深圳先进院可视计算研究获进展

　　5月3日至8日，中国科学院深圳先进技术研究院可视计算研究中心研究员黄惠带领副研究员汪云海和博士生郑倩参加了在瑞士苏黎世举办的EUROGRAPHICS2015。他们代表深圳先进院在这次欧洲图形国际大会上做了三场学术报告：Skeleton-Intrinsic Symmetrization of Shapes（《骨架驱动的形状内蕴对称化》），Distilled collections from textual image queries（《文本图像搜索的图像集合提纯》）和Mobility-Trees for Indoor Scenes Manipulation（《基于运动树的室内场景编控》），反响热烈。

　　其中EG15论文Skeleton-Intrinsic Symmetrization of Shapes（《骨架驱动的形状内蕴对称化》）由郑倩和黄惠等人完成。文章提出了一个骨架主干（Backbone）的新概念和曲线驱动的形状内蕴对称化算法：将一个不大对称的形状对称化同时保持形状自身的姿势和动作。该技术成功突破现有对称检测方法的局限，可以鲁棒揭示各类形状在几何上只有微弱近似的内蕴对称性并实现最终整个形状的完美对称化，可以广泛应用于手绘草图美化、三维模型拼接、点云补全和从透视图像中恢复正常形状等等。

　　为了帮助在海量网络图像搜索中快速找到自己感兴趣的物体图像，汪云海和可视计算外专千人Daniel Cohen-Or在EG15论文Distilled collections from textual image queries（《文本图像搜索的图像集合提纯》）中提出了一种图像提纯算法，能够从一个仅基于文本搜索得到的含大量噪声的图像集合中全自动提取出高质量的图像子集，并将提纯的图像子集中的前景物体准确分割出来。该算法同时解决了图像提纯和物体分割两个重要问题，从而允许用户在图像搜索中快速找到自己期待的二维形状，在当前大热的大数据搜索引擎中极具实用价值。

　　与此同时，从ACM SIGGRAPH 传来捷报，可视计算研究中心今年又有三篇论文入选计算机图形学TOP ONE 国际会议SIGGRAPH 2015，包括博士后王滨和研究员黄惠等人合作的Deformation Capture and Modeling of Soft Objects（《软材质物体的形变运动跟踪与建模》），客座博士生胡瑞珍和研究员张皓等人合作的Interaction Context (ICON): Towards a Geometric Functionality Descriptor（《交互上下文：物体几何功能描述子的探索》）和Foldabilizing Furniture（《家具模型可折叠化》）。

　　计算机图形学技术经过近几十年的飞速发展，逼真的几何形状和炫酷的渲染效果在虚拟现实、影视动画、电脑游戏等领域得到广泛应用，但这已经不再是人们关注的唯一焦点。具有真实感的运动生成与控制，以及基于物理原理的交互响应等成为了另一个研究热点。对于动画仿真领域，结果好坏极大依赖于建立的数学物理模型和参数设定。然而在实际操作运用中，简化的模型远不足以还原真实世界变形物体的运动复杂多样性，同时繁琐的人工参数调试也阻碍了动画技术的产业转化应用。

　　王滨和黄惠等人的SIG15文章Deformation Capture and Modeling of Soft Objects（《软材质物体的形变运动跟踪与建模》）提出了一种数据驱动的可变形物体运动捕捉和物理建模方法。该技术借助低成本的Kinect扫描仪首次从物体动态运动点云数据中恢复估计物体固有的参考形状和弹性系数，并建立了一套完整的软件系统用于生成新的仿真动画。其创新之处在于不依赖任何传统的力-位移传感设备，提出了第一个数据驱动的软材质物体运动模型生成框架。基于物理的可变形物体运动跟踪方法能够鲁棒地从带有严重噪声的不完整点云数据中恢复模型的快速大幅度变形运动，而新颖的分治方法巧妙地计算估计了模型固有参考形状和物体参数，同时物理仿真与最优化理论相结合的方式高效地求解了这一高维度的非线性问题。一贯要求严谨的SIGGRAPH评审一致认为该论文对于可变形物体运动模型参数反演这一复杂问题做出了积极的前沿探索，开辟了新的研究思路。

　　功能性一直都被作为区分不同种类物体的主要依据，功能性的分析和识别对于物体的理解起到至关重要的作用。胡瑞珍和张皓等人就此发表了SIG15文章Interaction Context (ICON): Towards a Geometric Functionality Descriptor（《交互上下文：物体几何功能描述子的探索》）。该工作创新性地提出了一个功能描述子，即交互上下文，对物体的功能性进行表达和分析。不同于传统的物体功能性分析方法，该研究将物体的功能性解释为物体被使用的方式，即在被使用过程中物体所支持的交互方式，同时采用了一些几何特征来描述每一个交互作用，并将它们组织形成一个树状结构，得到了交互上下文这一新的描述子。通过一系列实验证明，交互上下文可以通过直接或者补充已有其他几何描述子的方式被用于功能性相关应用，如基于功能的模型检索、分割和物体合成等。

　　现实生活中还存在许多为了节省空间而设计的可折叠家具，而通常这一类家具的设计都需要设计师通过精密计算和反复实验才能完成。为了帮助设计可节省空间的家具，胡瑞珍和张皓等人提出了三维模型的可折叠化问题，发表了SIG15Foldabilizing Furniture（《家具模型可折叠化》）。给定一个家具模型，该算法可以通过尽量小的形变使它成为可折叠的模型，从而可以通过折叠来节省空间。由于可折叠性的动态特性，可折叠化问题非常复杂，而该论文通过对折叠方式和形变方式做出合理的限制使得该问题可解，同时展示了许多算法实时得到的可折叠化结果，以及一些通过三维打印得到的实体模型来具体体现其算法的实用性。

　　可视计算研究中心成立于2008年10月，至发稿日已发表高水平学术论文55篇，其中JCR一区论文38篇，包括计算机图形学SIGGRAPH论文12篇，SIGGRAPH ASIA论文12篇和EUROGRAPHICS论文7篇。