□文｜王霞

周明全，我國著名計算機應(yīng)用技術(shù)專家，教育部虛擬現(xiàn)實應(yīng)用工程研究中心主任，北京師范大學教授，先后主持多項國家重要科研項目，獲得10余項省部級科學研究成果的獎勵，發(fā)表SCI/EI檢索論文220篇；授權(quán)發(fā)明專利14項，將顱面形態(tài)信息學很好地應(yīng)用到了考古、醫(yī)學、刑偵等諸多領(lǐng)域，有效促進了信息技術(shù)的發(fā)展。

創(chuàng)新驅(qū)動是我國重大發(fā)展戰(zhàn)略之一。然而，要實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，必須依靠科技的力量。以科技引領(lǐng)為核心動力，才能不斷迎來技術(shù)的群體性突破和科技成果的快速轉(zhuǎn)化。將人的顱骨面貌與信息技術(shù)相結(jié)合，是一項特殊的創(chuàng)新，也是我國著名計算機應(yīng)用技術(shù)專家周明全和他的團隊20余年矢志不渝的研究方向。他們的研究，填補了我國數(shù)字體質(zhì)人類學的領(lǐng)域空白，形成了“中國人”顱面形態(tài)信息技術(shù)的研究體系，多項研究成果達到國際領(lǐng)先水平，而且在公安刑偵、法醫(yī)學、人類學、考古學、現(xiàn)代醫(yī)學等各方面得到廣泛應(yīng)用，是一項集技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用價值于一體的重要科技創(chuàng)新技術(shù)。

周明全教授是北京師范大學計算機學科帶頭人，曾擔任信息學院院長近10年。在過去的20多年里，他帶領(lǐng)團隊，一直關(guān)注如何用信息科學新技術(shù)，研究人類顱骨與面貌，進而在多個領(lǐng)域推廣應(yīng)用。顱骨形態(tài)決定了一個人的面貌，而面貌則是人類識別的最直接的外觀依據(jù)。通過研究面貌和顱骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外觀形態(tài)、生長變化規(guī)律及其相互關(guān)系，便形成了顱面形態(tài)學的研究，而將蓬勃發(fā)展的信息技術(shù)和顱面形態(tài)學相結(jié)合，就構(gòu)成了信息技術(shù)應(yīng)用新領(lǐng)域：顱面形態(tài)信息學。

在周明全教授的研究工作推動下，顱面形態(tài)信息學已經(jīng)成為影響人臉識別、面貌辨認、表情合成、認知計算等研究的熱門技術(shù)。尤其是進入21世紀后，計算機輔助的顱面三維重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究，在國際信息學、人類學、法醫(yī)學等相關(guān)領(lǐng)域引起高度重視，顱面形態(tài)與信息技術(shù)結(jié)合成為必然趨勢。

基于顱骨的面貌復原技術(shù)至今已有100余年，信息技術(shù)使得該項技術(shù)獲得新生。1895年，德國人對大音樂家巴赫遺骨的復原開辟了顱骨面貌復原應(yīng)用先例。傳統(tǒng)的應(yīng)用是人們在待定顱骨的基礎(chǔ)上，借助解剖和針刺途徑獲得對人臉和顱骨的測量數(shù)據(jù)，確定人臉軟組織的結(jié)構(gòu)規(guī)律，由藝術(shù)家雕塑而成。傳統(tǒng)的復原研究屬于人類學、藝術(shù)和醫(yī)學的交叉領(lǐng)域，較依賴復原者個人對顱面特征和藝術(shù)的把握。其復原周期長，結(jié)果受主觀因素影響較大，造價高、操作復雜、手工計算誤差大，不具備科學推廣的價值。周明全教授講到，計算機三維可視化技術(shù)的發(fā)展，為信息技術(shù)應(yīng)用于顱面形態(tài)學研究提供了新的技術(shù)和方法，可謂是真正意義上的進步。1996年，周教授承擔了公安部立項的國家“九·五”科技攻關(guān)項目，開啟了我國顱面形態(tài)信息學的研究，這一研究幾乎與國際同行研究同步。自此，項目組相繼得到國家“十·五”863項目、“十一·五”國家自然科學基金重點項目的支持，并開展了以人類學相關(guān)理論為依據(jù)，以社會需求為導向，運用計算機圖形學、虛擬現(xiàn)實、可視化技術(shù)進行的顱面形態(tài)信息學基礎(chǔ)理論、知識體系、基本方法和領(lǐng)域應(yīng)用等系列研究。

據(jù)周明全教授介紹，顱面形態(tài)信息學在人臉識別、面貌辨認、表情合成、認知計算等方面有直接的應(yīng)用價值，是人類生物身份識別的重要依據(jù)，同時在開顱手術(shù)和顱骨修復、整形領(lǐng)域，也需要掌握顱面形態(tài)的科學規(guī)律。另外，基于顱骨的面貌復原，是法醫(yī)學中對無源尸體查找的重要方法；在考古學中，基于遺骸再造出歷史名人面貌，對歷史問題的認定、文化資源的挖掘，都有深遠的意義。為此，課題組在不同領(lǐng)域形成了顱面復原、失蹤身份認證、頜面外科、破損頭顱虛擬修復、考古面貌科學數(shù)據(jù)復原等系列計算機應(yīng)用工程，并取得了一系列科研和應(yīng)用成果。

一方面，課題組構(gòu)建了顱面形態(tài)信息學體系。系統(tǒng)地提出了顱面關(guān)系的知識體系、顱面復原技術(shù)體系、顱面信息應(yīng)用體系；構(gòu)建了顱面信息庫、形態(tài)學建模、面貌計算重構(gòu)、真實感處理、結(jié)果評估、反饋修正的系統(tǒng)體系，將傳統(tǒng)的手工藝術(shù)雕塑變?yōu)榭茖W數(shù)據(jù)計算、3D制作的規(guī)范工程。在顱骨面貌復原工程方面，課題組基于顱面形態(tài)的數(shù)字幾何表示方法，提出基于機器學習和統(tǒng)計分析的兩種顱面形態(tài)計算模型，使復原結(jié)果達到了國際領(lǐng)先水平。截至目前，已完成兩千余套活體面貌復原，公安部重大刑事案件協(xié)助復原60余起。研制的Internet公安慧聯(lián)網(wǎng)，為公安尸源認定提供了基于互聯(lián)網(wǎng)的尸源認定應(yīng)用平臺，將復原時間從1個月下降到1個小時，大大提升了破案效率，有效地維護了國家公共安全。

重要的是，顱面形態(tài)的研究既是一個國際問題，也是特定的人種和民族問題。國際間關(guān)于不同人種的顱面形態(tài)研究，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家之間存在嚴重的“技術(shù)鴻溝”。為此，針對黃種人顱面形態(tài)研究中存在的瓶頸問題，構(gòu)建了精度和數(shù)量屬國際領(lǐng)先水平的中國人顱面數(shù)據(jù)庫，設(shè)計了顱面數(shù)據(jù)采樣新技術(shù)，提出了顱面數(shù)據(jù)組織新方法。針對蒙古人種（中國人）研究，發(fā)現(xiàn)了多項人類學種族和性別特征差異，揭示了中國人顱面、性別、種族的關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)群；突破了傳統(tǒng)人類學研究缺乏科學數(shù)據(jù)、主觀性強的局限，填補了我國計算體質(zhì)人類學的領(lǐng)域空白。針對顱骨的性別計算達到了國際最好的辨認率。

另一方面，顱面形態(tài)信息學也可用于現(xiàn)代醫(yī)學，在數(shù)字頭顱虛擬醫(yī)學工程的建設(shè)中，通過字頭顱的可視化知識體系、虛擬解剖重構(gòu)體系、腦血管重構(gòu)分析系統(tǒng)、虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)解剖、虛擬內(nèi)窺、血管重構(gòu)、頜面整形、形態(tài)分析5個平臺。已和多家醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)院合作，提供了虛擬手術(shù)計劃、病例分析和個體器官制作百余例。

更重要的是，課題組建立了基于顱面庫稀有的古人類頭骨化石數(shù)據(jù)，周明全教授帶領(lǐng)課題組構(gòu)建了中華民族遠古近古數(shù)字顱骨樣本體系；形成了從35萬年前的古人到春秋、秦漢、唐宋等不同時代人顱骨的實例面貌復原。應(yīng)用破碎顱骨虛擬修復與三維測量實現(xiàn)了約12萬年前“許昌人”頭骨復原與演化分析，得到東亞地區(qū)古人類演化模式，為東亞人的進化提出了世界“人類起源”新看法。2009年，周明全教授在陜西省考古研究院的支持下，利用3D顱面復原技術(shù)，復原了1200多年前唐代公主李棰的容顏，這一結(jié)果在CAA的考古應(yīng)用國際會議報告后，得到了海內(nèi)外考古界和信息技術(shù)領(lǐng)域百余家媒體的一致好評和爭相報道，并認為“中國該領(lǐng)域的研究工作處于國際領(lǐng)先水平”。

課題組構(gòu)建了顱面幾何測量、未知面貌復原、頜面整形等5個軟件平臺。創(chuàng)建了顱面形態(tài)信息學3個體系，授權(quán)發(fā)明專利15項，其中《一種基于分區(qū)統(tǒng)計模型的顱面復原方法》獲18屆中國專利優(yōu)秀獎；2004年，《數(shù)字化頭顱的研究與應(yīng)用》項目獲得教育部科技進步二等獎；2013年，《顱面形態(tài)信息學研究和應(yīng)用》獲得中國計算機學會科技進步二等獎；2014年，獲得北京市科技進步二等獎，并于2017年獲得國家科技進步獎的提名。撰寫了國家標準的《法庭科學顱骨面貌復原技術(shù)規(guī)范》，2014年作為公安部行業(yè)標準實施，引領(lǐng)行業(yè)應(yīng)用；項目成果通過公安部驗收和教育部鑒定，鑒定結(jié)果為國際領(lǐng)先水平，填補了國內(nèi)空白，社會效益顯著。

如今，顱面形態(tài)信息學的研究已經(jīng)歷經(jīng)20多個春秋，這其中，飽含著周明全和耿國華教授的“伉儷情深”，也展現(xiàn)了近百名青年學子為科研獻身的激情歲月。周明全教授說，這是一代人的宿命，也孕育了一代人的成長。正是他們將算法分析、數(shù)據(jù)挖掘、知識工程和計算機圖形學等各自所熟知的領(lǐng)域相互融合，共同發(fā)力，才有了今天顱面形態(tài)信息學完善理論系統(tǒng)與多樣的應(yīng)用工程。同時，他們幫助新一代不斷成長，通過研究顱骨面貌，形成了系統(tǒng)的圖像技術(shù)基礎(chǔ)，開拓了虛擬現(xiàn)實、人工智能、機器視覺的研究方向，讓他們成為計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的海內(nèi)外不同單位的科技中堅，用新知識新思想結(jié)合顱面研究，從顱面分析、新技術(shù)運用，展開新的研究課題。

周明全感嘆：顱面形態(tài)學在發(fā)展，信息技術(shù)在發(fā)展，人類對顱面的研究也在繼續(xù)，該學科造福人類的工作才剛剛開始。舊問題解決了，新問題又有發(fā)現(xiàn)。認識顱面無止境，唯有苦戰(zhàn)可過關(guān)！