北京時(shí)間11月27日凌晨，復(fù)旦大學(xué)計(jì)算與智能創(chuàng)新學(xué)院26歲的二年級(jí)博士研究生馬煒杰以獨(dú)立一作身份在Nature發(fā)表研究成果。該成果橫跨三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、顯示光學(xué)三個(gè)領(lǐng)域，聚焦裸眼3D技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)桌面級(jí)顯示尺寸下超寬范圍的全視差裸眼3D顯示，打破該領(lǐng)域幾十年來(lái)大尺寸與寬視角“魚(yú)與熊掌不可兼得”的局面。
從電子信息跨界人工智能馬煒杰的成長(zhǎng)經(jīng)歷有些不同尋常，在日復(fù)一日的持續(xù)投入中，他用行動(dòng)證明專(zhuān)注于科學(xué)研究的本質(zhì)，所有風(fēng)雨都只是人生風(fēng)景。
電子信息跨界人工智能，從“散修”開(kāi)始的科研之路
作為一個(gè)“半路出家”的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)博士生，馬煒杰借《凡人修仙傳》自喻自己的科研之路就像“修仙”，從“散修”開(kāi)始，一路披荊斬棘，才走到如今能觸摸到科研“宗門(mén)”邊界的地步。
本科就讀于鄭州大學(xué)電子信息類(lèi)中的通信工程專(zhuān)業(yè)，出于對(duì)計(jì)算機(jī)與人工智能的興趣，大二時(shí)，馬煒杰進(jìn)入學(xué)校的服務(wù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室參與項(xiàng)目研究。起初，要學(xué)習(xí)的新東西很多，他就“像一塊海綿一樣”瘋狂吸收專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在一次次實(shí)踐中，他不斷積累經(jīng)驗(yàn)，和同伴組隊(duì)參加機(jī)器人世界杯大賽并多次斬獲冠軍。這讓他堅(jiān)定了繼續(xù)在人工智能領(lǐng)域深造的想法。
2019年，馬煒杰參加機(jī)器人世界杯亞太邀請(qǐng)賽并獲得冠軍
本科畢業(yè)后，馬煒杰赴香港中文大學(xué)（深圳）攻讀計(jì)算機(jī)與信息工程專(zhuān)業(yè)研究型碩士，期間接觸過(guò)許多項(xiàng)目實(shí)踐，磨練了他面對(duì)壓力的心態(tài)。一個(gè)偶然機(jī)會(huì)，他到浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（原浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）訪(fǎng)問(wèn)，走上了研究三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)這條路?！拔液芨兄x當(dāng)時(shí)的老師陳昊，細(xì)心教授了我很多關(guān)于三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)的基礎(chǔ)知識(shí)，并且讓我有了更多的興趣從事科研工作?！?/p>
碩士學(xué)業(yè)結(jié)束后，馬煒杰就加入到上海人工智能實(shí)驗(yàn)室、復(fù)旦大學(xué)和上海創(chuàng)智學(xué)院的聯(lián)合培養(yǎng)專(zhuān)項(xiàng)學(xué)習(xí)，師從上海人工智能實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)軍科學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)計(jì)算與智能創(chuàng)新學(xué)院校外合作導(dǎo)師、香港中文大學(xué)教授歐陽(yáng)萬(wàn)里和上海人工智能實(shí)驗(yàn)室研究員鐘翰森。
彼時(shí)，研究量子物理出身的鐘翰森正在開(kāi)展一項(xiàng)關(guān)于中性原子體系無(wú)缺陷原子陣列排布的研究。在使用人工智能算法控制高速空間光調(diào)制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新時(shí)，鐘翰森萌生出將人工智能技術(shù)賦能到同樣與光學(xué)有關(guān)的裸眼3D顯示領(lǐng)域的想法。而馬煒杰對(duì)三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)有一定的研究基礎(chǔ)與思考，同時(shí)對(duì)于三維化視覺(jué)呈現(xiàn)非常感興趣，有志于探索該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，兩人一拍即合。
這是一項(xiàng)較為前沿的交叉課題。啟動(dòng)時(shí)，馬煒杰坦言心里沒(méi)底?！斑@個(gè)課題沒(méi)什么相似的研究可以參考，能不能有好結(jié)果也不確定，機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)并存?！痹谌斯ぶ悄芗夹g(shù)迭代日益加快的當(dāng)下，研究的熱點(diǎn)更替頻繁。為了跟上時(shí)代節(jié)奏，領(lǐng)域內(nèi)大多數(shù)團(tuán)隊(duì)更傾向于開(kāi)展相對(duì)簡(jiǎn)單明確、周期較短的課題，而從頭探索一個(gè)全新的本質(zhì)問(wèn)題難度更高，結(jié)果也更難預(yù)估。
好在兩位導(dǎo)師給了他很大鼓勵(lì)：“鐘老師常耐心鼓勵(lì)我說(shuō)，就要做面向本質(zhì)的事情，保持高的學(xué)術(shù)品味，相信自己；歐陽(yáng)老師也多次開(kāi)會(huì)給我們強(qiáng)調(diào)，功利地去刷論文不可取，要做出自己有影響力的代表作，為國(guó)家和社會(huì)做出貢獻(xiàn)?！?/p>
進(jìn)組后一年間，馬煒杰幾乎每日泡在實(shí)驗(yàn)室，可以說(shuō)是“隱入塵煙”?！拔矣X(jué)得做高質(zhì)量的科研，可能真的要跟外界浮躁的環(huán)境切割，內(nèi)心才能平靜，才能專(zhuān)注于問(wèn)題本質(zhì)而非其他?！薄八B續(xù)好幾個(gè)月都撲在這件事情上，是取得最終結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵因素?！辩姾采f(shuō)。
打造智能“聚光燈”，為下一代3D超寬顯示奠定基礎(chǔ)
人類(lèi)想要看到理想的畫(huà)面，希望尺寸大、視角寬、最好視差也是全的。在這次發(fā)表的成果中，馬煒杰提出了一種主動(dòng)式的動(dòng)態(tài)最優(yōu)利用有限信息預(yù)算的解決方案，把有限的光學(xué)信息精準(zhǔn)地投放到最為關(guān)鍵的雙眼周?chē)鷧^(qū)域。他解釋?zhuān)瑐鹘y(tǒng)的裸眼3D技術(shù)是對(duì)有限信息預(yù)算的被動(dòng)折中，以至于難以看到兼具大尺寸和寬視角的3D圖像。
“如果以建造泳池為例，三維顯示的信息預(yù)算就相當(dāng)于泳池的水量，想實(shí)現(xiàn)人在任何位置都能肆意游動(dòng)，那么這個(gè)泳池要又長(zhǎng)（尺寸大）又寬（視角廣）?！钡?，現(xiàn)有物理?xiàng)l件下可用的“水量”有限，因此，如何分配預(yù)算成為問(wèn)題的關(guān)鍵。
當(dāng)前的裸眼3D技術(shù)要么犧牲尺寸，將全部預(yù)算用于提供寬廣連續(xù)的視角，但是顯示屏?xí)粯O限壓縮，不適合日常觀(guān)看；要么犧牲視角，將預(yù)算分配到所有可能的觀(guān)看方向，但只能保證一個(gè)固定、狹窄的觀(guān)看區(qū)域有較好的效果，觀(guān)看受限。
論文所提出的全新信息利用方案示意圖，相比以前一眾傳統(tǒng)思路，能實(shí)現(xiàn)大尺寸下的無(wú)縫超寬范圍視角支持
在這篇文章中，馬煒杰提供了一個(gè)截然不同的思路，打破了“必須盡可能灌滿(mǎn)整個(gè)泳池”的傳統(tǒng)思維。“就像游泳者，需要的只是周身那一汪清水?！被诖耍岢隽艘环N主動(dòng)式的動(dòng)態(tài)最優(yōu)分配方案，其核心思想就像一個(gè)永遠(yuǎn)追隨游泳者的“智能移動(dòng)浪花”，實(shí)時(shí)將顯示屏有限的信息資源精確地投射到雙眼所在的微小區(qū)域?！把劬Φ侥睦?，信息就跟到哪里。對(duì)觀(guān)看者本人來(lái)說(shuō)，他感受到的就是一片廣闊、連續(xù)、完整的‘水域’，可以在其中自由移動(dòng)?！?/p>
做到這一點(diǎn)，離不開(kāi)物理精確的雙目建模和人工智能的結(jié)合。通過(guò)精確建模雙眼在真實(shí)世界中的視錐場(chǎng)，準(zhǔn)確捕捉雙眼在任意位置和角度上接收到的光強(qiáng)，同時(shí)輔以人工智能進(jìn)行計(jì)算，即時(shí)優(yōu)化最佳的光場(chǎng)輸出，以確保雙眼在移動(dòng)時(shí)也能看到連續(xù)、自然的運(yùn)動(dòng)視差。
這種動(dòng)態(tài)優(yōu)化有限信息預(yù)算的利用思路，首次讓大尺寸、寬視角、高分辨率和實(shí)時(shí)刷新率在現(xiàn)有的物理限制下達(dá)成了“和解”，為下一代裸眼3D顯示器提供了一個(gè)實(shí)用且通用的科學(xué)范式。
論文中用到的物理驗(yàn)證原型示意圖
當(dāng)馬煒杰第一次通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置，看到那個(gè)虛擬挖掘機(jī)的陰影隨著自己的頭部移動(dòng)而平滑變化，仿佛觸手可及時(shí)，他知道，他們成功了?！澳且豢?，所有的疲憊和焦慮都煙消云散。”
對(duì)于項(xiàng)目未來(lái)，他希望能在實(shí)驗(yàn)室里把這項(xiàng)技術(shù)打磨得更成熟，讓顯示質(zhì)量能夠真正超越當(dāng)下的硬件邊界，從而以更完善的形態(tài)服務(wù)大眾。他希望以裸眼3D技術(shù)的研究為起點(diǎn)，打造一個(gè)沉浸式、可交互兼具的3D內(nèi)容輸出窗口，應(yīng)用于數(shù)字娛樂(lè)和智慧教育、醫(yī)療等領(lǐng)域。
研究科學(xué)的本質(zhì)，做真正值得研究的“大問(wèn)題”
“收到論文擬接收的郵件時(shí)，我給家人打電話(huà)哭了很久，”回憶起論文被接收的那天，馬煒杰有些不好意思地說(shuō)，“雖然他們完全聽(tīng)不懂，但知道我肯定做了不得了的事情。”
從小到大，馬煒杰似乎一直不是被好運(yùn)眷顧的那個(gè)孩子。自幼在并不典型的家庭環(huán)境中長(zhǎng)大，他很早就學(xué)會(huì)獨(dú)立，成長(zhǎng)之路上遇到的曲折無(wú)數(shù)。正是這樣的經(jīng)歷，使得馬煒杰的身上具有一種不服輸?shù)捻g性。“我在不完美中長(zhǎng)大，所以我反而能更坦然面對(duì)失敗。我不會(huì)輕易放棄，會(huì)好好珍惜每一個(gè)機(jī)會(huì)?！?/strong>馬煒杰說(shuō)，只要自己認(rèn)為值得做的事情，就會(huì)堅(jiān)持到底。
談及為何選擇復(fù)旦，馬煒杰坦言是受到復(fù)旦“自由而無(wú)用”、“卓越而有趣”的“民間校訓(xùn)”的吸引。在他看來(lái)，“卓越”代表著對(duì)學(xué)術(shù)的不懈追求，而“有趣”則意味著在探索真理的道路上不失好奇心與創(chuàng)造的活力。上海人工智能實(shí)驗(yàn)室和上海創(chuàng)智學(xué)院也是如此，鼓勵(lì)師生做有影響力的事，不以發(fā)表文章為唯一指標(biāo)。
“正因?yàn)閷W(xué)校對(duì)每個(gè)課題都有著充分的包容度，科研人員才能去做真正值得研究的‘大問(wèn)題’。”馬煒杰覺(jué)得，在這樣的環(huán)境中，研究者才能真的做出高質(zhì)量的成果，而不是追逐浮華的外在。
復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)系建系50周年大會(huì)上，馬煒杰和吳立德教授合影
文章被接收后，馬煒杰在自己的社交賬號(hào)上發(fā)了一條博文，小小的“火”了一下。那篇博文最后，馬煒杰引用了今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主北川進(jìn)的話(huà)激勵(lì)自己，也是這篇文章背后的真實(shí)寫(xiě)照：“不是跟風(fēng)做熱門(mén)，而是像前輩一樣去探索科學(xué)的源頭?！?/span>很多學(xué)生私信他如何能做出高質(zhì)量的科研，他的回答都基本會(huì)指向這一點(diǎn)：思考問(wèn)題的本質(zhì)，帶著純粹的興趣，而非在意研究是否一定要發(fā)出好刊。
喧囂終將散去，實(shí)驗(yàn)室的燈光常明。正如他的社交賬號(hào)主頁(yè)簽名寫(xiě)著：“Do the nature of something”（探究一些事情的本質(zhì)）。
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y
