2017年11月24日，張祖勛院士做客Geoscience Cafe第179期學(xué)術(shù)交流活動。從帶領(lǐng)他走進(jìn)攝影測量專業(yè)大門的反光鏡，尊敬的老師恩師王之卓先生，到VirtuoZo軟件研發(fā)過程及其在全世界的應(yīng)用與評價(jià)，張祖勛結(jié)合自身六十余年的求學(xué)與科研經(jīng)歷，為大家詳細(xì)介紹了VirtuoZo背后的一系列故事，也從VirtuoZo的發(fā)展談到了攝影測量不同時(shí)代的開始與結(jié)束的發(fā)展歷程。最后，張祖勛還簡單介紹了近年大熱的人工智能對攝影測量發(fā)展的推動作用。

　　師從名師，儲備知識

　　1955年，張祖勛考入同濟(jì)大學(xué)。從反光鏡出發(fā)，開始了為期五年的攝影測量專業(yè)學(xué)習(xí)。上世紀(jì)五十年代，攝影測量還處于模擬攝影測量時(shí)代，國內(nèi)沒有用于攝影測量的先進(jìn)儀器，測量人員工作量大、效率低。張祖勛回憶大學(xué)的第一次實(shí)習(xí)是利用一個(gè)簡單的45°夾角的反光鏡和鋼尺完成了測量任務(wù)。之后師從我國攝影測量與遙感學(xué)科的奠基人王之卓先生，隨著對計(jì)算機(jī)程序的了解與深入學(xué)習(xí)，也源于王先生分配給他的關(guān)于相對定向編程的任務(wù)，他開始了與計(jì)算機(jī)編程的不解之緣，至今仍然保持著編程的習(xí)慣。

　　張祖勛還向大家講述了在瑞士WILD學(xué)習(xí)半年的經(jīng)歷。當(dāng)時(shí)，國家測繪局從瑞士進(jìn)口了大量的B8S儀器，以此換來了他和另一位老師出國學(xué)習(xí)的機(jī)會。在瑞士學(xué)習(xí)期間，張祖勛珍惜每個(gè)機(jī)會，仔細(xì)研究了當(dāng)時(shí)除T4外所有的經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀。正是這種不斷學(xué)習(xí)的精神，使得他一次又一次地提出新的理論，促進(jìn)攝影測量的跨越式發(fā)展。

　　VirtuoZo誕生的背景

　　1978年，當(dāng)王之卓先生提出“全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)”的構(gòu)想時(shí)，國內(nèi)外反對聲絡(luò)繹不絕。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的限制，多數(shù)人認(rèn)為“膠片是影像最好的信息載體”，影像“數(shù)字化”理論顯得非常另類，不可實(shí)現(xiàn)。而張祖勛覺得王先生的想法很有挑戰(zhàn)性，不管最終能否用于生產(chǎn)也值得一試，值得為之一搏。

　　張祖勛提到，王之卓先生的全數(shù)字化自動測圖研究的構(gòu)想建立在前人研究基礎(chǔ)上的，也并非完全原創(chuàng)，但只要在原有基礎(chǔ)上有一點(diǎn)突破，就是創(chuàng)新。

　　對于VirtuoZo課題項(xiàng)目成立的背景，張祖勛講到，在理論基礎(chǔ)方面，攝影測量全數(shù)字化在國內(nèi)沒有任何參考資料,國際上也寥寥無幾，必須從零開始;在資金方面，國家撥款120萬元，這在當(dāng)時(shí)是一筆不菲的費(fèi)用，但對于“全數(shù)字化”而言，這筆資金少之又少。他們花費(fèi)其中大部分錢從英國購置了影像掃描儀SCANDIG 3與NOVA 3/12計(jì)算機(jī)。相對于一張影像上百兆的數(shù)據(jù)量與如今具有幾個(gè)G內(nèi)存的計(jì)算機(jī)而言,這套設(shè)備相當(dāng)簡陋。

　　VirtuoZo的研制過程

　　對于VirtuoZo的研究過程，張祖勛稱之為既艱苦(痛苦)而又好玩的研究過程。

　　1979年，張祖勛領(lǐng)導(dǎo)的課題組開始了項(xiàng)目試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，數(shù)據(jù)輸入靠早已淘汰了的穿孔紙帶，逐點(diǎn)人工讀數(shù)、記錄、穿孔，工作繁瑣，速度極慢。到1985年初，歷經(jīng)整整6年，課題組終于編制出“全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)軟件包”，研究成果達(dá)上世紀(jì)80年代國際先進(jìn)水平，引起整個(gè)測繪界震動。然而，張祖勛并沒有就此滿足，果斷提出：“我們的研究成果從嚴(yán)格意義上來說還只是停留在理論階段，必須做出能夠應(yīng)用的實(shí)際產(chǎn)品。”1986年，張祖勛又領(lǐng)導(dǎo)課題組開始研究“全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)中間成果的應(yīng)用”。1992年6月，經(jīng)過擴(kuò)充與完善，一個(gè)具有實(shí)用性的研究成果——全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)軟件誕生了。演示軟件期間，兩位國外教授看中其價(jià)值，為之后與澳大利亞的合作奠定了基礎(chǔ)。1992-1994年，張祖勛團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了這套全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)軟件的商品化。

　　這項(xiàng)由王之卓倡導(dǎo)、由張祖勛歷時(shí)14年主持完成的全數(shù)字化自動測圖科研成果，于1993年獲得國家自然科學(xué)二等獎。

　　VirtuoZo商品化的談判過程

　　1994年，張祖勛決定借助國外資金與技術(shù)，快速實(shí)現(xiàn)科技成果商品化。他與澳大利亞合作，在澳大利亞黃金海岸首次推出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)VirtuoZo的SGI工作站版。

　　張祖勛把當(dāng)時(shí)的談判過程稱為有趣且艱難。談判伊始，澳方要求1992年開始合作后知識產(chǎn)權(quán)屬雙方共同所有，張祖勛稱如果同意澳方的要求，我們就沒有今天的VirtuoZo。他據(jù)理力爭一個(gè)多星期，對方同意在長達(dá)22頁的合同上注明：武漢測繪科技大學(xué)擁有版權(quán)!談判過程中的另一個(gè)問題就是銷售問題。在軟件的銷售范圍上，澳方堅(jiān)持擁有全球獨(dú)家銷售權(quán)，但張祖勛堅(jiān)持，在中國市場上澳方不能獨(dú)家代理。張祖勛說，中國人要從外國進(jìn)口中國開發(fā)的產(chǎn)品，這是他不想看到的，因此保留了該軟件在亞洲地區(qū)(中東除外)的銷售權(quán)。

　　全數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)軟件原名為SoDAMS(數(shù)字化自動測圖系統(tǒng)軟件)，后更為WuDAMS，最后張祖勛接受一位外國朋友的建議，確定為：VirtuoZo，在英文中有“藝術(shù)家”、“虛擬攝影測量”等多種意思。

　　VirtuoZo的推廣和應(yīng)用

　　VirtuoZo在國內(nèi)外的水利、鐵(公)路、城市、電力、世界文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。早在1997年，VirtuoZo就開始應(yīng)用于三峽工程，進(jìn)行三峽壩區(qū)每年一次地形圖的快速更新，制作高清晰大視野的全景影像圖;敦煌研究院將其應(yīng)用于敦煌壁畫的保護(hù);蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)利用VirtuoZo對被毀前的阿富汗巴米揚(yáng)大佛圖像進(jìn)行半自動量測，成功實(shí)現(xiàn)了三維重建;德國、比利時(shí)用于處理CORONA衛(wèi)星影像;英國用于處理ASTER立體衛(wèi)星影像;韓國應(yīng)用于數(shù)碼城市……

　　VirtuoZo也因此在國際上獲得了很高的聲譽(yù)。1996年國際攝影測量與遙感學(xué)會的維也納大會上，美國Leica公司產(chǎn)品總監(jiān)Walker先生、英國GLASGOW大學(xué)Petrie教授所作的特約報(bào)告中稱，“VirtuoZo是一個(gè)羽翼豐滿、具有很多創(chuàng)新特點(diǎn)并正在參與全球競爭的產(chǎn)品。”2000年國際攝影測量與遙感學(xué)會的阿姆斯特丹大會上，瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)大學(xué)稱，他們將國際上主要的三個(gè)攝影測量系統(tǒng)(Match-T、LHS DPW770、VirtuoZo)用于冰川的研究并進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)VirtuoZo完成任務(wù)是最好的，也適用于起伏的地形;計(jì)算時(shí)間是最短的，比其它兩個(gè)系統(tǒng)快一個(gè)數(shù)量級;三個(gè)系統(tǒng)中，在精度、速度、價(jià)格和易使用方面VirtuoZo都是最好的。2001年，在GIM雜志上VirtuoZo(Supersoft)被列為數(shù)字?jǐn)z影測量的第一類產(chǎn)品。2002年，國際攝影測量與遙感學(xué)會原主席、東京大學(xué)教授村井俊治在日本《測量》雜志撰文《中國的IT行業(yè)登陸日本》稱：“最先商品化的軟件是張祖勛教授開發(fā)的利用數(shù)字影像匹配進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z影測量的軟件，名稱叫VirtuoZo，這個(gè)軟件就是一個(gè)數(shù)字?jǐn)z影測量的優(yōu)秀產(chǎn)品。我想我們已經(jīng)到了該向中國學(xué)習(xí)的時(shí)候了。”

　　VirtuoZo的成功意味著攝影測量由“貴族”寶座走向了“平民化”，人人都能用攝影測量，也意味著攝影測量時(shí)代已經(jīng)由模擬(解析)攝影測量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字?jǐn)z影測量，而數(shù)字?jǐn)z影測量時(shí)代的完成也意味著信息與智能化時(shí)代的開始。

　　VirtuoZo的后續(xù)發(fā)展

　　VirtuoZo之后，張祖勛并未就此止步，提出了更加先進(jìn)成熟的數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)——數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格(DPGrid)。DPGrid實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)到網(wǎng)格(grid)的發(fā)展，充分利用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字影像匹配、高性能并行計(jì)算、海量存儲與網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空航天遙感數(shù)據(jù)的自動快速處理和空間信息的快速獲取，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前的數(shù)字?jǐn)z影測量工作站。而DPGrid與esri的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了我國數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)整體水平的進(jìn)步。張祖勛也表示，從VirtuoZo到DPGrid的發(fā)展并不是攝影測量發(fā)展的競爭者，攝影測量真正的競爭者是計(jì)算機(jī)視覺。

　　張祖勛也從人工智能的角度說明了現(xiàn)階段攝影測量較為欠缺的方面：GPU的深度學(xué)習(xí)、GPU的并行處理能力不夠，這大大限制了攝影測量技術(shù)的進(jìn)步。而人工智能的發(fā)展極大地推動信息與智能化攝影測量時(shí)代的發(fā)展，其中人工智能對傳統(tǒng)攝影測量改變最為明顯的是不再存在傳統(tǒng)的攝影測量航線。

　　最后，張祖勛表達(dá)了對年輕人的寄語：“把論文寫在祖國的大地上!愿各位年輕人將信息化智能化攝影測量更上一層樓!”

　　張祖勛作精彩報(bào)告

[page]

　　互動交流

　　GeoScience Cafe公眾號征集問題：請問張?jiān)菏?，在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)VirtuoZo的時(shí)候，想必困難重重，請問張?jiān)菏渴侨绾谓ㄔO(shè)團(tuán)隊(duì)和凝聚團(tuán)隊(duì)的?

　　張祖勛院士：我覺得成功不是一個(gè)人的成功，是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成功。我曾經(jīng)在武測一個(gè)設(shè)備處的工作會議中，我就說過，一個(gè)項(xiàng)目如果想真正地成功，僅僅靠教授、，僅僅靠博士是不行的，還需要高級的實(shí)驗(yàn)員。當(dāng)時(shí)我覺得我們團(tuán)隊(duì)的中一個(gè)實(shí)驗(yàn)員的手非常巧，他也懂電，如果沒有他，我們也可能不會成功。在研究過程中，該投入的要投入，該回報(bào)的要回報(bào)，但是必須記住的一點(diǎn)是必須靠團(tuán)隊(duì)。工程院的院長曾經(jīng)說，什么叫做工程，什么叫團(tuán)隊(duì)，大家圍在一起做一件事，這件事才能成功。所以團(tuán)隊(duì)是非常重要的。

　　觀眾A：請問怎么看地圖制圖綜合問題的研究?以及gisGIS室內(nèi)定位的研究?那個(gè)哪個(gè)更適合做未來以及個(gè)人長期穩(wěn)定的課題研究計(jì)劃?

　　張祖勛院士：這是兩個(gè)完全不同的問題。根據(jù)我的了解，地圖綜合確實(shí)是一個(gè)非常大的難題，包括現(xiàn)在郭仁忠院士團(tuán)隊(duì)也一直在研究這個(gè)問題。而室內(nèi)定位現(xiàn)在也是一個(gè)很重要的問題，目前室外主要是攝影測量、GPS等，定位的研究很多。室內(nèi)定位的研究目前也不少，包括同濟(jì)大學(xué)的一個(gè)做地質(zhì)相關(guān)工作的老師也在研究室內(nèi)定位。地圖綜合和室內(nèi)定位的確是兩個(gè)不同的問題，不好比較。

　　觀眾B：張?jiān)菏磕?請問您是如何看待航空攝影測量未來的發(fā)展的?現(xiàn)在計(jì)算機(jī)視覺已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，在這個(gè)過程中，三維重建這一方面您怎么看?

　　張祖勛院士：航空攝影測量這一方面我可以發(fā)表一下感想，大家很多人問我攝影測量與計(jì)算機(jī)視覺的不同。攝影測量還是攝影測量，因?yàn)閿z影測量含有測量兩個(gè)字。攝影測量和計(jì)算機(jī)視覺最大的差別是含有測量兩個(gè)字，測量是講究精度的，而計(jì)算機(jī)視覺做出來的幾何很多軟件都沒有精度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤的情況，這就是計(jì)算機(jī)視覺。也有人跟我說，計(jì)算機(jī)視覺一開始就是為了解決攝影測量中的一些問題，包括現(xiàn)在同名點(diǎn)的產(chǎn)生問題，以及大規(guī)模范圍的解算問題，計(jì)算機(jī)視覺肯定是走在攝影測量前面的，因?yàn)樗粫罊C(jī)，攝影測量經(jīng)常會在解算大規(guī)模范圍時(shí)出現(xiàn)死機(jī)的情況，但是攝影測量中解算不出來時(shí)還是會有精度評價(jià)。這就是目前我覺得攝影測量與計(jì)算機(jī)視覺最大的差別之一。包括現(xiàn)在相機(jī)標(biāo)定問題，以前有大量關(guān)于計(jì)算機(jī)相機(jī)標(biāo)定的文章，但是現(xiàn)在基本上沒有了。但是目前計(jì)算機(jī)視覺相機(jī)標(biāo)定的精度如何?有沒有未知數(shù)的中誤差?這些都是沒有的。攝影測量中有一個(gè)方程能夠解算精度問題，但是計(jì)算機(jī)視覺中沒有，計(jì)算機(jī)視覺還需要一段時(shí)間才會考慮到精度問題。測量必須講規(guī)范，沒有規(guī)范就不是測量，而計(jì)算機(jī)視覺不需要講究規(guī)范。

　　觀眾C：張?jiān)菏磕?我想問您一個(gè)問題，您剛才強(qiáng)調(diào)了我們攝影測量現(xiàn)在面臨著一個(gè)計(jì)算機(jī)視覺的競爭和壓力，我們現(xiàn)在找工作的過程中也發(fā)現(xiàn)本來和我們攝影測量沒有關(guān)系的一些企業(yè)，比如華為、百度、騰訊這些企業(yè)也有很多攝影測量方面的人才需求，在這種情況下，您對我們這些應(yīng)屆的博士或者碩士畢業(yè)生找工作有什么建議或者看法?

　　張祖勛院士：這是一件大好事，拓寬了你們就業(yè)的渠道。我們團(tuán)隊(duì)的一個(gè)老師也被調(diào)去華為工作，工資不錯(cuò)。有攝影測量的支持，也有市場對人才的需求，計(jì)算機(jī)視覺現(xiàn)在也提供了很多就業(yè)機(jī)會。我曾經(jīng)到北京一個(gè)公司去看過，他們有一個(gè)2013年理工大本科畢業(yè)的學(xué)生做GIS，他花了2年多的時(shí)間把整個(gè)國外的商業(yè)重建的開源代碼全部理解，他能把西藏的某個(gè)地方將近400多張照片全部用自己的軟件跑通，所以本身的專業(yè)基礎(chǔ)還是很重要的。

　　觀眾認(rèn)真聽報(bào)告

　　觀眾提問

　　張祖勛為GeoScience Café贈言

　　張祖勛與Geoscience Café團(tuán)隊(duì)成員合影留念

　　GeoScience Café以“談笑間成就夢想”為口號，采取最自由的交流方式，每期邀請1-4位報(bào)告人，針對自己正在進(jìn)行的研究展開報(bào)告。每周五晚7:30，在測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四樓休閑廳舉行當(dāng)期活動。報(bào)告內(nèi)容不僅涉及一切與測繪有關(guān)的學(xué)科內(nèi)容及學(xué)術(shù)方法，如測繪基礎(chǔ)學(xué)科、地理信息系統(tǒng)、攝影測量與遙感、全球定位系統(tǒng)、激光雷達(dá)技術(shù)、信號處理，還包括地理信息科學(xué)以外的話題，如法律和藝術(shù)等。讓任何感興趣的人——不僅是地理信息相關(guān)專業(yè)的師生，還包括其他專業(yè)的師生，甚至是文科生——都可以聽取報(bào)告，并當(dāng)場向主講嘉賓提問或者會后與其交流。