深圳大学计算机与软件学院院长黄惠：做城市三维“摄影师”

读创/深圳商报首席记者 陈小慧

这样的“黑科技”，是黄惠与她的团队研发出的优视精准摄影测量技术。从冬奥会场馆冰立方的毫米级重建展示，再到对城市进行空间自主全覆盖数据采集，黄惠一直希望能够用最少的照片、最低的成本还原出高质量的三维模型，将数字孪生应用到城市运行管理中。“未来希望能把我们生活的物理空间在虚拟空间中实现精准的映射。”黄惠说。

精准的“摄手”

三维建模，离不开前期实体场景照片拍摄等数据采集工作。长期以来，城市三维数据采集一般采用高空往复飞行的方式进行作业，在密集城区中飞行高度至少要在百米以上，为了保证采集精度，往往需要装备数十万的大型无人机设备，成本长期居高不下。

2020年，黄惠与她的团队研发出一种基于便携无人机的三维全自动城市采集重建系统。“这套系统可以智能高效地规划飞行路径，通过采集与感知耦合提升机制实现精准抵近式面向对象连续拍摄模式，可获取更多的城市实体细节和更高的数据精度。”黄惠在接受记者采访时表示，该技术仅需要使用便携式的无人机，就能用更低成本、更少照片自动实现复杂城区高精三维重建。有数据显示，该技术将数据采集的设备投入和人力时间成本缩减了70%，成功入围2022世界人工智能大会SAIL奖TOP 30。

以“冰立方”重建为例。黄惠告诉记者，“冰立方”层高相对低矮，独特的气膜外形结构，为实景三维获取与处理带来了不小的难度与挑战。“这种半透明、磨砂状的材质导致我们从不同视角去看‘冰立方’，它的外观颜色是有变化的，我们要用更精准的采集角度、相对距离和像素特征配准方式来减少立体视觉计算误差。”黄惠表示，未来该系统将广泛应用于自动驾驶地图构建、实景自主导航探索、城市级三维精密测量、大型基础设施防灾预警、智慧城市管理等众多领域。

从零开始实现技术突破

一项技术的研发，过程不总是一帆风顺。时间拨回至2008年。当时，黄惠拿下了加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）应用数学和武汉大学计算数学“双料”博士学位，并留在UBC从事博士后研究。后来一次偶然的机会，她认识了她博导的好朋友、以色列顶级图形学专家、中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）外聘专家Daniel?Cohen-Or。在多次学术合作和交流之间，黄惠对计算机图形学逐渐产生了兴趣。2010年，黄惠在深圳先进院陈宝权教授的邀请下，回国到深圳先进院做了一场报告，并决定留在先进院工作。

“当时回国就深切感受到了深圳的年轻和活力，大家都很有想法和干劲，我也希望在这样一座城市里工作，为国家的科研和创新做出更多贡献。”黄惠回忆称。

2016年，黄惠进入深圳大学，创建了可视计算研究中心，该中心以计算机图形学、计算机视觉、可视化、人工智能、人机交互为学科基础，重点推进大规模静动态数据获取与融合、高层次图像处理与多媒体计算、可视内容生成与仿真渲染等方面的研究。

成立之初，黄惠和她的团队对如何使用无人机采集和测量并不熟悉。“我们更擅长的是算法和编程，对硬件不是特别熟，最开始我们都是自己去学无人机的飞控技术，了解无人机的功能、接口等等。”黄惠回忆称，当时测试的时候还弄“炸”了几台无人机，在校园里经常看到无人机在天上飞、学生骑着自行车跟着跑的场景。

“那个时候其实挺难的，一切从零开始，但我们总算挺过来了。”在黄惠看来，科研往往需要很多年的积累与潜心研究，这期间会有无数次失败，但哪怕只有5%的成功都是值得的。

2020年，由黄惠主导研发的三维全自动城市临场采集重建系统工作发表在计算机图形学顶级会议SIGGRAPH?Asia上。这一技术的突破，使得城市三维实景生产的成本和门槛都大幅降低，也为黄惠团队后续的科研奠定基础。

“最美”是创新之美

十几年科研生涯，黄惠获奖无数。2018年当选英国皇家牛顿高级学者；2019年入选广东省最高人才培养工程南粤百杰；2020年荣获中国计算机学会自然科学一等奖，当选国家科技创新领军人才，同年9月首批受聘深圳大学“腾讯创始人校友团队”冠名教授；2022、2023连续2年入选AMiner人工智能领域“全球最具影响力学者”榜单和“全球顶尖女性学者”名录（Fellow of Women in AI）。

“一路走来，我其实非常幸运，有家人最有力的支持，所以好像很多事情就自然而然地水到渠成。我并没有想太多，就是一直沉浸在自己感兴趣的事情上。”黄惠告诉记者，虽然科研很不容易，但从没有想过放弃，因为总是能碰到新的科学问题，总是能从中获得新鲜感。“尤其是计算机图形学，既需要如数学般严谨精确，又要有丰富的创造想象力，还要能够自如编写大量程序来实现，爱之自会沉迷……”

黄惠说，未来在教育中，也希望把自己的这份幸运和热爱传递给自己的学生。“高校是科研的主力军，我希望能够培养学生一种开放创新和不怕失败的思维，这样长期以来才能在基础研究上有所突破，为加快实现高水平科技自立自强贡献力量。”黄惠说。