“網(wǎng)絡細分的概念來源于雕塑。藝術家們做雕像時需要不斷雕琢和打磨，使原本規(guī)則的幾何體石膏變得光滑。我們在計算機上也可以先畫出規(guī)則的立方體形狀，再做網(wǎng)絡細分，就能得到想要的形狀。”計算機系教授胡事民一邊用視頻展示網(wǎng)絡細分過程，一邊講述網(wǎng)絡細分的原理，引起了學生們的思考。
這門課是“計算機圖形學”，作為計算機系研究生的專業(yè)基礎課，它承接清華大學計算機系本科生專業(yè)基礎課“計算機圖形學基礎”，在介紹真實感圖形學等基礎經(jīng)典理論的同時，用近一半的課時結合當前圖形學研究的國際前沿進展，向學生介紹最新的研究思路和方法。
“計算機圖形學是計算機應用技術中非常底層和核心的內(nèi)容之一。”胡事民說。計算機圖形學是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學科。圖形學可以將基礎科學和工程應用的成果通過可視化的方式展示，在娛樂領域，如游戲、電影特效，以及創(chuàng)意或藝術創(chuàng)作、產(chǎn)品設計等行業(yè)，圖形學都發(fā)揮著非常重要的作用。
再基礎一些，再前沿一些
“計算機圖形學”在清華有悠久的傳統(tǒng)。計算機系第二任系主任、我國計算機圖形學的開創(chuàng)者和奠基人之一唐澤圣教授，最早在清華開設了計算機圖形學課程；孫家廣院士曾長期主講圖形學的系列課程，是國內(nèi)外圖形學和CAD領域公認的權威；胡事民則曾跟隨孫家廣從事博士后研究工作。2002年起，胡事民從導師手里接過圖形學教學任務，開始主講本科生的“計算機圖形學基礎”和研究生的“計算機圖形學”，迄今已經(jīng)17年。“最初我們需要把課件制作成塑料膠片給學生投影，現(xiàn)在教學方式越來越多元化了”，胡事民回憶道。
這門課在課程內(nèi)容設計上涵蓋了圖形學所需的幾乎所有基本知識，包括建模、光照模型、渲染及加速、基于圖象的圖形技術等等。胡事民在課堂上不僅會結合實例詳細講解各個算法的原理和部分算法的后續(xù)改進方法，還會通過生活中常見的現(xiàn)象對圖形學理論進行深入淺出的解釋。
同時，胡事民會把前沿的研究成果編輯到課程里和學生分享。課題組平均每年在圖形圖像等國際著名刊物和會議上發(fā)表5-8篇高水平論文，課堂上講解的特征敏感度量、圖像片網(wǎng)模型等理論技術都是課題組的研究成果。因此課程每年都會動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容，并結合國內(nèi)外專家的觀點多角度地介紹課題組和學科最新研究成果，增進學生對該學科的認識、激發(fā)學生的創(chuàng)造性。
計算機系媒體所的博士一年級學生楊國燁說：“最重要的是胡老師還會通過自己或其他研究者的小故事，告訴我們?yōu)槭裁茨稠椦芯恳@么做，以及這項研究對學術界及工業(yè)界的影響。這些實例給我?guī)砹撕芏鄦l(fā)，讓我了解到研究工作的影響力和意義從何而來，以及如何做出這樣研究。”
“教學是無止境的，我每一年準備課程時都要反復思考那些課件，怎么精雕細刻、濃縮精華，再把最新的內(nèi)容充實進去。”胡事民說。
好的課堂不需要掌聲，而要關注每一位同學
“計算機圖形學”平均每年有30余人正式選課。除了計算機系的研究生外，還有來自工物系、美術學院、物理系等院系的研究生，同時也有其他院校及科研單位的師生來旁聽這門課。選課學生有不同的基礎和專業(yè)背景，學生層次不同，在學習過程中遇到的問題也各有不同。
“教學不是你講得興高采烈，大家都鼓掌就好了，而是需要關注到那些有困難的同學，不讓他們掉隊。”胡事民說，他對學生要求比較嚴格，不僅有固定的討論班、小范圍的討論，還經(jīng)常跟學生單獨談話，“哪個學生問題多了就單獨請他吃飯，邊吃邊聊，這樣容易發(fā)現(xiàn)他的問題并給予幫助。”
計算機圖形學需要較強的編程能力，而有些學生編程基礎較弱，胡事民就安排了兩名助教開設習題課，專門輔導學生編程。部分學生沒有學過本科生的“計算機圖形學基礎”，所以這門課的前四講專門安排了有關圖形學的理論基礎性課程，之后的課程分別講解高級渲染、基于圖形的圖像處理技術、相關幾何知識等。胡事民還自己買教材送給每一位上課的學生。
計算機系學生杜正軍說：“課堂上內(nèi)容豐富多彩，對于每一個具體的專題，老師不僅會分析傳統(tǒng)的經(jīng)典方法，還會結合研究現(xiàn)狀講解最新最前沿的研究思路；不僅會講解論文本身提出的解決方案，同時也會分析論文的立意、創(chuàng)新性和寫作特點，并在課堂上鼓勵大家做前沿的研究、有用的研究。”
學以致用，以用致學
“計算機圖形學”一共有兩次作業(yè)，由老師指定題目，讓學生們通過編程來實現(xiàn)，老師則根據(jù)證明作業(yè)的效果和編程的質量對學生進行考核。“但是我們也鼓勵學生不做指定的作業(yè)，他們可以自選項目。每年都有一部分學生有創(chuàng)新的東西，甚至有非常了不起的作品。”在胡事民講授這門課程的十多年里，有很多學生不僅掌握了課程知識，并且進行大膽創(chuàng)新，成果斐然。
正在上課的楊國煒同學研發(fā)出“Write-A-Video：Computational Video Montage for Themed Text”技術，實現(xiàn)了基于主題文字的視頻蒙太奇生成方法。通過該技術，用戶在計算機中輸入文字，系統(tǒng)即可從視頻庫中搜索與文本內(nèi)容語義相匹配的候選鏡頭并自動組裝剪輯視頻。如此，專業(yè)剪輯師可以省下大量時間、提高效率，沒有受過專業(yè)技術培訓的用戶也可以制作出賞心悅目的視頻。
2019年11月，楊國煒在胡事民的帶領下前往澳大利亞參加了SIGGRAPH會議，其成果Write-A-Video也發(fā)表在了SIGGRAPH Asia 2019上，得到國際同行的廣泛認可。SIGGRAPH及SIGGRAPH Asia是世界上影響最廣、規(guī)模最大同時也是最權威的集科學、藝術、商業(yè)于一身的CG及互動技術展覽及會議。
而在2013年，“計算機圖形學”課上的學生們就實現(xiàn)了基于主題文字的單張圖片和連環(huán)畫生成技術，正是這一技術引起了楊國煒的興趣，取得了現(xiàn)在的成果。“清華的計算機圖形學研究處于國際領先水平，現(xiàn)在課堂上的很多內(nèi)容都是我們課題組、甚至是我們學生的研究成果。”胡事民介紹說。
研究生精品課程“計算機圖形學”采用研究型教育教學模式，堅持基礎性與前沿性相結合的教學內(nèi)容，以及課堂學習與研究實踐相結合的教學方式，著眼于全體學生的進步，使得學生既學到了圖形學的基礎知識，又學習了進行科學研究的方法，綜合素質和科研能力得到了鍛煉與提高。“我們很多時候低估了學生的求知熱情和潛力，應該把更多的時間放在對學生的啟發(fā)與激勵上。”胡事民深有感觸地說。
