大数据思维方式的5个特点：王洪凯在大数据世界中构建数字人生命底色

大数据思维方式的5个特点：王洪凯在大数据世界中构建数字人生命底色▲王洪凯从19年前进入生物医学工程领域开始，王洪凯科研的航船就逐渐驶向数字化图谱构建研究。如今已是大连理工大学教授的他，终于迎来了科研的盛果期，站在领先于绝大部分人的领域前沿，他带领记者窥探了数字人的未来图景。如今，短短3年时间，当年引发全网好奇心的数字人已经频繁出现在人们的生活场景中：从清华大学首个AI虚拟学生华智冰，到各大媒体当家“数字主播”，数字人技术正在以非凡的速度进化，并逐渐走入真实的世界。在元宇宙概念火爆的当下，各国企业对于数字人技术的研发也展开了竞逐。然而尽管数字人的热度异常之高，其应用价值仍然被严重低估了。除了在金融、娱乐等领域的作用，与生物工程技术高度结合的数字人，可以在诸如医学诊疗、仿真科学、工程试验等更广阔的领域服务于人类。在这条并不寻常的赛道上，每一个新的发现都充满着对未来的无穷想象力。

“Hi，‘数字人’，欢迎你来参加我们的大会，你可以先介绍一下你自己吗？”

2019年，在百度AI开发者大会现场，百度创始人李彦宏以一句热情的招呼为现场7000多名参会者介绍了一位新朋友——金融“数字人”。这个由百度智能云和浦发银行共同打造的国内首个银行“虚拟员工”很快引起热议。

什么是“数字人”？

在互联网上，类似的搜素短时间内出现暴涨。在百度AI开发者大会上，这个名为“小浦”的数字人几乎复刻了一个真实的人——逼真的表情、动作形态，自然流畅的语调、语气、说话风格，通过多感官实时关注和识别用户的情绪、表情、语气，根据对话内容及时做出反应，通过深度学习技术其还能具备各行业专业知识……

如今，短短3年时间，当年引发全网好奇心的数字人已经频繁出现在人们的生活场景中：从清华大学首个AI虚拟学生华智冰，到各大媒体当家“数字主播”，数字人技术正在以非凡的速度进化，并逐渐走入真实的世界。在元宇宙概念火爆的当下，各国企业对于数字人技术的研发也展开了竞逐。

然而尽管数字人的热度异常之高，其应用价值仍然被严重低估了。

除了在金融、娱乐等领域的作用，与生物工程技术高度结合的数字人，可以在诸如医学诊疗、仿真科学、工程试验等更广阔的领域服务于人类。在这条并不寻常的赛道上，每一个新的发现都充满着对未来的无穷想象力。

从19年前进入生物医学工程领域开始，王洪凯科研的航船就逐渐驶向数字化图谱构建研究。如今已是大连理工大学教授的他，终于迎来了科研的盛果期，站在领先于绝大部分人的领域前沿，他带领记者窥探了数字人的未来图景。

▲王洪凯

一个扎进心里的问题

2003年，从北京航空航天大学电子工程专业毕业的王洪凯，考研进入清华大学。由于导师从事的是生物医学工程领域的研究，他也因此进入了这一领域，懵懵懂懂开始了用计算机技术解决健康问题的研究。

“收获还是很大的，”10年后回忆起那次偶然的转行，王洪凯感慨良多，“接触了这个行业之后就发现它的意义重大，自己的研究能够减轻别人的痛苦，我想这就是生物医学工程最大的魅力所在。”

博士阶段，王洪凯跟着导师开始从事医学图像处理研究。说来也巧——他自幼就喜欢画画，曾经梦想当一名艺术家，然而终究没有走上艺术之路，如今在图像处理领域，他竟觉得跟儿时的梦想产生了某种奇特的联系。“热爱”这个专业，成了他从事科学研究最根本的心理动机。也正是在博士时期，王洪凯开启了人体建模的相关研究。而他真正坚定了在这一领域走下去的决心则始于博士毕业论文答辩会。

在答辩会上，王洪凯介绍了自己关于人体建模方面的工作，一切都顺利地进行着，直到在场的一位评委老师向他提出了一个问题：“人体建模在国内也搞了一些年头了，但是它始终存在一个比较大的问题，就是建模的数字人只是一个标准的模板，它怎样才能个性化地代表每一个不同的人呢？只有个性化才能真正在医疗应用中产生价值。”

一个掷地有声的发问！

这个问题久久地叩问着王洪凯，直到今天。“确实如此，因为只有在计算机里模拟出某个病人本身，才能够对他的诊断治疗起到实质性的帮助。”但很显然，博士阶段的研究根本达不到这样的要求，甚至就算放眼全球，当时整个科研领域在这方面的进展也是十分有限的。但这样的遗憾却在王洪凯心中留下了一颗种子、一个任务——解决这个问题，成为王洪凯接下来科研路上的主要命题。

带着这个问题，王洪凯来到了美国，在数字鼠的研究中得到了启迪。这是一项个性化研究，王洪凯需要从小鼠身上采集少量信息，以此重建小鼠身体内部的完整结构，其建模要匹配每一个小鼠。

说起来简单，但其实要实现个性化，需要从大量数据中学习每一个个体的特点，同时找到种群的个性化变化规律，再把这种规律置于模型中，如此去真实模拟不同的个体。

“以我研究的小鼠为例，只需要给小鼠拍一张X光片，就能模拟出它全身所有的立体结构。这其中的关键就是大数据图谱的建模技术。我当时将这个小鼠模型称为可变形小鼠头骨，它可以根据解剖样本，模拟不同个体的形态差异。而这些技术在人体上同样适用。”

这项研究不但让王洪凯发表了反响不错的文章，成果专利更是被美国企业购买，得到迅速转化。然而对于王洪凯来说，发文章或者卖专利，都不是这项研究的目的，他更愿意将之看作是对个性化数字人研究的思维锻炼与科研铺垫。也正是在这项研究中的收获，使得他迫不及待地回到国内，真正开始了对个性化数字人之问的回答。

一张图谱的无限可能

回到国内的王洪凯比在国外时忙碌了不止一倍。他的首要工作就是收集大数据。而获得数据需要通过和全国范围内的医院进行合作。于是，去全国各地出差、和医生建立联系，成为王洪凯回国最初几年的工作重点。

这些工作显然挤占了他的大量工作和生活时间，他个人除了要面临无文章发表的压力外，还要承担起授课与行政上的繁重工作；生活上，那时孩子正小，王洪凯无暇顾及，只好把照顾家庭的重担交给了家人。

“确实过了几年苦日子，如果抱着急功近利的心态，恐怕这个事情就做不来了，因为必须先积累几年。”王洪凯口中的“事情”正是日夜叩问着他的个性化数字人图谱。如今，它已经有了更具体的名称——国家自然科学基金青年基金项目“构建基于多训练样本的可变形中国人数字解剖图谱”。

在此之前，我国已基于尸体冷冻切片构建了高精度中国数字人图谱，但是尸体影像只包含少量样本，不能反映中国人群统计特征，也缺少活体样本的功能信息。王洪凯研究的目的是基于大量活体中国人医学影像数据构建数字中国人图谱。

在项目研究中，王洪凯领衔的课题组从全国合作医院收集和筛选了1000例以上健康中国成年人全身CT影像，研发人工智能算法从影像中分割提取全身器官三维模型并学习不同个体间的器官形态差异，最终构建了一款包含上百个测量学参数的可变形数字人图谱，可实现体形、容貌、内部器官形态的精细化参数调整，达到个性化人体建模的目的。

进一步地，此研究从大量影像中提取骨密度（来自CT影像）、心脏跳动方式（来自动态心脏CT）、脑组织及主要脏器的糖代谢（来自PET影像）等功能学特征，统计不同年龄、性别人群的功能特征分布，并将功能特征融入解剖模型，实现形态与功能的结合。

▲数字中国人平均模型

“对我们来说，我们其实把数字人作为一个人体的大数据信息载体，它是一个统计意义上的数字人，由很多大数据汇聚而成。它不仅可以变形，自身也是一个数据库，涵盖了成千上万医学影像里的信息。除了形态学上的统计，它还实现了生理学上的统计，因为医学影像会反映出人体内的生理参数。我们收集这些影像，就使得这个数字人不仅是一个形态学上的模型，它还包含了这些生理参数，如果成千上万人的数据被统计起来，那么它所具备的价值就十分巨大了。”

王洪凯所描述的巨大价值在现实应用中已经有了具体的投射。研究所构建的图谱已应用于个性化人体建模、医学影像诊断、手术计划、人因工程、产品设计、电磁学及热力学仿真、医患沟通、解剖教学、运动员训练、行业标准制定等诸多领域，与国内多家企业、医院和科研单位共同合作，累计实现科技成果转化与合作项目150万元。

“有些需求甚至是我们想象不到的。”王洪凯介绍，这项研究除了可以建立数字病人，实现对病人自身形态的个性化模拟，还可以实现对疾病病灶、代谢等的力学模拟；此外一些载人设备所需的人体受力情况，比如设备撞击时人体受到的冲击、设备快速运行时人体受到的过载等，都需要非常精准、体态与体形可调的数字人，而且除外表形态外还需要内部解剖结构的数据；还有电磁辐射的人体辐射剂量分布研究，运动损伤、科学训练指导，等等。只要建立更加精准、更加符合中国人群特点的图谱，就会源源不断产生各方面的应用需求，也因此，近年来王洪凯课题组在成果转化方面的合作越来越多。

为了实现更加精准的图谱，王洪凯课题组的一大主要工作就是对大数据进行信息挖掘，其工作量之大超出了语言可描述的范畴。为此，他们发布了自主研发的开源软件。随后的难点是如何让模型建模更精准、快速地模拟个性化人体，“比如我们能不能只用手机给这个人拍一张照片，就能让数字人变成他的样子？这也是我们现在正在做的事情”。

除此之外，王洪凯想要实现的另一个目标是通过不同层次的数据采集，进行病人信息的重建。“比如给一个病人拍摄体表的三维扫描，就可以得到一个和他很像的模型。如果再进一步给病人拍一张X光片，那么他内部的一些脏器和骨骼的信息就出来了，这样就可以对他的内部脏器进行更加真实的模拟；如果再给他拍CT、核磁等，我们就能够更加真实地反映他内部的信息。”

对于目前取得的创新成果，王洪凯并未满足，他深知在这项研究中继续深耕下去的意义——如今不过是初探宝山，更大的惊喜还在未知处等待着他去发现。

是压力，也是希望

现如今忙碌于科研与产业转化之间，为了梦想奔波的生活，让王洪凯觉得虽辛苦却快乐。而在此之外，他还有一项重要的工作——教书育人。

刚回国时，王洪凯的工作岗位其实更偏科研型。那时，做好科研就是他最大的目标和动力，也是他当时认为个人价值的重要体现。而在经年累月为学生授课、带研究生的过程中，他的思想开始慢慢转变，他越来越觉得，一个科研人，产出对社会有贡献的科研成果只能算是价值体现的一方面，而能够影响或培育出更多对社会有用的年轻人，甚至比个人产出科研成果更加重要。“这种培养一方面要传授他们知识和科研方法，另一方面就是要教会他们面对科研甚至人生的正确态度。”

王洪凯提起了一件对他影响很深的小事。

为了保证持续进行高强度的科研工作，王洪凯这些年来一直有健身的习惯。如果一天的工作实在太忙，没时间健身，他就会选择用爬楼来替代。一天，他刚刚从1楼爬到12楼，正有些气喘，迎面碰见了两个上过他课的本科生，简单打了下招呼后，王洪凯就转身进了办公室。没想到当这两名学生毕业时，专门找到王洪凯说起这件事，表示这件事对他们触动很大，触动他们的正是王洪凯积极奋进的心态和高度自律的状态。

“我自己根本不记得这件事，这样一件小事竟然能成为照亮学生的一点光亮，这让我也深受触动。现在很多年轻人有‘空心病’、迷茫，不知道自己要干什么，我想对学生进行心灵上的培育可能更重要。”而这件小事也立刻让王洪凯反思起自己来，“我突然想到，自己之前有没有什么没有注意到的、做得不好的地方，实际上是不是也给学生带来了不好的影响？”此后，王洪凯越发注意自己的言行，师者的责任被他重重地刻在了心上。

一肩扛起科研，一肩挑起教学，在外人看来的压力，在王洪凯心里却总是能换算成未来的希望。“把目前的科研做得更精深一些，为学生带来更好的人生起步”，王洪凯不喜欢向后看，也不喜欢被任务压着走，他有太多的想法要去实现，这份忙碌与各种不可预期的奇遇，是独属于赶路人的快乐。