他2年拿下博士學(xué)位，發(fā)表11篇頂會論文！浙大校友李旻辰斬獲SIGGRAPH最佳博士論文獎

金磊 發(fā)自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

連續(xù)四年，SIGGRAPH最佳博士論文獎，被華人學(xué)者拿下。

今年，浙大校友、UCLA數(shù)學(xué)系博士后李旻辰斬獲殊榮。

然而隨之浮出的，可不單單是這份榮耀，還有他那開掛般的學(xué)術(shù)生涯。

來，感受一下一組數(shù)據(jù)：

僅僅2年時間，便取得博士學(xué)位。

博士期間發(fā)表了11篇SIGGRAPH。

這般經(jīng)歷，不禁引得網(wǎng)友直呼：

大家感受到了什么叫降維打擊了嗎？

超短的讀博經(jīng)歷

2018年9月入學(xué)賓夕法尼亞大學(xué)（UPenn）攻讀博士，2020年12月畢業(yè)。

兩年多一點(diǎn)的時間，確實(shí)有點(diǎn)短。

在之前接受《李丁聊天室》采訪時，李旻辰自己也這樣說到。

但快，并不意味著標(biāo)準(zhǔn)的降低。

北美博士畢業(yè)一般有兩個要求：一硬一軟。

硬性一點(diǎn)的要求，就好比要上滿多少門課、做幾次答辯，還要發(fā)多少篇paper等等。

例如賓大在paper方面，就要求有三篇頂刊，而且得是一作的那種。

而稍微軟一點(diǎn)的要求，就是來自導(dǎo)師了 （你懂的）。

說白了，就是得看導(dǎo)師覺得你是不是達(dá)到了畢業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

而且即便是達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，他愿不愿意讓你畢業(yè)，也得視情況而定了。

那么面對這些個的門檻，李旻辰又是怎么一步一步“解鎖”的呢？

其實(shí)，這離不開他早期在UBC （不列顛哥倫比亞大學(xué)）讀碩士的經(jīng)歷。

在李旻辰讀碩士兩年半期間的課程等，在賓大的體系里是承認(rèn)的。

基于這一點(diǎn)，他在博士期間便省去了上2門課和1次答辯的時間。

但更重要的是，李旻辰在碩士期間已經(jīng)發(fā)表了2篇一作的研究（UBC碩士畢業(yè)要求1篇一作）。

當(dāng)時我就已經(jīng)對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域有了一定的認(rèn)識、想法和經(jīng)驗(yàn)。

如此的碩士經(jīng)歷，就為他在讀博的路上，打下了良好的基石。

而提到“軟”的方面，李旻辰認(rèn)為自己非常的幸運(yùn)，能夠遇到一個很好的導(dǎo)師——蔣陳凡夫教授。

（沒錯，他正是我們所熟知的胡淵鳴等人的導(dǎo)師。）

在蔣老師的帶領(lǐng)下，李旻辰主要研究的方向，是最優(yōu)化問題和數(shù)值方法在幾何處理與物理仿真中的應(yīng)用。

而在他看到李旻辰已經(jīng)達(dá)到了博士該有的水平后，主動找上門說：

不如你考慮一下，是不是可以準(zhǔn)備畢業(yè)了？

“非常震驚”，這是李旻辰聽到導(dǎo)師這句話的第一反應(yīng)。

但通過這一點(diǎn)，從側(cè)面也反映出了他在學(xué)術(shù)上的卓越成績。

畢竟伯樂要相馬，這“馬”也需得有“的盧”之質(zhì)。

但比起學(xué)術(shù)上的成就，通過在UBC和UPenn的求學(xué)經(jīng)歷，其實(shí)有一顆種子早已在李旻辰的心中生根發(fā)芽——成為一名教授。

而影響他最為深遠(yuǎn)的，就是蔣陳凡夫教授了：

他不僅讓我看到了成為一名教授在教書育人、探索人類知識邊界、以及傳承精神等方面的重要意義，也讓我看到了教授生涯的自由與無限可能性。

同時我也在他身上學(xué)到了很多科研與為人處世的方法，這些都讓我也非常想成為一名和他一樣杰出的教授。

于是，在博士畢業(yè)之后，他便毅然決然作出了他的選擇——入職UCLA數(shù)學(xué)系。

李旻辰在系里的職稱是Assistant Adjunct Professor，翻譯過來可以叫做臨時助理教授。

值得注意的是，這與我們通常說的助理教授（Assistant Professor）有所不同。

前者在科研方面更像博士后，但同時又有教學(xué)工作；而后者則是我們熟悉的終身教職“直通車”。

據(jù)了解，目前李旻辰正在UCLA教暑期課程（多元微積分），秋季學(xué)期還會教數(shù)值計(jì)算方法。

如此看來，李旻辰算是實(shí)現(xiàn)了在科研道路上的理想。

但這條科研路，他是怎么踏進(jìn)來的？

對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的興趣，又是從何而來？

這就要從李旻辰更早的經(jīng)歷說起了。

本科經(jīng)歷影響深遠(yuǎn)

李旻辰小時候和大多數(shù)男孩子一樣，非常喜歡打游戲。

除了正常學(xué)習(xí)之外，他在上大學(xué)之前并沒有考慮過到底要做什么，選擇哪個專業(yè)。

但剛?cè)胝憬髮W(xué)，兩個契機(jī)堅(jiān)定了李旻辰選擇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的信念。

在大一上編程課在網(wǎng)上做題的時候，他寫了一個程序去解決一個問題。

然后發(fā)現(xiàn)輸出的結(jié)果，可以去滿足這個問題的需求。

很有成就感。

這就是李旻辰對編程這件事的最直觀感受。

而在接觸編程之前，他看到類似計(jì)算器這樣的東西，只是簡單的會覺得它是個精密儀器。

但通過自己動手去了解其原理，而且還能實(shí)現(xiàn)出來，他就會覺得非常開心。

“編程是一件有趣且有意義的事情”，李旻辰這樣說到。

這算得上是給他的科研道路鋪設(shè)了“好開頭”。

另一個契機(jī)，就是李旻辰在浙大選專業(yè)的故事。

在選專業(yè)之前，學(xué)生會被安排去各個實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參觀。

李旻辰當(dāng)時大概參觀了5個實(shí)驗(yàn)室，但在“逛”完前四個實(shí)驗(yàn)室后，他卻感覺一頭霧水——“不太明白它們是做什么的”。

但最后一個參觀的，正是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)室——浙大周昆教授的CAD&CG實(shí)驗(yàn)室。

在看到他們所做的成果，李旻辰突然覺得：

咦？這不就像是我玩游戲時的一張張截圖嗎？有點(diǎn)意思。

這就勾起了李旻辰的興趣，于是他便認(rèn)真地閱讀起實(shí)驗(yàn)室介紹。

后來他發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識和成果，不僅僅是可以用于游戲或電影，與工業(yè)界也有一定的相關(guān)性。

例如CAD制圖、零件的建模，甚至是土木工程的模擬等等。

于是，在選擇專業(yè)這件事上，用李旻辰的話來說就是：

又有前途又有趣，選它就對了。

這樣的2個契機(jī)，稱得上是李旻辰在科研道路上的“引路人”了。

但隨著他在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的不斷深挖，李旻辰發(fā)現(xiàn)這個領(lǐng)域其實(shí)還有更多的細(xì)分子領(lǐng)域。

“它是一個很綜合、很包容的學(xué)科，各個方向的研究都有所涉及?！崩顣F辰解釋到。

在剛剛本科畢業(yè)之際，他主動去看了SIGGRAPH的論文。

李旻辰發(fā)現(xiàn)，這些論文的內(nèi)容有很大的不同，例如有做建模的，有做渲染的，有做模擬，還有做圖像操作等等：

眼花繚亂，而且風(fēng)格上也有較大的區(qū)別。

有的文章會專注于較為根本的問題，會在數(shù)值計(jì)算或數(shù)值優(yōu)化上去深究。

有的文章會專注于較大卻又很實(shí)際的問題，雖說不會深究細(xì)節(jié)問題，但整個系統(tǒng)的pipeline非常完整。

也正是有了這般深入的了解經(jīng)歷，李旻辰對于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的初衷發(fā)生了些許的變化。

不再是像最初只是單純的覺得很酷炫，而是對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中那些比較“基礎(chǔ)、根本”，但卻很困難的問題產(chǎn)生了濃厚興趣。

這個“基礎(chǔ)”并不是意味著簡單，而是指它的問題不復(fù)雜，可以用一兩句話來表述清楚，但解決起來卻很困難。

于是，李旻辰越發(fā)喜歡上了用數(shù)學(xué)建?；驍?shù)值優(yōu)化的方法，去解決它們：

我認(rèn)為這是一件非常有成就感的事情，非常有快感。

當(dāng)然了，偏理論嘛，定然是會有枯燥的成分在里面。

對此，李旻辰解釋道：

感興趣的事情、有人氣的事情，以及有影響力的事情，它們可能沒有那么幸運(yùn)會重疊在一起。

但通過李旻辰取得的成果也證明了一點(diǎn)，只要堅(jiān)持自己熱愛的事情，最終還是會有所收獲。

最佳博士論文獎

或許正是因?yàn)檫@份堅(jiān)持，李旻辰斬獲了本屆SIGGRAPH的最佳博士論文獎（The Outstanding Doctoral Dissertation Award）。

與之相關(guān)的研究是Robust and Accurate Simulation of Elastodynamics and Contact。

SIGGRAPH官方對此的評價是：

在“保證非相交的非線性固體動力學(xué)中的魯棒摩擦接觸模擬”，這一問題上取得了重要突破。

在以往固體運(yùn)動仿真以及受力分析中，精確地對固體自身或之間的接觸進(jìn)行建模是非常困難的，尤其是有復(fù)雜形狀、精細(xì)結(jié)構(gòu)，且能發(fā)生較大形變的固體。

導(dǎo)致這個問題的原因，是固體的彈性在數(shù)學(xué)描述中是非線形且非凸的，而接觸不僅非線形且非凸，還不光滑。

而這些都是應(yīng)用數(shù)值方法進(jìn)行物理仿真時極難處理的性質(zhì)。

傳統(tǒng)方法要么有一定的穩(wěn)定性和精確度但非常耗時，要么仿真較快但肉眼可見地不真實(shí)（因?yàn)檎`差很大），甚至很容易出現(xiàn)數(shù)值爆炸導(dǎo)致仿真失敗。

而李旻辰在這項(xiàng)研究中所提出的IPC （Incremental Potential Contact）方法，便很好的解決了這個問題。

具體而言，就是在最優(yōu)化理論的框架下，通過對所有碰撞情景的嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)定義、對障礙函數(shù)法的降維加速、對靜動摩擦轉(zhuǎn)換的可控建模，以及對摩擦算子的巧妙離散。

這就為解決這一問題提供了新思路，從而能在較快的速度下達(dá)到前所未有的精確、穩(wěn)定、無穿透的仿真效果。

但李旻辰為什么要做這項(xiàng)研究呢？

畢竟官方都說了，這是一個“長期存在且不容易取得突破”的問題。

這就離不開李旻辰發(fā)表的第一篇SIGGRAPH文章了：

第一篇一作SIGGRAPH文章FoldSketch，是我在UBC讀碩士時的一個科研項(xiàng)目。

為了保證設(shè)計(jì)的可行性，我們應(yīng)用布料仿真來獲得所設(shè)計(jì)服裝的實(shí)穿效果。當(dāng)時我們使用的是一款很流行的開源布料仿真系統(tǒng)，能實(shí)時獲得仿真效果。

可一旦衣物接觸變多，算法就變得很慢，且極易失敗，無法保證無穿透。當(dāng)時這一問題給我的研究帶來了不小的麻煩，讓我記憶猶新，立志解決這一問題。

正好我通過不斷地積累、學(xué)習(xí)、和研究最優(yōu)化理論與方法，發(fā)現(xiàn)內(nèi)點(diǎn)法與這一問題的契合以及同時存在的挑戰(zhàn)，就義無反顧地去嘗試探索了。

當(dāng)然，這也離不開導(dǎo)師蔣陳凡夫教授的支持與引導(dǎo)，以及Adobe合作者Danny Kaufman博士的挑戰(zhàn)與激勵。

而且李旻辰不僅僅是在學(xué)術(shù)界深耕，其實(shí)在產(chǎn)業(yè)界有所作為。

例如與CG大牛張心欣的澤森科工一直有著密切合作，也算是半個創(chuàng)始人。

據(jù)了解，他們也有計(jì)劃在美國合作開一家公司，在促進(jìn)國內(nèi)外人才交流的同時把IPC產(chǎn)業(yè)化，讓更高質(zhì)量的物理仿真系統(tǒng)，以簡單易用的形式真正去改善多個行業(yè)的生產(chǎn)方式。

最后，我們也與李旻辰聊了一些輕松的話題——是否有女朋友呢？

對此，李旻辰回答說：

學(xué)術(shù)和愛情當(dāng)然可以兼得，重要的是用心找到合適的人。

（手動點(diǎn)贊了！）

參考鏈接：

[1]李丁聊天室《兩年讀完計(jì)算機(jī)博士的分享》：
https://www.zhihu.com/zvideo/1348264350231289856
https://www.lidingzeyu.com/minchen-on-phd-reflection/
[2]最佳博士論文：
https://www.proquest.com/openview/178e7289d88473c8df74c493cc3b501c/1
[3]SIGGRAPH官網(wǎng)：
https://www.siggraph.org/acm-siggraph-2021-awards/