁的研究項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”得到了國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。在這一研究項(xiàng)目的支撐下，他將圍繞虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和模擬仿真中的典型需求，在復(fù)雜柔性體高效建模和模擬計(jì)算方面獲得新穎的理論分析和突破，提出靈活易用、高效可靠的幾何處理和物理方程優(yōu)化求解等創(chuàng)新方法。通過(guò)相關(guān)科研技術(shù)的研發(fā)，為影視娛樂(lè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造等領(lǐng)域提供解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的有效技術(shù)手段。

為國(guó)而研，是科學(xué)家的使命之所在。一直以來(lái)，黃勁都認(rèn)為我國(guó)的科研事業(yè)是需要百花齊放的?！拔覀儑?guó)家這么大，這么多行業(yè)都需要發(fā)展，這么多領(lǐng)域都需要突破，不管是從事基礎(chǔ)性的、應(yīng)用性的、商業(yè)性的工作，或者調(diào)動(dòng)社會(huì)資源去做一些利國(guó)利民的事情，都是國(guó)家需要的人才?！?/p>

得十良馬，不如得一伯樂(lè)。一路走來(lái)，黃勁的科研人生中遇到了很多良師益友，浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鮑虎軍教授以及在美國(guó)從事科學(xué)研究時(shí)的合作者M(jìn)athieu Desbrun，他們的科研精神都對(duì)其科研之路產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。如今，身為博士生導(dǎo)師，黃勁也經(jīng)常和自己的學(xué)生們進(jìn)行科研探討，雖然他與現(xiàn)在的科研學(xué)子們出生的時(shí)代不同，但是黃勁始終認(rèn)為，不管身處哪一時(shí)代，“興趣”與“堅(jiān)持”都是激發(fā)科學(xué)家科研能量的重要源泉。未來(lái)，他還將孜孜不倦深入到更多亟待開(kāi)拓的研究領(lǐng)域，在堅(jiān)實(shí)科研信念的支撐下，做出更多具有社會(huì)意義的科研成果。