王涌天教授長(zhǎng)期在技術(shù)光學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域從事教學(xué)和科研工作，主要研究方向包括成像和照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和CAD，新型光學(xué)元件，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用，醫(yī)學(xué)圖像處理與手術(shù)導(dǎo)航等方面。1996年入選教育部“跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃”，2000年獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金的資助，2001年受聘為教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授，2006年成為教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，2011年獲得全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)拢?/span>2012年成為國(guó)家973項(xiàng)目首席科學(xué)家。現(xiàn)任北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)部主任、校學(xué)位評(píng)定委員會(huì)副主席、光電學(xué)院和計(jì)算機(jī)學(xué)院博士生導(dǎo)師。兼任全國(guó)政協(xié)委員，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員，科技部863信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M成員，教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員，北京市混合現(xiàn)實(shí)與新型顯示工程技術(shù)研究中心主任，中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)理事，《北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》編委會(huì)副主任、英文版主編等職。

“神秘儀器”照亮夢(mèng)想

王涌天教授十分重視科研成果的推廣應(yīng)用和轉(zhuǎn)化工作。研制的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)CAD軟件曾向全國(guó)50余個(gè)單位推廣應(yīng)用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛實(shí)融合顯示和人機(jī)交互方面的成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于文化、科普、娛樂(lè)、醫(yī)療、軍事等諸多領(lǐng)域，其中，圓明園大水法景區(qū)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字重建、紀(jì)念紅軍長(zhǎng)征70周年勝利展覽上的“雪山·草地”大型互動(dòng)展項(xiàng)等成功案例在國(guó)內(nèi)外引起巨大反響。與多家企業(yè)合作，將自由曲面透視式頭盔顯示器、多點(diǎn)觸控大屏幕交互顯示設(shè)備、紅外光電運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等多項(xiàng)成果進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。2012年被授予北京市市級(jí)職工創(chuàng)新工作室，2013年創(chuàng)建了北京市混合現(xiàn)實(shí)與新型顯示工程技術(shù)研究中心。

在圓明園遺址“大水法”和“觀水法”景點(diǎn)之間樹(shù)立的“數(shù)字圓明園現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)I型”機(jī)器，可以讓游客看到圓明園和實(shí)時(shí)一比一比例疊加上去的當(dāng)年未被破壞前的場(chǎng)景，并實(shí)時(shí)渲染。在商業(yè)試營(yíng)運(yùn)期間每天都有一兩百人去看，游客反響很好。西洋樓部分是根據(jù)當(dāng)時(shí)傳教士設(shè)計(jì)的銅版畫和當(dāng)年建筑結(jié)構(gòu)的透視圖繪制模擬而成的。金國(guó)藩院士、汪成為院士主持的驗(yàn)收專家組評(píng)價(jià)其為“產(chǎn)生了良好的愛(ài)國(guó)主義教育效果，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在文物保護(hù)、教育科普、文化娛樂(lè)、旅游開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在定點(diǎn)雙目立體觀察系統(tǒng)、超輕型大視場(chǎng)頭盔顯示器、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在文物古跡數(shù)字重建中的實(shí)際應(yīng)用等方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

“圓明園因?yàn)槭窃跁缫岸皇鞘覂?nèi)，所以很難對(duì)頭盔顯示方式實(shí)現(xiàn)六自由度實(shí)時(shí)定位，因?yàn)?/span>GPS對(duì)我們這種應(yīng)用的定位精度不夠。但在室內(nèi)我們可以放一些標(biāo)志點(diǎn)，就可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控。我們需要在頭盔上安置攝像機(jī)，拍攝真實(shí)場(chǎng)景并傳送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)提取其中的標(biāo)志點(diǎn)來(lái)計(jì)算使用者視線的方位，據(jù)此對(duì)虛擬物體進(jìn)行渲染并疊加在真實(shí)場(chǎng)景圖像的正確位置上，再實(shí)時(shí)地將這個(gè)虛實(shí)融合的場(chǎng)景傳送到頭盔上顯示?！?/span>

該實(shí)驗(yàn)室還利用互動(dòng)地面投影技術(shù)為《紀(jì)念中國(guó)工農(nóng)紅軍長(zhǎng)征勝利70周年》大型主題展覽完成了《雪山·草地》大型景觀，觀眾踩在用數(shù)碼投影機(jī)營(yíng)造的“草地”上，腳下就會(huì)泛起漣漪，同時(shí)看到雷電交加的滂沱大雨；走在“雪地”上，也會(huì)留下清晰的腳印，眼前狂風(fēng)席卷雪花撲面而來(lái)。和“數(shù)字圓明園”項(xiàng)目相似，身臨其境的感受使觀眾能夠更加真切地體驗(yàn)當(dāng)年長(zhǎng)征路上的艱苦卓絕，被中央軍委首長(zhǎng)譽(yù)為該展覽的一個(gè)“亮點(diǎn)”。支持多人多點(diǎn)實(shí)時(shí)交互的桌面投影設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于上海消防館、上海電信館、彭德懷紀(jì)念館、毛澤東遺物館等，并將在建設(shè)中的中國(guó)科學(xué)技術(shù)館新館發(fā)揮重要作用。

團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)屢創(chuàng)佳績(jī)，其實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并非首次。同樣，由北京理工大學(xué)光電技術(shù)與信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“現(xiàn)實(shí)海底漫游系統(tǒng)”在廣東科技中心大顯身手。游客面對(duì)只有水草和珊瑚的魚缸，只要戴上特制的頭盔，就可以猶如置身水晶宮，與身邊的魚兒嬉戲玩耍，甚至可以模擬出人向魚類喂食的場(chǎng)景。

科技創(chuàng)新  富國(guó)強(qiáng)民

王涌天教授長(zhǎng)期在技術(shù)光學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域從事教學(xué)和科研工作，在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和CAD，新型光學(xué)元件，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用，三維顯示原理和設(shè)備，醫(yī)學(xué)圖像處理與手術(shù)導(dǎo)航等方面取得了突出成績(jī)和顯著進(jìn)展。先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。發(fā)表譯著2部、教材2部、論文400余篇，編輯SPIE或Springer出版的國(guó)際會(huì)議論文集11部。申報(bào)國(guó)際發(fā)明專利3項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明專利40余項(xiàng)，其中已經(jīng)授權(quán)16項(xiàng)。多次應(yīng)邀擔(dān)任由國(guó)際光學(xué)委員會(huì)（ICO）、國(guó)際工程光學(xué)學(xué)會(huì)（SPIE）、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（COS）、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）、日本光學(xué)學(xué)會(huì)（OSJ）組織的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的大會(huì)程序委員會(huì)成員、分會(huì)主席、特邀報(bào)告人。由于“在光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)儀器、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)”，2008年當(dāng)選SPIE會(huì)士（Fellow），2011年當(dāng)選英國(guó)工程技術(shù)學(xué)會(huì)（IET）會(huì)士（Fellow）。

王涌天教授及其團(tuán)隊(duì)成員在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的研究，突破了三維環(huán)境注冊(cè)定位算法、透視式融合顯示、立體顯示圖形生成等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)，完成了國(guó)內(nèi)第一個(gè)實(shí)時(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)，目前正在積極研究其在軍事、文化、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。有關(guān)研究成果在2005年12月被金國(guó)藩院士主持的鑒定專家組評(píng)為“在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互技術(shù)方面取得的研究成果處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平”。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為信息領(lǐng)域一個(gè)新興的多學(xué)科交叉研究方向，具有虛實(shí)結(jié)合、三維注冊(cè)、實(shí)時(shí)交互的特點(diǎn)，在醫(yī)療手術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)、市政規(guī)劃、軍事仿真、教育培訓(xùn)、文化娛樂(lè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

醫(yī)學(xué)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向。故此實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了對(duì)醫(yī)學(xué)圖像特別是血管造影圖像的三維重建和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的研究工作。研究了冠脈造影圖像的多尺度彈性配準(zhǔn)，并提出了一種基于模擬圖像的彈性配準(zhǔn)客觀評(píng)價(jià)方法，有效地解決了配準(zhǔn)減影方法缺乏定量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的難題。研究了冠脈造影圖像的智能化自動(dòng)分割算法，在保證精度的前提下降低了分割過(guò)程對(duì)人工干預(yù)的依賴；研究了X射線血管造影系統(tǒng)的畸變校正和成像幾何標(biāo)定，提出了一種魯棒的三維重建優(yōu)化算法，建立了血管截面的精確擬合模型，成功地由多視圖造影圖像重建出高精度冠脈三維模型。

王教授用與301醫(yī)院合作開(kāi)發(fā)的內(nèi)窺鏡舉例。“我們利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為醫(yī)院做了一種叫作‘鼻腔鏡’的儀器。如果一個(gè)病人，鼻子或腦垂體長(zhǎng)了瘤子，都不需要開(kāi)顱，直接從鼻子先插進(jìn)去一個(gè)鏡子，通過(guò)鏡子醫(yī)生就可以看到這些腔體的結(jié)構(gòu)，再插進(jìn)去旋轉(zhuǎn)的手術(shù)刀，去割掉息肉和瘤子。過(guò)去，醫(yī)生只能看到腔體里面的結(jié)構(gòu)，看不到腔體后面的器官和血管等，以往都是憑借經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)，估計(jì)手術(shù)刀的距離?！?/span>

利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，醫(yī)生們?cè)谑中g(shù)之前可以先用CT、核磁共振等掃描技術(shù)做成三位的圖像，提取出關(guān)鍵部位，疊加到病人的病區(qū)。為了方便醫(yī)務(wù)人員觀察，王涌天及其團(tuán)隊(duì)還做了一個(gè)真實(shí)的三維顯示器，可以看到手術(shù)過(guò)程中手術(shù)刀的位置離那些器官到底有多遠(yuǎn)。目前，該儀器精度達(dá)到一毫米左右。

再如飛行模擬器和飛行員的模擬培訓(xùn)?！皺C(jī)艙非常地逼真，飛行員戴上頭盔后可以看見(jiàn)自己的腿、手、機(jī)艙，但是外面的機(jī)場(chǎng)、跑道、天空都是我們疊加上去的，可以保證飛行員在很真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行飛行訓(xùn)練?！?/span>

以身作則  服務(wù)社會(huì)

王涌天所支持的團(tuán)隊(duì)光電技術(shù)與信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室隸屬于北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院。該實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事復(fù)雜光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)方面的教學(xué)和科研工作，并在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)圖像處理和手術(shù)導(dǎo)航等交叉學(xué)科的研究，有關(guān)研究成果多次獲得國(guó)家和省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。近年來(lái)，在王涌天教授的帶領(lǐng)下，實(shí)驗(yàn)室研究成果豐碩，經(jīng)費(fèi)支持充足，隊(duì)伍團(tuán)結(jié)向上，發(fā)展日新月異。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有教授4人，副教授4人，講師2人，博士后5人，博士生和碩士生70余人，與美國(guó)亞利桑那大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、中佛羅里達(dá)大學(xué)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室以及國(guó)內(nèi)許多著名研究單位、企業(yè)保持著密切的合作關(guān)系，并在廣東省中山市領(lǐng)導(dǎo)的支持下在該市建立了光電信息技術(shù)研究中心。目前，實(shí)驗(yàn)室在新型光電系統(tǒng)、自由曲面光學(xué)、三維顯示設(shè)備、人機(jī)交互技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及其應(yīng)用等領(lǐng)域承擔(dān)著多項(xiàng)國(guó)家863目標(biāo)導(dǎo)向及探索導(dǎo)向項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金儀器專項(xiàng)和面上項(xiàng)目、973項(xiàng)目課題、國(guó)防預(yù)研項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目、省市科技計(jì)劃項(xiàng)目和橫向科研項(xiàng)目。

在教學(xué)方面，近年來(lái)指導(dǎo)博士后15人、博士生50余人、碩士生60余人。指導(dǎo)的學(xué)生多次獲得國(guó)際獎(jiǎng)勵(lì)，畢業(yè)的博士生中，程雪岷獲得2006年全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文，林倞獲得2011年全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名，程德文獲得2013年北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文。先后2次被評(píng)為北京市教育創(chuàng)新標(biāo)兵，獲得北京市教育教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)。注重科普工作，作為主任編委參編《現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)熱點(diǎn)問(wèn)題450例》、作為光學(xué)與光電子學(xué)編寫組組長(zhǎng)參編《10000個(gè)科學(xué)難題——信息科學(xué)卷》。

在社會(huì)工作方面，認(rèn)真履行全國(guó)政協(xié)委員的職責(zé)，積極參政議政。結(jié)合自己的工作實(shí)際，先后在政協(xié)科技界提出《改進(jìn)科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)管理方法》、《加大政府科技投入，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)》、《對(duì)國(guó)家資助項(xiàng)目研究成果加強(qiáng)國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)》、《建立國(guó)家級(jí)共用科技評(píng)審專家?guī)臁?、《加?qiáng)高等院校教師隊(duì)伍建設(shè)》、《辦好國(guó)內(nèi)科技期刊》等提案。三次在科技界聯(lián)組會(huì)上做主題發(fā)言，當(dāng)面向劉延?xùn)|國(guó)務(wù)委員、萬(wàn)鋼部長(zhǎng)等國(guó)家和部委領(lǐng)導(dǎo)人建言獻(xiàn)策。相關(guān)意見(jiàn)和建議多次被《人民政協(xié)報(bào)》、《光明日?qǐng)?bào)》、《科技日?qǐng)?bào)》、《中國(guó)工業(yè)報(bào)》、《中國(guó)電子報(bào)》、北京電視臺(tái)等主流媒體報(bào)道。