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三维仿真:国产3D视频技术搭科学基金“直通车”走向市场

发布日期:2012-12-30

 继几年前的《阿凡达》之后,近日热播的电影《少年派的奇妙漂流》,再次点燃了人们对3D电影的狂热。相比于电影内容,浙江大学计算机学院副教授章国锋更关注的是其使用到的3D技术。

    “《阿凡达》是采用3D技术拍摄的,还有很多电影比如3D版的《泰坦尼克号》则是利用后期处理技术将其从二维转为三维的。”章国锋说,视频立体化技术直接影响3D电影的视觉效果。

    自《阿凡达》后,各种3D大片活跃在荧屏,但其中不少被斥为“伪3D”。“那是因为从二维到三维的视频转化技术不成熟,呈现的三维画面不够真实,没有表现出应有的3D效果。”章国锋说。他的研究正是为了提供更成熟的技术,让人们享受到更完美的3D画面。

    2009年,章国锋博士毕业后在浙江大学做博士后。没想到,第一年他就成功申请到国家自然科学基金的青年基金项目。“我博士期间的主要研究工作是基于视频的摄像机跟踪、三维重建和视频分割与编辑,青年基金项目是在这基础上,研究如何从拍摄的视频数据中恢复出高质量的深度和三维几何模型,以解决实际应用遇到的一些问题。”

    从图像、视频数据中重建出实际场景的三维模型,是计算机视觉领域的基本问题,在景观评价、虚拟现实、军事演习和影视娱乐等领域有着广泛的应用前景。但目前以多视图立体为代表的三维重建方法,在精度、规模和效率上都遇到不同程度的瓶颈,难以满足一些高端应用需求。针对这些问题,章国锋在其青年基金项目中提出一套基于密集图像、视频采样的三维重建方法。

    他解释道,一张照片或一段视频都只有二维信息,每个像素仅拥有影像值,而没有深度值。“深度”反应的是物体离照相机的距离。“我们做的就是恢复照片或视频中物体的深度值,以重建出其在实际三维空间上的位置。”章国锋说。

    当时激动的心情自不在话下。“毕竟是自己作为课题负责人主持的第一个国家课题。”章国锋说。“科学基金作为我的主要启动科研经费对我的研究生涯起到了关键性的作用,随着研究工作的顺利开展,我又相继获得了一些其它经费的资助,但这也是得益于青年基金这‘第一桶金’。”

    今年,在青年基金项目即将结题之际,他的课题“视频三维立体化技术研究”又成功通过基金委青年基金—面上项目连续资助(Renew),从而得以将这方面的工作进一步深入和完善并推向应用,以解决实际问题。

    青年—面上连续项目是国家自然科学基金委今年推出的新举措,主要针对2009年获得资助、将于2012年12月结题的青年科学基金项目负责人,从中择优遴选取得突出进展、具有创新潜力的项目负责人,予以面上项目连续资助,其资助项数为当年结题的青年科学基金项目总数的5%。基金委有关负责人表示,这一新动作旨在让研究工作突出的青年科技工作者,通过快车道直接获得面上基金资助,实现在起步阶段的连续稳定支持。

    三维立体视频技术俨然已成为当前影视技术的主流发展方向,是数字媒体产业的下一核心技术竞争点,具有巨大的产业前景。“‘视频三维立体化技术研究’项目正是基于这一背景,将青年基金所研究的深度恢复和三维重建方面的工作进一步深入和拓展,拟结合各种自动和交互技术来研究如何将实拍的二维视频高效地转换成三维立体视频,并搭建起一套完整的视频三维立体化系统,可以处理各种类型的视频三维立体化转换,以满足日益高涨的3D视频需求。”章国锋说。

    “如果技术足够成熟,我们可以通过一个物体不同视角拍摄的照片,构建出其准确的三维模型。除了视频三维立体化,这些技术还可以用在三维城市建模、自主视觉导航、文物三维数字化等多个领域。”他设想到。

    Renew机制使得章国锋更方便地获得持续支持。在得知基金委的这一新措施后,他马上提出申请。“和申请面上项目相比,这次申请少了函评过程,只需写明青年基金的研究进展情况以及下一步研究计划,总体来说,程序更简便。”章国锋说。

    他笑言,本以为这项新政策执行第一年,申请的人不会太多,“后来得知竞争非常激烈,我能成功申请到也感到很幸运。”

    基金委有关人士透露,今年共有300余个项目 “幸运”地得到青年—面上连续项目资助。

    吉林大学的程刚也是其中一员。2010年,在青年科学基金项目的资助下,程刚开始独立研究“基于胶体量子点的白光混合 LED ”项目。

    “在德国洪堡基金会的资助下,我于2006年至2008年在德国的德雷斯顿工业大学的应用光物理研究所工作,首次接触到胶体量子点发光器件。”程刚说。

    近年来,随着经济社会发展对能源的需求不断增加,节能的固体发光器件(LED)的研究和应用也越来越引起学术界和工业界的重视,其中白光LED因在照明方面的潜在应用而成为研究的重点,其中,集成无机和有机LED优点的混合LED更是当前的国际热点。

    在这方面的尝试中,采用胶体量子点作为发光材料,有机小分子或聚合物材料为载流子传输材料的混合LED取得了较大的进展。各国科学家都在通过不同手段,探索提高发光器件的效率。“我的青年基金项目通过有机材料到量子点之间的能量转移提高白光混合LED的量子效率,利用高效率的磷光有机染料作为能量转移的给体,较大提高了发光器件的效率和功率效率。”程刚说。

    在开展青年基金项目研究期间,程刚与吉林大学超分子实验室,意大利国家纳米实验室,香港大学化学系等课题组保持了密切合作关系,提前一年完成了预定研究目标。出色的成绩让他今年获得青年—面上连续资助项目,开展进一步“基于胶体量子点的高效率白光混合LED的研究”。

    同时,程刚还作为骨干参加了科技部973计划,在“金属配合物激发态的基础与应用研究—金属配合物分子设计与激发态性质调控”项目中,负责吉林大学方面的研究工作。“科学基金对我持续不断的资助使我能够继续在欧洲开始的胶体量子点发光器件研究工作,同时还重新开展了OLED方面的研究,并对有机太阳能电池领域进行了探索,并在这三个方面都取得一定的进展。”他深有感触地说,“科学基金是我开展独立研究的第一推动力”。(记者 操秀英)

 
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