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大数据可视化前景广阔——设计创意学院智能大数据可视化实验室曹楠教授访谈
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大数据即意味着大机遇、大价值,也意味着大考验、大挑战。近日,记者就这一问题找到我校设计创意学院智能大数据可视化实验室的曹楠教授,他表示,智能大数据可视化实验室两年多来的工作表明,其应用前景十分广阔。

智能大数据可视化实验室做什么?

如何理解大规模数据中的潜在模式、可视化是一个有效的方法。如何针对数据特征,自动挖掘并适配相应的可视化方法,便涉及到一系列智能化的技术,这也是“智能大数据可视化”实验室所研究重点之一。曹楠介绍,实验室的名字中包含三个关键词——智能、大数据、及可视化。智能指的是人工智能,大数据指的是大数据领域,可视化指的是大数据领域中的一个重要分支。三个关键词层层递进,涵盖了多个层面,体现了实验室成立的初衷,即跨界。目前智能大数据可视化实验室跨设计创意学院和软件学院招生,兼顾设计思维与技术能力,旨在打造具有世界一流水准的智能化数据分析、可视化、设计及人机交互技术。

围绕着可视化,实验室尝试在多个交叉学科中突破学科边界,在传统的大数据可视化及分析的基础上,将数据可视化的范畴进一步拓展到智能辅助设计领域,并展开了系列研究。

数据分析及可视化方面,实验室的研究重点是设计新颖的数据分析及可视化技术,揭示数据中所隐藏的模式及内涵。为了达到这个目的,实验室的师生们,围绕着多种复杂类型的数据(如文本数据、异构多维度数据等)展开研究,提出了数据异常情况的自动识别、检测、及可视化诠释技术。这些技术,通过机器学习自动判断数据中的异常情况,并通过可视化直观表达数据实体及其相关的上下文信息,用于帮助分析人员更好地结合自身经验、知识判断分析结果的正确性。

研究室取得的成绩

可视化分析技术应用在“智慧医疗”领域。曹楠介绍,医疗领域用于医疗的可视化技术相较于其他技术手段,仍有待大力发展。传统的可视化技术,例如X光、CT扫描、VR成像等,主要针对图形图像数据。而针对非影像型数据(如电子病历数据)的可视化技术存在较大缺失。随着可穿戴设备及各种医疗传感器的普及,电子诊疗系统的广泛应用,大量医疗相关的抽象数据被采集,其中蕴含的疾病演化阶段性流程、诊疗方案有效性等信息。针对这样的数据,团队开创性的设计开发了EventThread 可视分析系统,用于汇总展示大规模电子病历数据,揭示数据中的易变性规律,例如,同种疾病在不同人群中的演变规律、不同治疗方案带来的不同疗效等。

智能创意设计方面,实验室也取得了一些成果。前不久,实验室开发出一款帮助设计师绘制设计草图的智能虚拟机器人。画草图是远古至今一直使用的一种直观的创意表达方式。今天的设计草图构思中,设计师们首先用简单的线条快速描绘物体,以资设计创意与构思。相较常见的照片等“栅格图”,设计草图是人们一笔一画绘制出来的,更多应用于艺术设计领域。设计草图在设计领域的普遍应用引发了人们关于人工智能辅助设计的思考:人工智能是否也能学会绘制甚至创作设计草图呢?实验室师生们设计并开发了一款可以用来创造并绘制高质量设计草图的绘图机器人——AI-Sketcher。这是一款能根据用户的简单输入而自动生成高质量简笔画(草图)的人工智能绘图机器人。它是一个基于“变分自动编码器(VAE)”的深度生成模型,它在传统VAE的基础上引入了新的数据编码方式,通过采用综合使用构成草图的笔画信息及笔画之间相对位置信息等,很好地提高了草图的生成质量。为了评估其性能,团队创建了一个包含有500余万张卡通人物表情的Sketch数据集。目前,AI-Sketcher被训练用来自动生成卡通人物的7种不同表情,结果发现它在绘制简笔画的过程中可更好地捕捉到笔画之间的相对位置关系,避免了生成结果的扭曲变形,生成的图形质量更具优势。AI-Sketcher还用来优化用户的输入,用户手绘作品存在的线条不光滑、不连贯、不够形象生动等常见问题被很好弥补了,生成的矢量图形质量较高。

学术交流广泛,人才培养成绩不错

采访获悉,实验室成立两年多时间中,大力开展国际合作。在学术界,先后与佐治亚理工大学、亚利桑那州立大学、匹兹堡大学信息学院、香港科技大学等,建立起智慧医疗、数据分析、信息可视化等长期合作关系;工业界,先后与IBM、微软、Adobe、西门子、阿里巴巴等建立起合作关系,并取得了一系列不错的研究成果。实验室累计在数据可视化、人机交互、数据挖掘,以及人工智能等多个领域的顶级期刊及会议上,发表了40余篇国际论文,并获得了包括ACM CHI 2018最佳论文提名奖、IEEE PacificVis 2018最佳论文提名奖,ACM IUI 最佳论文奖等多项国际会议颁发的论文奖项。自主研发出了三套基于智能化技术的原型系统,分别用基于电子病历数据的疾病预后分析,自动化数据分析及可视化,以及智能化平面设计。尤值一提的是,团队研发的智能辅助平面设计系统能自动生成高质量的广告海报,图灵测试表明其生成效果,显著优于现有的同类商业系统。

人才培养成绩不错。该实验室按“跨界”要求,按照4:1 的比例,分别招收计算机专业及设计专业的学生,并因人制定不同的培养方案。实验室所采用的培养方案,同时开设数学、计算机、设计学三个门类的课程,全面培养具有设计思维的技术人员及具有技术能力的设计师。“曾经有一位来自武汉大学软件学院的学生,在报考实验室的时候告诉我,希望成为一个懂技术的设计师。现在,实验室里边其实不乏这样有理想抱负,且目标明确的年轻人。”曹楠说。

两年多里,实验室展开了三次暑期实习计划,培养了一大批具有设计及可视化技能的学生。他们先后收到了包括哈佛大学、耶鲁大学、伊利诺伊大学、卡内基梅隆大学、加州大学圣迭戈分校等美国著名大学的硕士及博士学位的录取通知书。“因为暑期实习计划的成功开展,2018年我们收到了100余封来自世界各地的申请信。这些学生不乏有来在CMU、UIUC、以及伦敦帝国理工学院等国际名校的申请者。以至于2019年的实习计划尚未出台,便有不少学生主动询问何时能开始实习。

曹楠说,实验室也面临着不少困难。实验室刚刚成立不久,底子比较薄,老师们无一例外都是从海外归国的年轻学者,缺少在国内从事科研工作的经验与阅历,因此还需要进一步学习、锤炼、提高,把自己的所学融入于祖国更有价值的领域中。