大數據即意味著大機遇、大價值，也意味著大考驗、大挑戰。近日，記者就這一問題找到我校設計創意學院智能大數據可視化實驗室的曹楠教授，他表示，智能大數據可視化實驗室兩年多來的工作表明，其應用前景十分廣闊。
智能大數據可視化實驗室做什麼？
如何理解大規模數據中的潛在模式、可視化是一個有效的方法。如何針對數據特徵，自動挖掘並適配相應的可視化方法，便涉及到一系列智能化的技術，這也是「智能大數據可視化」實驗室所研究重點之一。曹楠介紹，實驗室的名字中包含三個關鍵詞——智能、大數據、及可視化。智能指的是人工智慧，大數據指的是大數據領域，可視化指的是大數據領域中的一個重要分支。三個關鍵詞層層遞進，涵蓋了多個層面，體現了實驗室成立的初衷，即跨界。目前智能大數據可視化實驗室跨設計創意學院和軟體學院招生，兼顧設計思維與技術能力，旨在打造具有世界一流水準的智能化數據分析、可視化、設計及人機互動技術。
圍繞著可視化，實驗室嘗試在多個交叉學科中突破學科邊界，在傳統的大數據可視化及分析的基礎上，將數據可視化的範疇進一步拓展到智能輔助設計領域，並展開了系列研究。
數據分析及可視化方面，實驗室的研究重點是設計新穎的數據分析及可視化技術，揭示數據中所隱藏的模式及內涵。為了達到這個目的，實驗室的師生們，圍繞著多種複雜類型的數據（如文本數據、異構多維度數據等）展開研究，提出了數據異常情況的自動識別、檢測、及可視化詮釋技術。這些技術，通過機器學習自動判斷數據中的異常情況，並通過可視化直觀表達數據實體及其相關的上下文信息，用於幫助分析人員更好地結合自身經驗、知識判斷分析結果的正確性。
研究室取得的成績
可視化分析技術應用在「智慧醫療」領域。曹楠介紹，醫療領域用於醫療的可視化技術相較於其他技術手段，仍有待大力發展。傳統的可視化技術，例如X光、CT掃描、VR成像等，主要針對圖形圖像數據。而針對非影像型數據（如電子病歷數據）的可視化技術存在較大缺失。隨著可穿戴設備及各種醫療傳感器的普及，電子診療系統的廣泛應用，大量醫療相關的抽象數據被採集，其中蘊含的疾病演化階段性流程、診療方案有效性等信息。針對這樣的數據，團隊開創性的設計開發了EventThread 可視分析系統，用於匯總展示大規模電子病歷數據，揭示數據中的易變性規律，例如，同種疾病在不同人群中的演變規律、不同治療方案帶來的不同療效等。
智能創意設計方面，實驗室也取得了一些成果。前不久，實驗室開發出一款幫助設計師繪製設計草圖的智能虛擬機器人。畫草圖是遠古至今一直使用的一種直觀的創意表達方式。今天的設計草圖構思中，設計師們首先用簡單的線條快速描繪物體，以資設計創意與構思。相較常見的照片等「柵格圖」，設計草圖是人們一筆一畫繪製出來的，更多應用於藝術設計領域。設計草圖在設計領域的普遍應用引發了人們關於人工智慧輔助設計的思考：人工智慧是否也能學會繪製甚至創作設計草圖呢？實驗室師生們設計並開發了一款可以用來創造並繪製高質量設計草圖的繪圖機器人——AI-Sketcher。這是一款能根據用戶的簡單輸入而自動生成高質量簡筆畫（草圖）的人工智慧繪圖機器人。它是一個基於「變分自動編碼器（VAE）」的深度生成模型，它在傳統VAE的基礎上引入了新的數據編碼方式，通過採用綜合使用構成草圖的筆畫信息及筆畫之間相對位置信息等，很好地提高了草圖的生成質量。為了評估其性能，團隊創建了一個包含有500餘萬張卡通人物表情的Sketch數據集。目前，AI-Sketcher被訓練用來自動生成卡通人物的7種不同表情，結果發現它在繪製簡筆畫的過程中可更好地捕捉到筆畫之間的相對位置關係，避免了生成結果的扭曲變形，生成的圖形質量更具優勢。AI-Sketcher還用來優化用戶的輸入，用戶手繪作品存在的線條不光滑、不連貫、不夠形象生動等常見問題被很好彌補了，生成的矢量圖形質量較高。
學術交流廣泛，人才培養成績不錯
採訪獲悉，實驗室成立兩年多時間中，大力開展國際合作。在學術界，先後與喬治亞理工大學、亞利桑那州立大學、匹茲堡大學信息學院、香港科技大學等，建立起智慧醫療、數據分析、信息可視化等長期合作關係；工業界，先後與IBM、微軟、Adobe、西門子、阿里巴巴等建立起合作關係，並取得了一系列不錯的研究成果。實驗室累計在數據可視化、人機互動、數據挖掘，以及人工智慧等多個領域的頂級期刊及會議上，發表了40餘篇國際論文，並獲得了包括ACM CHI 2018最佳論文提名獎、IEEE PacificVis 2018最佳論文提名獎，ACM IUI 最佳論文獎等多項國際會議頒發的論文獎項。自主研發出了三套基於智能化技術的原型系統，分別用基於電子病歷數據的疾病預後分析，自動化數據分析及可視化，以及智能化平面設計。尤值一提的是，團隊研發的智能輔助平面設計系統能自動生成高質量的廣告海報，圖靈測試表明其生成效果，顯著優於現有的同類商業系統。
人才培養成績不錯。該實驗室按「跨界」要求，按照4:1 的比例，分別招收計算機專業及設計專業的學生，並因人制定不同的培養方案。實驗室所採用的培養方案，同時開設數學、計算機、設計學三個門類的課程，全面培養具有設計思維的技術人員及具有技術能力的設計師。「曾經有一位來自武漢大學軟體學院的學生，在報考實驗室的時候告訴我，希望成為一個懂技術的設計師。現在，實驗室裡邊其實不乏這樣有理想抱負，且目標明確的年輕人。」曹楠說。
兩年多裡，實驗室展開了三次暑期實習計劃，培養了一大批具有設計及可視化技能的學生。他們先後收到了包括哈佛大學、耶魯大學、伊利諾伊大學、卡內基梅隆大學、加州大學聖地牙哥分校等美國著名大學的碩士及博士學位的錄取通知書。「因為暑期實習計劃的成功開展，2018年我們收到了100餘封來自世界各地的申請信。這些學生不乏有來在CMU、UIUC、以及倫敦帝國理工學院等國際名校的申請者。以至於2019年的實習計劃尚未出臺，便有不少學生主動詢問何時能開始實習。」
曹楠說，實驗室也面臨著不少困難。實驗室剛剛成立不久，底子比較薄，老師們無一例外都是從海外歸國的年輕學者，缺少在國內從事科研工作的經驗與閱歷，因此還需要進一步學習、錘鍊、提高，把自己的所學融入於祖國更有價值的領域中。
據悉，智能大數據實驗室目前招收2019年推免研究生，感興趣的同學，可發郵件至：idvx.lab@tongji.edu.cn 。（程國政）