北工大校友Cheng Zhang獲SIGGRAPH最佳博士論文獎(jiǎng)！

Cheng Zhang 本科畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)，在加利福尼亞大學(xué)爾灣分校拿到了博士學(xué)位，目前在 Meta Reality Labs 擔(dān)任研究科學(xué)家。

近日，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及互交技術(shù)頂會(huì) SIGGRAPH 主辦方 ACM SIGGRAPH 宣布了今年大會(huì)的最佳博士論文獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?，畢業(yè)于加利福尼亞大學(xué)爾灣分校的 Cheng Zhang 摘得該獎(jiǎng)項(xiàng)。

評(píng)委會(huì)認(rèn)為，Cheng Zhang 在論文中展示了基于物理的渲染方面的重大進(jìn)展，為未來(lái)的可微分渲染算法的發(fā)展提供了實(shí)用工具和堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

同時(shí)，畢業(yè)于奧地利科技學(xué)院的 Georg Sperl 獲得了最佳博士論文獎(jiǎng)榮譽(yù)提名。

SIGGRAPH 是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)頂級(jí)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，創(chuàng)立于 1974 年，已經(jīng)發(fā)展成為由對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和交互技術(shù)感興趣的研究人員、藝術(shù)家、開(kāi)發(fā)人員、電影制作人、科學(xué)家和商業(yè)人士組成的國(guó)際社區(qū)。

今年的 SIGGRAPH 大會(huì)將于 8 月 6 日至 10 日在美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯會(huì)議中心舉行。

SIGGRAPH 博士論文獎(jiǎng)設(shè)立于 2016 年，每年頒發(fā)給在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和交互技術(shù)領(lǐng)域成功答辯并完成博士論文的近期博士候選人，以表彰他們的杰出成就。該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在認(rèn)可在博士研究早期已經(jīng)做出顯著貢獻(xiàn)的年輕研究者，每年在 SIGGRAPH 會(huì)議上頒發(fā)，并附帶頒發(fā)銘牌、全程會(huì)議注冊(cè)和前往頒獎(jiǎng)典禮的旅費(fèi)。

獲獎(jiǎng)?wù)撐?/p>

Cheng Zhang 的博士論文標(biāo)題是「Path-Space Differentiable Rendering（路徑空間可微渲染）」，圍繞一種創(chuàng)新的基于物理的可微分渲染框架 —— 路徑空間可微渲染 —— 展開(kāi)研究，對(duì)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算成像、計(jì)算制造、機(jī)器人技術(shù)以及虛擬 / 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

論文鏈接：https://holmes969.github.io/document/thesis.pdf

可微分渲染解決了計(jì)算機(jī)生成圖像的復(fù)雜光傳輸效應(yīng)（包括軟陰影、相互反射或次表面散射）的微分問(wèn)題，這些問(wèn)題涉及描述正在渲染的場(chǎng)景的所有參數(shù)，例如物體的形狀、表面的顏色或周圍介質(zhì)的光密度?？晌⒎咒秩局械囊粋€(gè)核心問(wèn)題是處理由于對(duì)象邊界和遮擋而產(chǎn)生的不連續(xù)性：這些不連續(xù)性的微分導(dǎo)致渲染方程積分中出現(xiàn)了狄拉克 delta 分布，通過(guò)蒙特卡羅采樣積分這些分布通常非常困難、計(jì)算代價(jià)高昂。

Cheng Zhang 提出了一種巧妙的方法來(lái)顯著提高處理不連續(xù)性的效率。他從渲染的路徑空間表述（而不是基于對(duì)立體角的積分）開(kāi)始，觀察到用于評(píng)估光傳輸所需的典型被積函數(shù)包含移動(dòng)不連續(xù)性，并且在這種表述中其積分域依賴于參數(shù)。通過(guò)將連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中的雷諾傳輸定理（連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的重要概念）引入渲染中，他能夠?qū)⒆兞康淖兓瘡囊蕾噮?shù)的路徑空間引入到不依賴參數(shù)的材料空間，以及在材料路徑空間中對(duì)不連續(xù)面進(jìn)行積分，以解釋依賴參數(shù)的不連續(xù)性。這種在路徑空間中對(duì)微分光傳輸進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)表述的方法相當(dāng)優(yōu)雅地引出了用于全局光照的估計(jì)邊界和內(nèi)部積分的蒙特卡羅方法。

除了在理論上提出了重要的微分輻射傳輸和路徑積分表述之外，他的博士論文還作出了其他顯著的實(shí)際貢獻(xiàn)。例如，Zhang 注意到可微渲染中的導(dǎo)數(shù)通常是奇函數(shù)。他利用這一性質(zhì)產(chǎn)生樣本之間的負(fù)相關(guān)性以減少方差，從而極大地提高了基于蒙特卡羅的可微分渲染的效率。

Zhang 的博士論文建立了堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和實(shí)用算法，極大地提高了基于蒙特卡羅的可微分渲染的效率。

在獲獎(jiǎng)之后，他將繼續(xù)致力于推進(jìn)可微渲染算法的發(fā)展，并將重點(diǎn)放在實(shí)際應(yīng)用上?！敢粋€(gè)特別關(guān)注的領(lǐng)域是利用這些工具來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的挑戰(zhàn)，例如 3D 重建，」他說(shuō)?！肝覍?duì)將基于物理的方法（例如，可微渲染）與基于學(xué)習(xí)的方法相結(jié)合以解鎖更多可能性特別感興趣?！?/p>

?? Cheng Zhang 在 2022 年取得了加州大學(xué)爾灣分校（University of California， Irvine）的計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。他的碩士學(xué)位及本科學(xué)位分別來(lái)自哥倫比亞大學(xué)（Columbia University in the City of New York New York）和北京工業(yè)大學(xué)。他在本科期間獲得了北川學(xué)術(shù)獎(jiǎng)學(xué)金，并連續(xù)榮獲北京工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。讀博期間，他曾獲得 Facebook 獎(jiǎng)學(xué)金。在博士學(xué)業(yè)完成后，他加入了 Meta Reality Labs。

他的研究專注于基于物理的渲染及其逆問(wèn)題，主要圍繞從物理測(cè)量中推斷幾何和材料屬性。為了開(kāi)發(fā)針對(duì)各種逆渲染問(wèn)題的通用解決方案，他一直在積極研究基于物理的可微分渲染的主題。

此外，畢業(yè)于奧地利科技學(xué)院的 Georg Sperl 憑借「Homogenizing Yarn Simulations： Large-scale mechanics， small-scale detail， and quantitative fitting」論文獲得了今年的最佳博士論文獎(jiǎng)提名。該論文旨在通過(guò)數(shù)值均質(zhì)化方法提高織物仿真的效率，并在模擬中保留一定的機(jī)械和視覺(jué)細(xì)節(jié)。論文的應(yīng)用方向是提高織物仿真的效率和真實(shí)性。

論文鏈接：https://research-explorer.ista.ac.at/download/12358/12371/thesis_gsperl.pdf

Georg Sperl 目前在 CLO Virtual Fashion（一家數(shù)字時(shí)尚公司，目前已基于虛幻引擎推出了時(shí)裝設(shè)計(jì)軟件，以及供用戶買賣虛擬服裝的平臺(tái)）擔(dān)任研究科學(xué)家。在此之前，他在奧地利維也納技術(shù)大學(xué)獲得了學(xué)士和碩士學(xué)位，專業(yè)是視覺(jué)計(jì)算。2022 年，他在奧地利科技學(xué)院教授 Chris Wojtan 的指導(dǎo)下完成了基于物理的模擬的博士學(xué)位。他的研究興趣包括各種自然現(xiàn)象（布料、紗線、顆粒介質(zhì)、流體等）的基于物理的動(dòng)畫(huà)，以及多尺度模擬。

參考連接：

https://www.siggraph.org/awards/outstanding-doctoral-dissertation-award/

https://www.cs.uci.edu/cheng-zhang-receives-outstanding-doctoral-dissertation-award/