计算机图形学与艺术的奇妙结合!两位科研博士教你怎么玩

SIGGRAPH大会每年都会汇集来自全球的顶尖计算机图形技术厂商、影视行业的大咖、研究人员及艺术家等,一起交流和体验全球领先的CG互动技术和最前沿的成果。据悉,SIGGRAPH 2019是自2013年以来出席人数最高的一次,拥有18,700名来自79个国家的CG和互动技术行业的专业人士。

SIGGRAPH大会

图片来自Jim Hagarty©2019 ACM SIGGRAPH

大会所展示的崭新技术和研究成果,都是随着时代的更迭,研究员与艺术家们不断探索钻研呈现的,瑞云有幸采访到了这些前沿技术背后的两位研究人员,分别是SIGGRAPH 2019论文发表演讲者,来自中国科学技术大学博士生董志超,以及洛杉矶迪士尼研究院总部的研究员潘烨。

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董智超
◆SIGGRAPH 2019《Computational Peeling Art Design》论文发表演讲者
◆中国科学技术大学计算机图形学博士
◆主要研究方向为计算机图形学、虚拟现实等

来自中国科技大学的博士四年级的董智超,已经是第三次参与SIGGRAPH大会及亚洲分会的论文发表环节,此次受邀为SIGGRAPH 2019收录的论文《Computational Peeling Art Design》进行演讲分享。该论文是由来自中国科学技术大学的学生刘浩、张孝腾、董智超,在刘利刚老师和傅孝明老师指导下完成,研究内容主要关于一个橘子剥皮艺术的算法,这项研究预计会应用在儿童启蒙教育上。

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素材版权归属该项目研究员

喜欢把橘子剥成小人或者各式各样形状的习惯,在一位来自日本的艺术家Yoshihiro Okada身上发挥得淋漓尽致,他可以将一颗橘子的皮切割成了各种意想不到的美丽图案及生动形象,这项艺术非常受欢迎,每年都有活动在日本举办,锻炼想象力并非常具有教育意义。

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素材来源Orange Origami Art

在一颗橘子皮上完美的剥出你想要的图案,听起来特别有趣,但这种手艺,甚至是天赋,是少数人能企及的。由日本艺术家的这项手工创作而引发的研究灵感,董智超和他的研究小组决定把这天马行空的创想通过计算机图形学算法去实现,让更多的人更容易地可以参与到这项有趣的创作中。

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素材来源Orange Origami Art

论文发表演讲视频

心灵手巧的艺术家可以将柑橘类水果剥成各种有趣的2D形状,包括动物、植物和卡通形象,这种创造性的艺术形式称为柑橘剥皮艺术。这种艺术形式遵循保护原则,每个形状必须使用一个完整的果皮来完成,技术的核心是为了找到最佳切割线,以便可以切割和展开橘子所需的形状。但是,很难完美的找到图形的切口,研究人员从而提出了橘子剥皮艺术设计的计算方法。

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素材版权归属该项目研究员

瑞云有幸采访到了这项有趣的研究项目的论文发表演讲者董智超,一起来了解这个由剥“橘子”而引发的计算机图形研究吧!

瑞云专访 SIGGRAPH 2019论文发表演讲者董智超

瑞云渲染:为什么会来到SIGGRAPH 2019大会?
董智超:我参与的一篇文章被SIGGRAPH收录,所以来进行论文发表环节。

瑞云渲染:发表的论文是关于什么内容?
董智超:这篇论文的名称为《Computational Peeling Art Design》,主要研究与艺术相关的工作,目的为了辅助用户可以在一个橘子上绘制线条,对橘子皮进行切割后剥开橘子得到他们想要的图案。我们设计了一套算法,让用户输入他们喜欢的动物、植物或者卡通人物形象,通过算法,计算出如何在橘子上画一些线,切开辅助线剥开橘子,将橘子皮展平在桌子上就可以得到他们想要的图案。

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素材版权归属该项目研究员

瑞云渲染:出于什么原因想到研究这个课题?
董智超:我们在网上看到一些艺术家将橘子切割成各种各样的形状后感觉很有趣,日本的一位艺术家专门从事这种艺术形式,并且出版了书籍,制作了很多种图案,很受孩子们的欢迎,我们认为这是一件很有趣的事。

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素材来源Orange Origami Art

但是普通人很难初次就设计出好看的图形,而我们通过所学的计算机图形学,计算出算法来辅助人们得到他们想要的图形,如果仅通过剥橘子尝试制作这些图案,会损耗很多橘子。

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素材版权归属该项目研究员

但使用算法来辅助人们设计会节省很多工作,可以得到更多且有趣的图案,所以我们计算出了这些算法来帮助人们完成这些好玩的事情。

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素材版权归属该项目研究员

瑞云渲染:本次论文发表的反响如何?
董智超:这个工作偏向娱乐和儿童教育方面,来做论文发表之前没想到会这么受欢迎。有人在推特上分享了我们的工作,被很多人转发评论。在做Fast Forward和论文发表的时候,感受到很多人对我们的工作很感兴趣,听到了很多欢呼声,还是比较受欢迎的,感觉受到了认可。

瑞云渲染:研究过程中遇到了哪些挑战?
董智超:我的俩位师弟刘浩与张孝腾,他们花费了很多精力去实现算法,还有刘利刚和傅孝明老师,他们主要设计算法,花了很大的精力去完成这个工作。我做实验的过程中发现,SIGGRAPH的项目不仅是算法,后期实施,把整个Pipeline搭起来的各个环节都可能出现很多让人意想不到的问题,需要一步步解决它们,整个过程非常耗费精力。所以一定要有热情,还有很大的毅力去克服做项目时遇到的困难。

瑞云渲染:今年SIGGRAPH的收获可以和我们分享下吗?
董智超:SIGGRAPH是一个非常好的平台,可以和很多不同的人交流,大家都有相同的专业和兴趣爱好,所以和他们交流是一种很好的体验。电子剧场展映是我最喜欢的部分之一,可以看到全世界比较优秀的动画作品,特别精彩,每年SIGGRAPH我都很喜欢这个部分,以及现在各个公司的展位可以看到前沿的一些科技产品,我也很喜欢这个部分。

瑞云渲染:你怎么看待国内外动画研发的情况?
董智超:国内的情况一直给我很不好的感觉,他们对动画相关背后算法的研究人员的待遇和重视程度是不够的。像皮克斯等的动画公司或技术公司,还有欧洲的公司都是有自己的研发部门来做一些与动画或渲染相关的一些研究,会投入大量的人力和资源,有一种大局观。

技术和艺术家去做动画是一个相辅相成的关系,做动画需要背后有技术人员去支持,才能更好、更方便的让艺术家做到自己想要的效果。艺术家向技术人员提要求,研究员再去实现,让他们更快、更好、更能随心所欲地完成一些制作,这是一个良性的循环。

在国内确实没有听说做动画的公司去支持算法、研发等科研,但是国内的艺术家和动画制作人的能力是非常强的。比如说北影的毕业的展示,可以看到他们制作的非常酷炫而且优秀的动画作品,但是没听说有人去从事这方面的科研,所以国内整个大环境还是有一些欠缺的吧。

瑞云渲染:你受到过哪些人的帮助对你影响很大?
董智超:一位是我的导师,刘利刚老师,计算机图形学是他引导我走进这个圈子,是对我影响最大的人之一。还有傅孝明老师,最初不够懂如何去做科研,这位老师手把手的带我做完第一个科研项目和第一篇文章,让我逐渐了解科研方面一些技巧和研究流程,所以这两位老师带给我很大的影响。

瑞云渲染:有听说过瑞云渲染吗?
董智超:FOXRenderfarm(瑞云海外品牌)做了这么多渲染的项目,是非常厉害的,希望可以继续为国内电影行业贡献力量,在更多电影的报幕上看到你们的名字。我经常看电影,大部分的时间会把报幕的制作公司的名单看完,了解幕后的制作公司和人员,希望可以有更多的机会在电影里看到瑞云渲染的标识出现。

SIGGRAPH 2019大会除了有大量的计算机图形学论文发表,展会现场有大量动捕相关的产品演示,以及虚拟现实相关的最新技术及应用,包括通过VR和相应的软件体验置身于梵蒂冈著名的西斯廷教堂;通过“姿态交互”在月球表面上进行探索;在VR剧场欣赏由不同工作室开发出来的VR短片;通过VR去感受液体的温度;佩戴设备与虚拟的AI助手互动等等各式各样让人眼前一亮的虚拟现实体验。

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素材整理自VentureBeat

未来感十足的虚拟现实技术以及内容一直以来是大家非常期待的,只是在实验室中使用的VR等设备,在2016年左右,才开始逐渐出现在大众的视野,普通人用于看一些电影娱乐之类的内容,瑞云在SIGGRAPH现场采访到的研究员潘烨,为推进虚拟现实技术研究与发展,不遗余力。

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潘烨
洛杉矶迪士尼研究院总部研究员
伦敦大学学院博士

曾任:
伦敦大学学院高级博士后研究员
伦敦的沉浸式技术公司Digital Catapult 研究员
在虚拟现实领域,有10年海外研究和工作经历,主要研究方向为虚拟现实,计算机图形,人机交互。

潘烨业余时间喜欢做动画角色绑定,即使是无偿的也喜欢去做。在采访过程中潘烨也给了一些想进入计算机图形研究领域的学生一些建议,本科生需要学好基础的专业课,研究生的话一定要找到自己最喜欢做的事情,因为只有有兴趣才会有动力,才能在这个行业真正的来做下去。硕士或博士的研究方向的选择是非常重要,如果选择一个并不喜欢的方向,对自己的时间成本损耗很大,所以要选择一个自己喜欢的研究方向,然后坚持下去。

说起在迪士尼研究院的工作,做好工作规划并如期进行是非常重要。团队需要有契约精神,在截止日期之前按照分工把工作成完成,如果认为自己无法把事情做好,就要提前说清楚,避免影响整个团队的工作进度。无论参与的研究工作内容有多繁复,都需要按照最初的约定,说到做到。在漫漫研究旅程中,所有的成果都是一步一步积累的,把手上的工作做好,自然会吸引到很多优秀的行业人员,这也许就是吸引力法则的最佳例证。

瑞云专访 洛杉矶迪士尼研究院总部研究员潘烨

瑞云渲染:你觉得今年的SIGGRAPH怎么样?
潘烨:有几个Demo做的非常好,尤其是把Haptics(触觉)设计到虚拟现实里,以及VR剧场和旁边几个VR Demo都是做的非常好。但是也有很多更好的Demo没有展示,例如Oculus和谷歌,他们做的几个Demo在网上可以找到,可能是在网上已经有很多人看过了所以没有展示,在这个行业里面这几个公司做的不错。

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瑞云渲染:是什么样的契机让你进入到这个行业?
潘烨:迪士尼是我向往的地方,一直都喜欢做与计算机图形学或者动画方面相关的事情,本科时交换到美国普渡大学,之后从事计算机图形学方面的研究。之后在网上申请UCL的硕士学位计算机图形方向,拥有去英国的机会,那基本上是整个欧洲最大的一个土金主,有各式各样的计算机图形学方面的技术研发。

去了之后发现,做角色动画(研发),非常非常有意思,尤其是2016年的时候,Facebook把Oculus收购后,虚拟现实变得特别火。我们就更侧重于在,如何在虚拟现实里制做角色动画之类的研发,毕业之后主要参与了一个BBC的项目,也是做Medium方面的(研究),之后在迪士尼工作,觉得迪尼斯做的不错,很有自己的特色。

瑞云渲染:你有参与过哪些项目?印象最深的项目是哪个?
潘烨:参与的项目主是适用于迪士尼乐园(的研发),例如乐园里面的一些视效等技术支持,另外一方面是虚拟现实行业里面以及电影行业里面的动画角色做技术支持。印象最深刻的是有各式各样的小的项目做技术支持,像我们真正发表的论文的角色并不是迪士尼原来角色,迪士尼原来的角色不允许我们用在真正的论文中,但整个过程蛮有意思,我们做的(研究的)角色会重新应用到其他地方。

瑞云渲染:在工作中遇到过什么挑战吗?
潘烨:主要是技术上的难题,基于团队共同克服某些技术难题,例如目前虚拟现实中的“跟踪”、“照明”等这些都会有一些挑战,尤其是虚拟现实头盔,大家戴上的时候会觉得有些重,这些硬件上还是有些挑战的,而我们主要是做软件研发的,主要克服软件方面的问题。

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瑞云渲染:你认为从事计算机图形研究需要具备哪些专业知识和技能?
潘烨:我的背景是计算机图形学,需要一些基本的编程技能,还需要一些艺术知识,基本是计算机图形学、艺术和人机交互,三方面结合的交叉学科,角色动画(研发),其实是依赖于这三方面,你可能对计算机图形学很了解,但是对其他一无所知,这很难真正的把事情做起来。

像我们的团队中有工程师,也有艺术家,这个事情是相辅相成的,你要知道基本的艺术知识,像我背景是工程师,也会知道一些基本的艺术相关知识,与艺术家交流会有些基础。基本的(专业)背景知识,都需要有一点基础,有自己的专长,这样比较好,像一种π形或者是T形,让大家不仅是擅长某个事情(工作),在其他的工作环节也要了解一些,团队之间可以更好的交流。

瑞云渲染:在学习和工作中哪些人的帮助对你影响很大?
潘烨:挺幸运的是我人生中遇到了几个导师,或者说是主管,他们都是非常愿意帮助学生成长,提携学生/员工,并不是把你当成免费的博士生。不管是本科做毕业设计,还是硕士、博士导师,以及在迪士尼,这些导师都是非常愿意提携学生或员工。他们不会打压别人的兴趣,可以让学生和员工更专注的做自己的科研,并且给予技术上的指导和支持,整个工作环境让人感到非常舒服,让我更愿意投入时间在这方面做一些有意思的事情。

瑞云渲染:还有什么想跟CG爱好者分享的?
潘烨:我觉得这个CG行业未来会很火,因为现在大家比较关心健康和娱乐,而且目前大部分人基本的衣食住行没有很大的负担,但怎么样让人开心才是最重要的,所以这个行业会吸引很多的投资者,很有市场。

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