与微软亚洲研究院合作开设研究生专题研讨课的尝试与体会

与微软亚洲研究院合作开设研究生专题研讨课的尝试与体会一、引言北京航空航天大学计算机学院，高度重视研究生培养质量。

遵循精英教育的人才培养理念，加强师资队伍、科研教学条件等方面的建设。

同时，坚持进行教育教学改革，在研究生培养模式、培养体系和创新机制等方面开展了深入研究与实践，取得了显著效果。

“研究型学院人才培养模式与体系的研究及实践”获得国家教学一等奖。

在这一过程中，如何培养更加适应社会需要的人才，以及如何转变以教师为中心的单纯知识传授型教学模式，一直是我们改革探索的重要方面。

多年来在我们自己教师主导下进行了一些试验，有一定收获，但效果均不太理想。

于是学院决定采取新的尝试，与高水平外企研究院联合开设研究生专题研讨课。

外企研究院与外企结合紧密，更加了解市场的需求，同时拥有高水平的学科领域专家，可以形成互补，在教学改革中走出新的路子。

微软亚洲研究院在计算机图形学领域的研究一直是走在国际计算机视觉及图形学的前沿。

在基于图像的建模与绘制、纹理合成、表观与几何建模、辐射传输以及高真实感实时绘制等方面都取得了重要的研究成果，推动了计算机图形学的发展。

微软亚洲研究院成立以来，吸引了一批拔尖的计算机科研人才。

同时，作为一个开放的国际性研究机构，每年还吸引着来自美国、加拿大等国家和地区的学者到研究院进行访问研究，他们带来了大量最新研究信息，促进了中外学术交流。

微软亚洲研究院已经成为一所国际知名的跨国企业研究院。

微软亚洲研究院与北航计算机学院虚拟现实新技术教育部重点实验室，在图形图像处理研究领域有着多年的良好合作关系。

由于这些有利条件，北航计算机学院决定与微软亚洲研究院开展新的合作项目：2005年春季面向研究生联合开设“可视化建模方法(Visual Modeling)”专题研讨课。

由微软亚洲研究院院长沈向洋博士和访问学者加拿大多伦多大学计算机科学系Kyros Kutulakos博士共同担任研讨课主持教授。

这是北航首次与跨国企业研究机构合作开设专题研讨课的尝试。

二、课程基本情况1．教学目标和授课原则“可视化建模方法”课，面向从事计算机图形图像领域研究的高年级研究生，要求学生掌握计算机视觉、计算机图形学等先修课程知识，具有一定的C++或matlab编程能力。

课程教学目标有三个方面：(1)了解当前图形、图像领域的主要研究方向、前沿技术和未解决的问题。

(2)掌握图形、图像领域分析问题、解决问题的主要思维方法和思路，为进入科研工作打好基础。

(3)培养动手实践能力，使得学生能够通过动手实践来验证自己的想法和思路。

课程采用国外大学专业课程教学和研究院专题研讨相结合的模式，吸收了大学和研究院在学习资料选择、讨论方式、实践内容设计等方面的不同优点。

精心挑选最能够反映当前图形、图像领域新进展、新趋势的学术专著和论文作为教学材料。

该讨论课以提高学生的研究能力为宗旨。

教学方式是课堂报告与课堂讨论相结合、课堂学习与课外自习相结合、理论学习与具体实践相结合。

课堂演讲以学生为主，时间安排以讨论为主，课程语言以英语为主。

2．课程内容“可视化建模方法”的主要内容是相对于真实的物理世界，如何建立和处理具有真实感的视觉模型。

课程通过对计算机视觉和计算机图形学领域近年来的重要文献进行分析和讨论，学习掌握有关的领域知识，特别是与可视化建模相关的数学工具和建模方法、算法。

在计算机视觉方面，主要讨论了如何建立场景的三维几何模型、场景绘制，以及场景的光照效果，具体包括投影几何，照相机模型的建立和校准、配准与运动估计，图像拼图、立体视觉、传感器设计和基于阴影的形状恢复等几个方面。

在计算机图形学方面，讨论了真实感图像的合成、图像处理和场景的可视化，具体包括基于图像的绘制、基于图像的光照、反射模型的建立、三维摄影和匹配移动等内容。

3．教学方案该研讨课以学生进行主题报告为主要形式，采用课堂主题报告与课堂讨论相结合，课堂学习与课外自学相结合，理论学习与具体实践相结合的三结合方式。

要求教师演讲、学生主题报告和提交的作业全部采用英文。

第一堂课主持教授介绍课程基本情况，并进行示范演讲。

以后每次课安排三个环节的内容，第一个环节40分钟，以上一次课中演讲的两篇论文的内容为主题，进行教师和学生之间的讨论。

第二个环节80分钟，由两位学生分别进行40分钟的演讲，演讲内容由学生在主持教授给出的阅读目录中自行挑选。

在40分钟的时间中，20分钟介绍论文的主要内容，包括问题的提出、问题难点、解决问题的思路、方法，以及实验和结论等。

另20分钟，学生要针对论文中某个理论或技术点进行详细分析和推导。

第三个环节40分钟，主持教授对前两部分所涉及的内容进行更深入的分析、讲解，并对学生的演讲进行讲评，或对一些拓展的主题进行讨论。

该专题研讨课共12周，36学时，根据教学内容，教学方案安排如下：第一部分：场景外形的获取第一课多种场景表示方法：透视投影，全光函数，光场和光流图。

第二课全景图及其推广：全景拼图，流形拼图，全方位摄像机。

第三课光线传输：透明处理，褪光问题，环境褪光，恶劣天气下的视觉。

第四课光线传输与自然景象建模：子面散射，火焰。

第五课场景光照的获取：高动态范围成像，高动态范围拼图。

第二部分：场景几何信息的获取第六课基于单张图像的场景建模方法。

第七课基于视频的场景建模方法：单张图像的建模方法，基于运动的结构恢复(Structure from motion，SFM)，非刚体SFM。

第八课立体视觉：基于模型的立体视觉，多图像立体视觉。

第九课立体视觉高级技术：面向非朗伯表面对象的立体视觉，多透视图像的立体视觉。

第十课三维形状恢复的高级技术：光度立体法，形状恢复，光场绘制。

第三部分：场景反射与光照第十一课光照的建模：基于观测的逆向建模，逆向绘制。

第十二课讨论。

课程实践主要包括两个项目，一个在期中，4周以内完成；另一个在期末执行。

第一个项目是给学生指定若干篇论文，学生自行选择其中一篇论文中提出的解决某种技术问题的方法，上机编程实现，并做出分析评价。

第二个项目是由学生自己确定研究题目，制定研究计划，同时和教师进行讨论，确定其可行性，然后进行研究，提出解决问题的方法和算法，并上机编程实现，最后撰写项目报告。

教学方案涉及大量当前图形、图像领域的新方法和新技术。

要求学生重点掌握有关方法和技术所要解决的问题、主要思路、流程、特点、结果，对于具体算法的细节掌握不作要求。

学生在主题报告中，可以使用自己制作的讲稿，还可以借助图片、视频、示例程序等进行现场演示，使其他学生对自己的报告有直观的感受，加深印象，提高学习兴趣。

课程考核包括四个方面的内容：课堂讨论25％，周报告10％，4周的实践项目20％，学期末的实践项目45％。

体现了理论学习和具体实践相结合，增强学生研究能力的宗旨。

三、课程特点分析“可视化建模方法”讨课与我们目前在研究生教学中采用的传统授课方式相比有一些全新的特点，体现了教师、学生互动，激励学生主动探求知识的精英教育的理念，对我们今后的教育教学改革有很好的启发和示范作用。

1．教学过程以学生为中心该研讨课以学生进行主题报告为中心，围绕主题报告进行课堂讨论和主持教授讲评指导。

主持教授根据课程教学计划和方案，课前给出需要阅读论文的列表。

学生根据自己的兴趣和所从事的研究工作选择相应文章进行认真研读，并准备讲稿。

学生在课前两周将讲稿交给助教进行审阅，返回修改意见；课前一周再将讲稿提交主持教授进行审阅，返回意见。

主持教授在课程当天上午与学生面谈，对报告内容、讲稿制作、演讲方式等提出建议。

每次课有两位学生分别进行40分钟的演讲，包括20分钟的关于论文主要内容的幻灯片演讲和20分钟的论文理论、技术的白板推导。

在这一过程中，其他学生有问题可以随时打断，进行讨论。

该研讨课的组织形式把学生推上讲台，学生不再是单纯的学，不再是被动地接受灌输，学生感到自己在学习的同时，也在进行知识探究和知识传播，因而充分调动了学生学习的责任心、主动性和积极性。

与传统的以教师为中心的授课方式相比较，学生表现得更为主动、更为活跃。

在整个课程学习过程中，学生主动发现问题，寻找解决问题的方法，而且还自发地形成小组进行自由讨论，因此效果很好。

2．小班授课，教师、学生充分交流该课程的性质决定了必须小班授课，对选课学生的数量进行了比较严格的控制。

22名学生都是从事计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域研究，或者对这些方向有浓厚兴趣，并有一定相关知识背景的高年级研究生。

由于小班授课，人数又有控制，因此在整个学习过程中，学生基本上可以随时与教师进行讨论。

除了每次上课所专设的40分钟讨论时间以外，学生还可以通过每周报告、电子邮件，甚至课外面谈的方式与主持教授和其他教师进行交流。

通过与教师们的充分交流，学生们不仅学到了知识，更重要的是深层次了解了教师们分析问题、解决问题的思维方式和方法，体现了精英教育的人才培养理念。

3．主持教授认真负责，指导有力两位主持教授都是计算机图形学和计算机视觉领域的国际知名专家，专业知识丰富，对有关的技术前沿、国际研究现状和发展趋势了如指掌。

他们对教学工作高度负责，提供给学生的每一篇论文都亲自阅读研究过。

他们仔细审改学生提交的专题报告讲稿和周报告，认真听取学生的每一次主题报告，能基本满足学生提出的课外面谈的要求，耐心解答学生的每一个问题，并与学生一起进行热烈的讨论。

在每一次课的40分钟讲评时间里，他们有针对性的、旁征博引的精彩讲评都能切中学生学习中存在的问题，有效地启迪了学生的思维。

他们对待科学、对待教学、对待学生的态度值得我们学习。

4．重视实践，强调自学该课程的实践环节由教学方案中制定的两个动手项目组成。

第一个项目主要是锻炼学生的动手编程能力。

第二个项目实际上是一个微型科研课题，麻雀虽小，五脏俱全，使学生经受了一个科学研究全过程的锻炼，初步体会了科学研究的一般规律和方法，成为今后从事硕士论文课题研究的预演。

该课程对实践环节非常重视，课程采用百分制考核，这两个实践项目共占65分比重。

该课程还强调学生自学，注重发挥学生主动学习的积极性。

主持教授结合自己的经验和体会，给学生介绍如何根据自己需要选择文献资料，如何阅读论文，并发现问题。

学生的所有论文阅读、研究，讲稿的撰写、幻灯片的制作全部在课外由学生自行完成。

5．采用英语教学该研讨课采用英语教学。

学生主体报告、课堂讨论、教师讲评全部用英语。

学生在一个英语小环境中，英语听、说、读、写水平都有不同程度的提高。

锻炼了学生国际交流的能力。

四、问题与思考我们全过程参与了“可视化建模方法”专题研讨课，并进行了认真总结，并征求了学生和部分听课老师的意见，感到就我们目前的校情和院情来说，这种研讨课形式也存在一些有待进一步思考的问题。

1．选课学生的数量问题课程主持教授Kyros Kutulakos博士说，在多伦多大学一个学期约有6人选修此类课程。