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再上央视!西大可视化研究团队频获中央媒体点赞!

西大宣传部 西北大学 2019-06-18

1月15日晚21:52,中央电视台科教频道《探索发现》栏目播出了“秦陵头骨之谜(上)”,重点报道了西北大学耿国华团队与秦始皇帝陵博物院合作研究,利用颅面复原技术复原“秦人真容”的成果。

该期节目分上下两集,共计时长约80分钟。下集将于今晚21:52播出。


节目片段



西北大学耿国华教授接受采访


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此前,该项成果先后获新华社、中新社等中央媒体报道。2018年11月12日,耿国华教授做客“一席”,从唐代公主相貌谈起,讲解了颅面复原技术的原理以及西北大学团队的系列研究成果。

2018年12月25日,《中国科学报》对团队进行了全方位的长篇报道:


耿国华教授团队:用信息化留住世间的美


未来的建设者必须学会用计算机量化管理支撑整个工作链条,这就是大学计算机教育的意义所在,不光是学会编程,更重要的是运用计算思维去处理解决问题。

英国广播公司(BBC)曾播放大型纪录片《秦始皇陵的惊天秘密》,当中有这样一幕:一位手握三维扫描仪的科研人员正在对新出土的文物碎片和颅骨遗存进行扫描。他究竟在做什么呢?随着故事的展开,科研人员所做的工作也得以揭秘,原来他正在复原秦代“坐葬”侍女的面容。这不禁让观众惊呼,原来科幻电影中仅凭颅骨复原面容的计算机技术竟是真的。

复原的嫔妃长相

这名科研人员来自西北大学信息科学与技术学院,一支以颅面复原、文物保护与数字化见长的科研团队。

工作人员扫描颅骨


神奇的颅面复原技术

这并不是他们第一次尝试颅面复原了,早前他们还曾复原了唐高宗李渊第五代孙女李倕公主的面貌。当李倕公主一点点出现在屏幕上,佐以唐朝高耸的发髻、华丽的珠翠,一位唐代古典美人的形象呼之欲出。

也许您看多了警匪片觉得面容复原不稀奇,但事实上,西北大学是国内将颅面复原手工过程搬到计算机上实现的第一家。说起其背后的技术,则要回溯到1996年,公安部面向全国征集“九五”攻关项目。当时从事医学影像研究的西北大学信息科学与技术学院教授周明全、耿国华承接了该项目。从此,她带着团队扎根于此,一干就是20多年。

耿国华是西大工程中心的主任,她在“颅面形态信息学”方面的研究已逾20年。她是国家级教学名师,在教学科研上都曾荣获过国家级、省部级多项奖励,成果丰硕。

很多人并不知晓,著名的长沙马王堆辛追夫人墓、老山汉墓等古尸面容复原,并不是基于科学数据,而是专家经验的复原。

耿国华解释了其中的区别,传统依靠针刺方法获得软组织厚度,获取的样本少,更重要的是必须依赖专家解剖学经验;如今建立大样本数据库,通过CT或三维扫描采集,并在计算机上建模,用统计的方法打破了经验复原的界限。

颅骨复原软件

实际上,早在1958年,我国便有了苏联为中国建设的十几套颅面库。但也就是从1996年开始,耿国华所在团队建立了属于中国人自己的颅面库,发展至今,已采集了3000多个现代人样本,成为了世界上最大的颅面数据库。

由于古人与现代人面容差距不大,通过对古人颅骨人类学分析,推断出其入葬年龄范围,便可依据颅面数据库实现面貌复原。

部分古人面貌复原案例

除了颅面修复,20多年来,他们还在坚持文化遗传数字化工作,并从1997年开始和兵马俑博物馆合作。“现在不少互联网公司在做兵马俑数字化展示,我们和它们最大的区别在于做考古基础数据研究,用虚拟修复技术对碎片拼接、复原”。

这项技术在国内也是第一,2009年该团队藉此拿下了国家科技进步奖二等奖,成为该领域第一个科技进步奖。


有多少成就有多少心酸

如今说起成绩,似乎很轻巧。但实际上,背后的心酸不为人知。该团队教授陈莉道出了其中的艰难。团队拿到的往往是研究项目经费,而不是工程项目经费,20多年来,他们“拆东补西”,通过各种项目来完善经费。

颅面复原技术实现了从手绘到建模、从无到有的跨越,公安部已经将该系统应用于几十起案件的侦破过程中。但是科技进步需要效益,社会公益类应用不能产生显著经济效益,不被评价体系所认可。没奖励的失落感一度将耿国华最引以为傲的颅面复原,隐藏在一个“少人问津”的地带。

有一句话说:“画鬼容易画犬马难。”耿国华曾经的学生、现为团队副教授的刘晓宁对此体会颇深,“采集活样本是为了对比、学习颅面规律,对方法的有效性进行评价”。

男性颅骨复原过程像

然而,颅面复原采集样本涉及隐私、法律,早年间仪器辐射较大,征集志愿者是个难题。“我把爸爸、姐姐都拉去了,团队教师也都各自发动亲戚、朋友,动用医院关系,就这样又采集了2000多套样本,靠的是人情而不是政策。”

秦陵女性颅骨的三维模型

而最难之处在于人的观念。采访中,耿国华跟记者分享了一个故事,上世纪80年代末期,他们顶着巨大的压力做机动车驾驶管理系统。“尽管有领导认可,但是更多人不理解,纷纷议论‘哪有计算机发牌子,都是领导批条子’。”这件事也令耿国华反思,“如果有更多的受过信息素质教育的大学生在类似部门工作,他们就能理解推进信息化科学管理。未来的建设者必须学会用计算机量化管理支撑整个工作链条,这就是大学计算机教育的意义所在,不光是学会编程,更重要的是运用计算思维去处理解决问题。”

秦代王子头像


远近闻名的“巾帼团队”

熟悉耿国华团队的人都知道,他们不光是科研、教学做得好,大团队之下还有一支远近闻名的“巾帼团队”。2000年,在全国妇联评选活动中,该团队获推巾帼建功岗。2004年,获评陕西省巾帼建功示范岗。智能处理团队获2018年全国三八红旗集体。

耿国华笑着说:“在巾帼团队中,教学、科研阵线全部是女同志。从当初的9人发展到如今的15个人。女教师成为西北大学计算机学科的中坚力量。”从2005年至今,她们屡获青年教师讲课比赛一等奖、全省课程思政教学能手。耿国华主持获得4项国家教学成果奖,而这也离不开“巾帼”的特质。

“女性有许多可贵的品质,坚韧、独立、真实,不到最后一刻不肯罢休。”陈莉举例,凌晨2点,住在25楼的耿国华把住在21楼的她叫去家中赶材料,而第二天早上7点她们又要坐班车去上课。时常要整项目、赶材料,一群教授夜里被关在学校科研楼出不去的情况并不是偶然。

同样,耿国华对研究生培养也是严格要求。“要让学生经历全过程,不光是写论文,还要学会怎样做科研。”研究生田丰源难忘一个画面,参加国家自然科学基金项目申请的编写,“我改耿老师读,保证每句话凝练、语句通顺,改了十几次稿才最终敲定”。研究生陈小雪大二就进入耿国华实验室,她认为,正是因为高标准、严要求,自己在快速搜索资料、动手做小实验上均有所提高,“尤其是态度更加严谨了”。

20多年来,团队培养的毕业生以高水准著称,不少人在中国科学院大学、北京师范大学、西安交通大学、西安电子科技大学、西北工业大学等高校任教。

工作现场

当然,女性的劣势也很明显。“大项目申报拼不过男性,我们的精力不仅要给工作,还要分给家庭。在学术社交上,优势也不如男性,需要更多付出。”陈莉曾亲眼见到,耿国华在办公室加班写代码,孩子却在一旁的地上睡着了。 “耿老师总说,我们不像北大、清华那么有优势,必须要蹦一蹦才够得上,不拼搏就没有生存之地。”

采访结束后,耿国华拉着《中国科学报》记者的手,郑重地说:“陕西有三秦国宝,秦陵、秦岭、秦腔众人皆知,我们做了秦陵兵马俑的数字化保护,它是世界级的物质文化遗产,下一步打算用计算机实现对秦腔非物质遗产的传播保护。”用信息化留住世间的美,这是一位女计算机科学家的梦想与情怀。

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素材来源/ 中央电视台科教频道  中国科学报

编辑/ 魏梦鸽  责编/ 李琛

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