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清华研究生精品课程:与时俱进的“计算机图形

发布时间: 2020-01-23

  “网络细分的概念来源于雕塑。艺术家们做雕像时需要不断雕琢和打磨,使原本规则的几何体石膏变得光滑。我们在计算机上也可以先画出规则的立方体形状,再做网络细分,就能得到想要的形状。”计算机系教授胡事民一边用视频展示网络细分过程,一边讲述网络细分的原理,引起了学生们的思考。

  这门课是“计算机图形学”,作为计算机系研究生的专业基础课,它承接清华大学计算机系本科生专业基础课“计算机图形学基础”,在介绍真实感图形学等基础经典理论的同时,用近一半的课时结合当前图形学研究的国际前沿进展,向学生介绍最新的研究思路和方法。

  “计算机图形学是计算机应用技术中非常底层和核心的内容之一。”胡事民说。计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。图形学可以将基础科学和工程应用的成果通过可视化的方式展示,在娱乐领域,如游戏、电影特效,以及创意或艺术创作、产品设计等行业,图形学都发挥着非常重要的作用。

  “计算机图形学”在清华有悠久的传统。计算机系第二任系主任、我国计算机图形学的开创者和奠基人之一唐泽圣教授,最早在清华开设了计算机图形学课程;孙家广院士曾长期主讲图形学的系列课程,是国内外图形学和CAD领域公认的权威;胡事民则曾跟随孙家广从事博士后研究工作。2002年起,胡事民从导师手里接过图形学教学任务,开始主讲本科生的“计算机图形学基础”和研究生的“计算机图形学”,迄今已经17年。“最初我们需要把课件制作成塑料胶片给学生投影,现在教学方式越来越多元化了”,老版东方心经玄机图胡事民回忆道。

  这门课在课程内容设计上涵盖了图形学所需的几乎所有基本知识,包括建模、光照模型、渲染及加速、基于图象的图形技术等等。胡事民在课堂上不仅会结合实例详细讲解各个算法的原理和部分算法的后续改进方法,还会通过生活中常见的现象对图形学理论进行深入浅出的解释。

  同时,胡事民会把前沿的研究成果编辑到课程里和学生分享。课题组平均每年在图形图像等国际著名刊物和会议上发表5-8篇高水平论文,课堂上讲解的特征敏感度量、图像片网模型等理论技术都是课题组的研究成果。因此课程每年都会动态调整教学内容,并结合国内外专家的观点多角度地介绍课题组和学科最新研究成果,增进学生对该学科的认识、激发学生的创造性。白小姐中特网

  计算机系媒体所的博士一年级学生杨国烨说:“最重要的是胡老师还会通过自己或其他研究者的小故事,告诉我们为什么某项研究要这么做,以及这项研究对学术界及工业界的影响。这些实例给我带来了很多启发,让我了解到研究工作的影响力和意义从何而来,以及如何做出这样研究。”

  “教学是无止境的,我每一年准备课程时都要反复思考那些课件,怎么精雕细刻、浓缩精华,再把最新的内容充实进去。”胡事民说。

  “计算机图形学”平均每年有30余人正式选课。除了计算机系的研究生外,还有来自工物系、美术学院、物理系等院系的研究生,同时也有其他院校及科研单位的师生来旁听这门课。选课学生有不同的基础和专业背景,学生层次不同,在学习过程中遇到的问题也各有不同。

  “教学不是你讲得兴高采烈,大家都鼓掌就好了,而是需要关注到那些有困难的同学,不让他们掉队。”胡事民说,他对学生要求比较严格,不仅有固定的讨论班、小范围的讨论,还经常跟学生单独谈话,“哪个学生问题多了就单独请他吃饭,边吃边聊,这样容易发现他的问题并给予帮助。”

  计算机图形学需要较强的编程能力,而有些学生编程基础较弱,胡事民就安排了两名助教开设习题课,专门辅导学生编程。部分学生没有学过本科生的“计算机图形学基础”,所以这门课的前四讲专门安排了有关图形学的理论基础性课程,之后的课程分别讲解高级渲染、基于图形的图像处理技术、相关几何知识等。胡事民还自己买教材送给每一位上课的学生。

  计算机系学生杜正军说:“课堂上内容丰富多彩,对于每一个具体的专题,老师不仅会分析传统的经典方法,还会结合研究现状讲解最新最前沿的研究思路;不仅会讲解论文本身提出的解决方案,同时也会分析论文的立意、创新性和写作特点,并在课堂上鼓励大家做前沿的研究、有用的研究。”

  “计算机图形学”一共有两次作业,由老师指定题目,让学生们通过编程来实现,老师则根据证明作业的效果和编程的质量对学生进行考核。“但是我们也鼓励学生不做指定的作业,他们可以自选项目。每年都有一部分学生有创新的东西,甚至有非常了不起的作品。”在胡事民讲授这门课程的十多年里,有很多学生不仅掌握了课程知识,并且进行大胆创新,成果斐然。

  正在上课的杨国炜同学研发出“Write-A-Video:Computational Video Montage for Themed Text”技术,实现了基于主题文字的视频蒙太奇生成方法。通过该技术,用户在计算机中输入文字,系统即可从视频库中搜索与文本内容语义相匹配的候选镜头并自动组装剪辑视频。如此,专业剪辑师可以省下大量时间、提高效率,没有受过专业技术培训的用户也可以制作出赏心悦目的视频。

  2019年11月,杨国炜在胡事民的带领下前往澳大利亚参加了SIGGRAPH会议,其成果Write-A-Video也发表在了SIGGRAPH Asia 2019上,得到国际同行的广泛认可。SIGGRAPH及SIGGRAPH Asia是世界上影响最广、规模最大同时也是最权威的集科学、艺术、商业于一身的CG及互动技术展览及会议。

  而在2013年,“计算机图形学”课上的学生们就实现了基于主题文字的单张图片和连环画生成技术,正是这一技术引起了杨国炜的兴趣,取得了现在的成果。“清华的计算机图形学研究处于国际领先水平,现在课堂上的很多内容都是我们课题组、甚至是我们学生的研究成果。”胡事民介绍说。

  研究生精品课程“计算机图形学”采用研究型教育教学模式,坚持基础性与前沿性相结合的教学内容,以及课堂学习与研究实践相结合的教学方式,29989.com八卦玄机网切实施展党员先锋榜样作用全,着眼于全体学生的进步,使得学生既学到了图形学的基础知识,又学习了进行科学研究的方法,综合素质和科研能力得到了锻炼与提高。“我们很多时候低估了学生的求知热情和潜力,应该把更多的时间放在对学生的启发与激励上。”胡事民深有感触地说。


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