国内合作与校友工作处

秉公诚勤朴 拓数字化新域——访我校知名校友周明全教授

2015721日下午,受我校发展规划与合作处、学生处、校团委联合举办的“杰出校友走访活动”委托,公共管理学院2013级社保专业研究生齐萌、常沁芮两位同学作为北京地区的志愿者,拜访了我校知名校友周明全教授。

一、人物剪影——爱文物的科学家

周明全教授是我校73级计算机专业毕业生,1976年留校任教,1993年被公派到法国留学,学习并开展医学图像处理方面的研究。周教授回国后继续在我校致力于文物修复、三维医学等领域的研究,取得了一系列成果。在我校工作30余年后,周明全教授于2005年出任北师大信息科技与技术学院院长,目前还任教育部虚拟现实应用工程研究中心主任,教育部计算机科学与技术委员会软件工程教学指导委员会委员。北京师范大学虚拟现实与可视化技术研究中心主任以及中国计算机学会理事,中国中文信息学会理事,中国计算机教育学会常务理事和陕西省计算机学会副理事长。  

一进入位于北师大科技楼11层的北师大虚拟现实与可视化技术研究所,立即就会被研究所古色古香的装修风格所吸引,再走进周明全教授的办公室,映入眼帘的除了满是书籍的柜子,还有部分唐彩宋瓷的残片安静地躺在暖气旁。周教授坦言,西安这座古城培养了他对文物的兴趣热爱,但这并不是他投身文物数字化事业的主因,“历史的记录,文化的传承”,这份厚重的历史使命才是装在周教授心里的大事。推动人类文化遗产保护的科学化、现代化进程,是周教授长久以来的奋斗目标。

二、专业领域——成就及动因

1、研究成就:花开三枝

周明全是西北大学计算机系元老级人物,为西大计算机的发展做出了杰出的贡献,周教授目前任职北京师范大学信息科学与技术学院院长,致力于虚拟现实与可视化技术、文化遗产数字化保护、三维医学与模型检索、数字化虚拟学习等重要领域的理论及其应用工程的创新性研究。

1)承秦风汉韵拓数字化新领域:文化遗产保护

周明全教授是临潼人,陕西厚重的黄土孕育了同样厚重的文化,对于周明全教授来说,传统文化是他的挚爱,信息技术是他的工作,然而这一个传统,一个现代却巧合般的相遇了。周教授利用三维扫描的方式解决了文物保护与修复实践中的重大技术瓶颈。兵马俑修复之所以艰难缓慢,一个很大的问题在于碎片间的匹配。针对破碎文物保护的特殊性,周明全教授开发了破碎文物计算机修复技术,通过三维扫描的方式,文物碎片的外形曲线,以及断裂面凹凸起伏的特征被输入计算机,让它记住不同碎片的立体外形,计算机每秒能完成数千块碎片的对比,因此一个破裂成百余块碎片的陶俑完成拼接也不过一个小时左右,修复人员按照计算机给出的碎片排列拼图,大约一天就能迅速修复兵马俑,这在过去至少需要花费五个人半个月以上的时间。数字复原系统还能提供虚拟文物复原,通过把文物残缺的轮廓,表面特征等信息输入计算机,数字复原系统会对断裂的立体外形、表面纹理走向等特征进行分析,得到一块虚拟碎片,通过这一技术,周明全教授还针对青铜器以及古字画进行修复,这大大增加了文物修复中的安全性和可靠性。2010年,凭借“文物虚拟修复和数字化保护技术的研究与应用”项目,周明全教授荣获了2009年度国家科技进步奖二等奖。

数字博物馆是对文物的另一种保护方式。文物的出现不在于展示而在于文化的传承,周明全教授表示数字考古的另一个重要意义在于文化普及,将数字化技术应用于文物保护中,首先可以减少给对文物的过度使用和人为因素的损坏;其次,可以增加博物馆的趣味性和参观者的学习自主性;再次,通过文物数字化对文物全方位展示,更有助于对其深层内涵的挖掘,最终通过互联网对文化资源实现共享。

随着城市化进程的加快,也许在若干年后许多古迹将不复存在,因此基于文物遗产保护的迫切性,增加古代遗存遗迹和现代人的互动性,交互式虚拟漫游技术应运而生,现在它已覆盖40个景点的文化遗产保护,包括丝绸之路的文化遗产保护和故宫博物院的文化遗产保护。走进周教授的实验室,戴上3D立体眼镜,盯着宽阔的大屏幕显示的天坛,我们仿佛置身其中,通过计算机技术生成一个逼真的包括视觉、听觉、嗅觉、触觉在内的三维感官世界,我们可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操纵,无论是考古还是旅游,无论是可移动还是不可移动的文物,在不远的将来,我们都可以足不出户就畅游在古代遗迹中,纵然在若干年后,由于不可抗力古文化消失殆尽,由于虚拟漫游场景的存在,我们依旧可以走进历史长河留下的古文化中。

(2)探索人类生命的奥秘:数字医学

三维医学可视化技术是周教授另一项科学贡献。利用信息技术实现人体从微观到宏观的结构和机能的数字化,可视化,最终达到人体的整体精确模拟。这与传统的脑CT影像不同,它可以将以往的多张切片才能架构起来的图像直接三维立体化,很直观的看到病变的地方,由于脑血管疾病在突发的情况下抢救时间极短,因此这项技术可以帮助病人提前预知脑血管是否有病变的情况,及时预防治疗,挽救病人的生命。这一科学上的贡献与他的亲身经历是分不开的,一是源于2005年脑干的脑梗,因为及时的抢救才挽回了生命;二是曾经的留学经历,80年代周教授在西北大学学习中文信息处理包括汉字排版和汉字输入等,因为同样是图像处理,1995年,周明全教授被公派到法国留学,就分配到了雷恩大学的医学与健康学院学习图像处理技术,开展医学图像处理方面的研究。在IEEE生物医学工程协会副主席、著名计算机科学家J.L.Coatriex教授的指导下,他取得了三项主要的研究成果:脑图像的交互分割系统、立体脑造影的可视化、数字形态学及在三维医学图像上的应用,发表了相关的多篇研究论文。在国外,他出色的研究工作受到法方同行高度评价与赞扬,在国内,他所研发的三维医学可视化系统,获得了陕西省科技进步二等奖。

周教授和一批专家率先在国内开展数字化头颅可视化方面的研究,历时数年,他的研究有了很大的进展,“计算机辅助颅骨面貌复原系统”为法医中的不明身份识别与认证提供了行之有效的手段,1996年在西北大学和公安部签的第一个合同,仅此一家,已经成为国家标准。同时周教授利用这一项技术从35万年前的中国古猿人到现在的100多个头骨谱写出了黄种人血脉的颅骨进化的图谱,这也是独一无二的贡献。“上帝对我的警示”周教授这么定义他的另一项研究领域的开端,那是一场大病,却成了激发他科研灵感的契机,这就是他开展的“脑血管重构研究”。从2002年周教授开始做虚拟内窥镜系统,无需放置内窥镜进入血管,避免内窥镜进入产生血管出血,采用虚拟现实技术,可获得类似用标准内窥镜观察病人空腔器官过程的效果,为协和医院、解放军301304医院做了一百多个人体器官模型。其研究取得了重要的学术价值与明显的社会经济效益。

3)三维模型云工厂:现实世界的几何图形

现实世界有多大,虚拟世界就可以有多大,周教授已经做了三十万三维模型,就相当于做了一个模型工程放在云端。走在时代前段的周明全10年前就在西北大学做3D打印,当时用这个技术打印出的带有西北大学LOGO的兵马俑头部模型也跟随着周明全教授一起来到了北京。他现在做的虚拟现实、三维模型云工厂就相当于一个三维世界的来源,只要有一个简单的草图就可以实现一个三维模型,这个云工厂可以储存成千上万的三维模型,这个好处就是将来可以使设计走进千家万户,只要简单的设计就可以在云端找到相似的模型,经过自定义修改就可以实现模型的打印。

2、成就因素:公诚勤朴助成长

关于为何投身于计算机事业,周明全教授认为主要还是要感谢西北大学的培育,大学期间学习计算机专业,毕业初始任西北大学计算机工厂厂长,之后的几十年就这么一直走了下去。回顾过去,周教授认为成长是一步一步的,目标也是不断变得更加高远的。如今的计算机领域研究,周教授认为要树立为人类的解放事业做点事情的理念,尤其是文物修复、文化遗产保护方面,为了国家民族文化、为了历史传承,保护文化遗产意义重大,计算机研究任重道远。谈及能够取得这些成就的关键因素,周教授认为西北大学公诚勤朴的校训对于自己的个人成长发展起到了非常关键的作用,他相信只要怀着天下为公、诚信为本、天道酬勤、以朴为美的理念并付诸行动,总会有收获,并进一步阐述了围绕校训解读了以下几点。

第一,天下为公。个人的事再大也大不过国家的事,“拿颅骨面貌复原来说,我经常告诉我的学生,你要想到全国有多少冤魂在等着破案,还有我们国家的文化遗产每天有多少在遭受破坏,保护它们是中华民族的责任,要对得起祖先,对得起子孙,因为中华民族的遗产不仅是中华民族的,还是是世界的遗产,所以要上对得起祖宗,下对得起子孙,中国还对得起世界,所以一定要有天下为公的理念。”

第二,诚信为本。凡事的出发点一定不能是为了私欲,这样才会有人跟你干,周教授的学生好多是慕名跟随他,不仅如此,西大的老校长张岂之先生也是周明全教授实验室的客人,名家相聚,相谈甚欢,这是一个诚信之人的魅力所在。

第三,天道酬勤。周明全教授用很质朴的道理解释道“勤是一辈子,懒也是一辈子,都要吃饭,不如做点有意义的事情,勤奋总会有收获。”正如马克思说:科学的道路上没有平坦的大道可走,只有那些在崎岖小道上攀登不畏艰险的人,有可能到达科学的顶峰。不一定勤奋就能到达顶峰,但勤奋是必要条件。

第四,艰苦朴素。以朴为美是西大人的本色,如今周明全教授桃李满天下,他的学生很多都在我们国家高等学府、顶级研究所从事科研工作,从他手里毕业的博士有三十几人,硕士两百多人。

周明全教授为人谦逊,学校的培养和自身努力之外,他还将今日的成功归因于幸运,在他学习计算机的时候,我们国家还没有多少人知道计算机,因此赶上了计算机兴旺发达的四十年,加之这四十年又巧遇我们国家改革开放从贫穷落后的国家到繁荣富强的四十年。计算机从科学殿堂里的仪器走向了千家万户,而且推动力人类进步。顺势者昌,也正是时代的浪潮助推了周明全教授在科学领域的发展,同时他的成功离不开周教授这么多年辛苦的奋斗,坚定的理想,以及在探索科学道路上勇往直前的攀登。

3、预测未来:计算机变革生活

周明全教授对计算机的发展有自己独到的见解,他认为计算机的发展到目前为止,如同十月怀胎是刚刚出生的婴儿,他的第一声啼哭就震惊了世界;他就像八九点钟喷薄而出的太阳,他的光芒刚刚照在身上。回顾这几年计算的发展,也正如周教授所描述的那样,人们对计算机的概念不断的随着这些熟悉的名字:互联网、大数据、3D打印……而不断更新,下一个新的概念就可能是虚拟现实。这每一个概念的出来都激起千层浪花,四海翻滚云水弄,因为计算的发展还不成熟。

从人类历史的发展来看,有千千万万的发明创造,每一项发明都是在减少人的体力劳动,增加人的体能,唯有计算机改造了人的智能。虚拟现实在未来就是人跟机器的接口,帮助人类在虚拟世界中实现他们在现实世界无法实现的梦想。在不同的领域,虚拟现实都能发挥它不同的作用,比如我们可以利用虚拟空间进行军事演练,等到训练成熟再进行实地演习;在教学上,我们可以把历史人物生动的请到学生身边,实现孔圣人亲自上课,我们能够实现的不仅是影像,而是色声香味触法的虚拟,未来的世界将会是更美好的生活。

三、寄语母校——大有可为

对母校的发展及母校学子表达了期待,周教授认为西北大学在西北地区责任重大,有许多事可以做,关键在于愿不愿意做以及能做的多好。例如文物保护方面,西北大学地处西安,坐拥陕西丰富文物资源的便利条件,可以在这方面寻求优势与突破口。此外,周教授认为学科交融是高校教学科研的大趋势,建议西大在这方面进一步推进工作。对于西大学子的寄语,周教授针对“读万卷书、行万里路”有不一样的解读,他认为读书不在多而在精,经历的事情也不在多少关键要思考其中的真谛。最后,周教授寄语到“有才可成事,有德方成业”,同学们不可以仅仅满足于自己学到了一点知识,还要培养自己的“德”,只有成为德才兼备的人方能成就一番事业。

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