丘成桐教授的报告|我对3D实时扫描技术的浅见

[图片就凑活着看，只拍了几张，点击看大图]
昨天听说丘成桐教授要过来开个小报告，吓一跳，我怎么琢磨都没搞明白，看来小小的江阴面子到不小。之前去参加联想创业之星的讲座，见到柳传志，这回又能见到大神级的丘成桐，果然运气不错啊。
读书读到我这份儿，都快做phd的人了，要是谁说不知道丘成桐是谁，真该拿板砖一脑袋拍下去，砸晕为止。理工科的，好歹也要对咱们中国数的出来的几位大师级人物有点了解吧。光囊括菲尔兹奖、沃尔夫奖、克莱福特奖这三个世界级奖项，就已经成为活着的传奇了。
不知道的同学自己点击丘成桐--百度百科
今天过来丘老带了两个人。一直是一个还蛮儒雅的中年人在讲他们的一项3D技术。我倒是没太激动，对大神也没啥太多感觉，但是这项技术非常不错，将来的应用前景很广。刚开始我自己还在琢磨这项实时3D扫描技术在医学方面的应用，尤其是核磁共振和病理分析方面，没过多久人家就讲出来了。
那个儒雅的帅哥一直在强调这项技术在动漫和电影、游戏中的作用，还放了一个他们公司和好莱坞一家动画制作公司共同制作的CG动画。这项技术的特点在于如果能实时有效地建立一个人的人脸3维模型，就可以在电影中不需要真正的演员，而是直接用3维技术构成那个演员的表演。建立在微分几何上的这项技术，可以实现平面到3维的无缝转换，具体的细节我也不懂，但大概听下来，是指通过微分几何的算法，将原本在玛雅或者3DMax建模时产生的畸变消弭掉。


[格子已经发生畸变]
如果用棋盘比作一个平面，用黑白格子填充，就是上上图出现的样子。一般情况下的玛雅和3DMax，建模时如果让这个平面去包裹一个立体的物体，就会出现每个格子的畸变。四方形的格子变形成菱形或者三角形，但三角结构在机械加工中无法形成样条曲线，因此无法用机床加工出来。利用丘成桐教授团队的技术，利用他们发明的微分几何的算法，可以在包裹三维物体时不发生畸变，这是一个非常大的进步。

我这里没有可以显示的图片，但简单的讲，他们做到了这项技术，意味着复杂曲面的构型，可以通过平面包裹，且因为不会产生畸变，这样在可微可导的情形下，就可以实现模型到样条曲线的转化。利用犹他大学的某位教授发明的新的T-spline曲线，可以从容的将复杂构型转变为可以让机床直接加工的样条曲线。

[这就是他们的成品，可以实时扫描的仪器，非常棒]

[这就是实时动态3维扫描的影响，构型非常细致，精度和准确度很高]
以往的复杂形面加工，往往是通过切片后粘结的方式进行。这存在许多问题，比如切面的薄厚，切片曾相互黏贴时的缝隙，以及过于庞大的数据量。一旦利用这项技术，实时传输3维构型，就可以解决这些问题，而且我看到ppt和视频里，对人脸（他们主要是以人脸为依托）的建模非常细，无论是精读还是准确度都达到了极高的水准。
利用这项技术，可以在很短时间内扫描出人脸并制造出一模一样的雕塑；而且可以扫描三维实体，利用微分几何和拓扑几何，将三维复杂形面转化为规则的半球面或者其他型面，中间不发生畸变（这里的意思是，组成三维的那些黑白格子不会发生形状变化，之前是四边形，之后还是四边形，不会像上图那样变成梯形或者菱形等）。
这样枯燥的说可能没人能懂，我可以举个例子。如果我们要了解肠道内里的情况，为了探查肠道内壁上是否有可能致癌的息肉，我们现阶段只能通过肠镜塞进去检查，具有侵略性且效果不好。但如果我们利用这项技术，我们可以对肠道进行3维实时造影，并通过变形将复杂的肠道模型变为2维平面，中间不会发生畸变。这样可以细致的观察每一寸肠道内壁的情况，及时发现病灶。这项技术现在在美国已经得到了应用，每2年，文职人员和军队人员都会接受一次这样的检查，以防止他们出现肠道癌。
当然，这项技术不止这么些应用，我估计，丘成桐教授的团队跟美国军方应该有合作。我个人觉得，这项技术太有价值了，尤其是在医学和军事方面。比如我可以通过实时3维扫描，记录需要调查的人员的特征，并在各地的摄影机中实时扫描监视；比如我可以在将来让人们的身份信息换成3维数据特征，这样无论怎样整形，对头骨的三维数据是不会发生改变的；比如我可以通过扫描，实时了解作战地域的动态特征，而且如果地形复杂，我可以将其变形为其他形面来观察，提高了军队对战场的掌控能力；比如我可以通过这项技术窥探别国的隐秘设施；比如我可以在追捕逃犯时，通过一些3维扫描的残缺图像，比对构建出完整的罪犯形貌特征，而不是往常只要罪犯侧着脸或者变脸，就不好比对；比如我可以通过3维实时扫描与变形观察病灶组织的变化，或者观察大脑皮层的生理变化，由此深入了解大脑的结构。
这项技术的应用前景广泛，确实很有意思。