26歲博士生獨(dú)立一作發(fā)Nature！

來源｜新民晚報、復(fù)旦大學(xué)、學(xué)之策

北京時間11月27日，復(fù)旦大學(xué)計算與智能創(chuàng)新學(xué)院26歲的二年級博士研究生馬煒杰以獨(dú)立一作身份在Nature發(fā)表研究成果。該成果橫跨三維計算機(jī)視覺、計算機(jī)圖形學(xué)、顯示光學(xué)三個領(lǐng)域，聚焦裸眼3D技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)桌面級顯示尺寸下超寬范圍的全視差裸眼3D顯示，打破該領(lǐng)域幾十年來大尺寸與寬視角“魚與熊掌不可兼得”的局面。

馬煒杰本科就讀于鄭州大學(xué)電子信息類中的通信工程專業(yè)，大二時，他進(jìn)入學(xué)校的服務(wù)機(jī)器人實(shí)驗室參與項目研究，和同伴組隊參加機(jī)器人世界杯大賽并多次斬獲冠軍。

本科畢業(yè)后，馬煒杰赴香港中文大學(xué)（深圳）攻讀計算機(jī)與信息工程專業(yè)研究型碩士。一個偶然機(jī)會，他到浙江大學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗室（原浙江大學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室）訪問，走上了研究三維計算機(jī)視覺這條路。

如何解釋他的研究成果呢？

人類想要看到理想的畫面，希望尺寸大、視角寬、最好視差也是全的。在這次發(fā)表的成果中，馬煒杰提出了一種主動式的動態(tài)最優(yōu)利用有限信息預(yù)算的解決方案，把有限的光學(xué)信息精準(zhǔn)地投放到最為關(guān)鍵的雙眼周圍區(qū)域。他解釋，傳統(tǒng)的裸眼3D技術(shù)是對有限信息預(yù)算的被動折中，以至于難以看到兼具大尺寸和寬視角的3D圖像。

“如果以建造泳池為例，三維顯示的信息預(yù)算就相當(dāng)于泳池的水量，想實(shí)現(xiàn)人在任何位置都能肆意游動，那么這個泳池要又長（尺寸大）又寬（視角廣）。”但是，現(xiàn)有物理條件下可用的“水量”有限，因此，如何分配預(yù)算成為問題的關(guān)鍵。

當(dāng)前的裸眼3D技術(shù)要么犧牲尺寸，將全部預(yù)算用于提供寬廣連續(xù)的視角，但是顯示屏?xí)粯O限壓縮，不適合日常觀看；要么犧牲視角，將預(yù)算分配到所有可能的觀看方向，但只能保證一個固定、狹窄的觀看區(qū)域有較好的效果，觀看受限。

在這篇文章中，馬煒杰提供了一個截然不同的思路，打破了“必須盡可能灌滿整個泳池”的傳統(tǒng)思維。“就像游泳者，需要的只是周身那一汪清水。”基于此，他提出了一種主動式的動態(tài)最優(yōu)分配方案，其核心思想就像一個永遠(yuǎn)追隨游泳者的“智能移動浪花”，實(shí)時將顯示屏有限的信息資源精確地投射到雙眼所在的微小區(qū)域。“眼睛到哪里，信息就跟到哪里。對觀看者本人來說，他感受到的就是一片廣闊、連續(xù)、完整的‘水域’，可以在其中自由移動。”

AI調(diào)度讓光追著眼睛跑

AI調(diào)度讓光追著眼睛跑

做到這一點(diǎn)，離不開物理精確的雙目建模和人工智能的結(jié)合。通過精確建模雙眼在真實(shí)世界中的視錐場，準(zhǔn)確捕捉雙眼在任意位置和角度上接收到的光強(qiáng)，同時輔以人工智能進(jìn)行計算，即時優(yōu)化最佳的光場輸出，以確保雙眼在移動時也能看到連續(xù)、自然的運(yùn)動視差。

這種動態(tài)優(yōu)化有限信息預(yù)算的利用思路，首次讓大尺寸、寬視角、高分辨率和實(shí)時刷新率在現(xiàn)有的物理限制下達(dá)成了“和解”，為下一代裸眼3D顯示器提供了一個實(shí)用且通用的科學(xué)范式。

對于項目未來，馬煒杰希望以裸眼3D技術(shù)的研究為起點(diǎn)，打造一個沉浸式、可交互兼具的3D內(nèi)容輸出窗口，應(yīng)用于數(shù)字娛樂和智慧教育、醫(yī)療等領(lǐng)域。

文章被接收后，馬煒杰在自己的社交賬號上發(fā)了一條博文，小小地“火”了一下。那篇博文最后，馬煒杰引用了今年諾貝爾化學(xué)獎得主北川進(jìn)的話激勵自己，也是這篇文章背后的真實(shí)寫照：“不是跟風(fēng)做熱門，而是像前輩一樣去探索科學(xué)的源頭。”

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