中学生与图形学 [转] - 太傻 - 博客园
2004年5月14日，在美国西部城市波特兰举行的英特尔国际科学与工程大奖赛颁奖仪式上，来自上海市外语学校的朱元晨（左）、美国学生萨拉·兰伯格（中）和德国学生乌韦·特雷斯克获得本届大奖赛设立的仅有3个名额的最高奖——“英特尔基金青少年科学精英奖”。来自中国内地的中学生在本次大奖赛上共夺得32项个人和团体奖。而朱元晨更是凭借关于高品质三维计算机绘图方法的研究，在来自40个国家和地区的1300多名参赛学生中脱颖而出，获得5万美元的最高奖项。
[三名最高奖的获奖者中，来自美国佛罗里达的Sarah Rose Langberg年仅17岁，来自德国的Uwe Treske 18岁，来自中国的朱元晨19岁。英特尔国际科学与工程大奖赛（ISEF）是目前全世界奖金额最高的科学大赛。]
五十五年前，30名聪明好学的中学生在美国费城参加了首届国家科学竞赛，这一竞赛日后逐渐发展成为全球参与人数最多、规模最大的中学生科学大赛——ISEF（国际科学与工程大奖赛）。
中国的中学生从2000年开始参加ISEF，先后获取了数十个奖项，但是ISEF的最高荣誉——全球每年仅三位得主的“英特尔基金青少年科学精英奖”却一直与中国学生无缘。
今年，来到美国俄勒冈州波特兰市参加ISEF的学生达到了一个创记录的数量——共有来自全球542个附属竞赛的1429名优胜者参加此次盛会。
也就在这次竞争空前激烈的比赛里，来自上海外国语学校的19岁高中生朱元晨，摘取了“青少年科学精英奖”这项ISEF最耀眼的奖项。
5月27日，本报记者在上海见到了朱元晨。见面时，他递给记者一份厚厚的用中英文打印的获奖论文：借助优化自适应域名实时重啮合（Real-Time Remeshing With Optimally Adapting Domain）：可视性连续层次及细节渲染新模式（A New Scheme for View-Dependent Continuous Levels-of-Detail Mesh Rendering）。
可以肯定的是，这份论文的内容不仅是大多数中学生无法看懂的，即使是计算机系的大学生、乃至专家，如果不是专攻计算机图形学领域的，也无法完全领会。
朱元晨尽可能通俗地解释了自己的成果：“简单地说，这是一个有关3D图形的课题。我们知道，为了生成逼真的实时3D图形，一方面要加强硬件的计算能力；另一方面就是要优化软件的算法。比如说，3D绘图时，正面的图形需要去表现，但图形的反面是看不到的；曲率高、陡峭的地方要用复杂多边形去表现，大地平面就可以用很简单的图形表现。在我的研究成果里，根据人眼的实际视觉取向，对可以简化的部分采取了多种方式进行简化，最后的结果是：在不提升硬件的运算机能的前提下，通过优化的算法提高了绘图的真实度。”
研究动力源自兴趣
“您是《电脑报》的记者啊？那太好了。《电脑报》我经常看，我从中看到了很多有价值的内容，也看我感兴趣的游戏信息，对我的帮助很大。”当朱元晨得知记者来自《电脑报》时，非常高兴。
朱元晨接触计算机很早。在读“预中”（上海的小学生毕业后，要上一年“中学预备班”方可升入初中）时，他参加了上海少年科技活动中心的计算机兴趣班。“当时主要是学PASCAL编程，我是插进去学习的。第一节课听下来犹如天书，但我兴趣很浓，花了很多时间自学。一学期结束后，我成了这个班上最好的学生。”这是朱元晨接触计算机的开始。
不久之后，朱元晨拥有了自己的第一台计算机，“处理器是Intel的奔腾133MHz的”。“和大多数中学生一样，刚买电脑时我也就是做做编程，玩玩游戏，而且花在游戏上的时间还不少。”
直到玩上3D游戏，朱元晨才开始对电脑产生深入研究的兴趣。“我接触的第一批3D游戏有《刺杀希特勒》和《QUAKE 1》，当时很震撼，觉得3D的效果真是太惊人了。进一步我就想：这些效果是怎么做出来的呢？我能不能做出来呢？我对计算机图形学的兴趣就是这么产生的。准确地说，是我对电脑视觉效果的兴趣带动了今后的努力。”在父亲的支持下，他开始自学《21天自己做游戏》、《三维游戏制作指南》等书。
随后，朱元晨利用自己的编程知识，编写了一个火炮打导弹的二维打字练习游戏。这个软件的成功给了他很大的鼓舞，他转向制作3D游戏的开发引擎，并逐渐进入计算机图形学领域，开始掌握了图形硬件编程接口的编程方法。
“有人会问我，为什么会去学习那些在旁人看来很艰深的东西。其实并没有什么秘诀，我前进方向的确定，源自我自己的兴趣，而且是浓厚的、发自天然的兴趣”。朱元晨说，“当然，做尖端研究工作的时候，我的身边没有同龄的知音交流，也没有指导老师，只能靠自己。”
“2001年我首次参加ISEF的时候，英特尔贝瑞特博士说的一句话给我印象很深，他说，要找那些研究者较少的领域去开展研究。这对我的选择也产生了影响。选择计算机图形学去深入研究，还有两个原因：一个是研究工作不需要太多的客观条件，一台可以上网、硬件配置还过得去的电脑就可以了，这对我来说比较容易实现；另一方面，这个领域还比较新。如果是基础学科，前人的成果太厚了，你可能要超过10000个人才能走到前面，但在计算机这个特别需要创新的领域，你可能只要走到1000个人前面就成功了”。
父母给我“做规矩”
朱元晨的成功，和他的家庭关系密切。用他的话说：“我的父母从小就给我做规矩（上海话，制定规范之意）”。
朱元晨生活在一个知识分子家庭。父亲朱丹平，是上海电力学院的一名老师，英语和理科基础都非常深厚，他的母亲则在上海外国语学院执教广播电视新闻制作。
一见到朱丹平老师，他就给记者看了两件“文物”。一件是朱元晨小时候写的非常漂亮的大字；另一件是朱老师自己年轻时学外语，翻得破破烂烂的参考书。
“小学的时候我没有怎么管他，也没有给他‘加餐’。那时候，我觉得自己的孩子很普通，谁知道他将来学不学得出来呢？我只做了一件事，就是要他练字。现在他的中英文字都写得非常好，就是那时候练出来的。”朱丹平老师是个实话实说的人。
话是这么说，但朱丹平一直很注意观察朱元晨的兴趣发展。当他发现朱元晨在理科方面渐渐表现出过人的天赋时，立即开始给孩子“加餐”，而且这一加就出手不凡。“朱元晨妈妈的学校里用处理价卖一批国外的大、中学生的理科教材，我一口气买了好多，用这些材料开始帮朱元晨提高理科基础。”
在这一个阶段里，朱丹平对朱元晨教育的推进起到了非同小可的作用。一方面，他用自己的经验督促朱元晨学英语；另一方面，他开始给朱元晨进行基础数学方面的补课。朱元晨还特别补充说，“在刚开始看一些高级计算机书的时候，因为我的知识结构不完整，很多地方看不懂，我就找我爸。他的理科好，英语也好，他先消化一遍，然后给我讲。”
在初中时期，朱元晨起飞的两个“标志事件”就已经发生了：一个是15岁时，朱元晨参加了TOFEL考试，拿到了670分的惊人高分；另一个，则是他利用互联网到MIT（麻省理工学院）下载了大量的免费课程，开始自学美国大学生的计算机和数学课程。
“我有几个心得。第一是我不主张朱元晨参加数学奥赛，因为我从实用的角度去看，奥赛更多是一种数学游戏，是思维训练。但搞研究需要的是全面的基础数学知识；第二，英语非常重要，太重要了，元晨上了初中之后，就可以自己去美国的网站上找资料、下载课程，他的起点就比别人高得多。因为那时候他就开始向世界学习，与世界竞争；第三也是特别重要的，一定要充分利用信息技术来教育孩子。我给你看那本我翻烂的字典，是为了说明我学英语有多辛苦。但现在，元晨的英语学得好，是因为他在计算机上学、看、练，效率比我高得多。等英语有一个基础了，就要利用互联网，到国外去找大量的免费教育资源来自学，元晨获奖的英文论文就是他自己写的。第四，我的看法可能很多人都不认同，就是要有选择地学习。很多学生是平衡用力，但专长不突出。”
我的成功是可以复制的
记者第一次见到朱元晨时，他正在上海科技馆参加一个少儿科技活动，坐在一群少年小记者中，回答比他更小的孩子们的提问。他笑容可掬、应对自如，回答每个问题都是一语中的，且富有幽默感，俨然一个训练有素的新闻发言人。
这一幕给记者留下了深刻的印象：朱元晨身上不但看不到任何“呆气”，也不像人们想像中的“怪才”。相反，他的情商显然很高：善于理解、善于倾听，口头表达流畅自如，还很会运用微笑。
他是一个平衡型的人，身上没有什么“苦学”留下的痕迹。虽然专注，但很少把自己弄得太辛苦。虽然坦承就计算机而言，在身边找不到同年龄的知音，“但我的朋友都是同龄人，也有很多中学生的兴趣爱好，我爱看电影、踢球，虽然很多时间在电脑前一坐就是一天。”朱元晨笑着说。
“你觉得自己是不是天才？”记者很直接地问。“不是。”朱元晨说，接着停顿了一下，“就算是我也不会说出来。”在周围的哄堂大笑中，朱元晨的脸上现出了一丝憨厚的笑容，这时他十足是个孩子。
朱丹平补充了一句：“不要把他的事情看成一个天才学生的成功，要是这样看，等于大家都是看热闹，看完就结束了。如果看成一个成功的教育的例子还是可以的。”
获得了ISEF大奖的朱元晨已经被美国哈佛大学计算机系录取，今年9月就要到美国上学了。“你的方向是什么？”记者问。“我去了是读本科，还是要从基础学起。不过，计算机图形学是我的既定方向。”朱元晨肯定地说。“那么你将来的人生理想是什么？”记者追问。“在一流的地方搞研究，做自己感兴趣的事，安居乐业，过平常人的生活。”说这些话的时候，朱元晨淡泊沉着，这或许就是一种科学家的气质。
“那么，你的成功是否可以复制？”这是一个最重要的问题。“绝对是可以复制的。”朱元晨肯定地说：“要我说什么具体的经验，可能只有几点：一是重视IT技术，一个是对学英语帮助大，另一个是在互联网上可以找到非常多的学习资源；二是还是要按自己的兴趣来发展；三是有开阔的眼界，和世界去比。”
