这里所说的鱼是人工智能鱼,是由电脑绘图与编程而生成的鱼。但它与电脑屏保上的鱼不一样,人工智能鱼具有鱼儿逼真的形态、行为和习性。设计这样一条鱼,涉及到学科知识交叉融合应用,代表多媒体技术、人工智能、自组织系统和模拟生态系统等研究的新潮流,这一创意和设计源于海洋学院周应祺教授。
早在今年4月,周应祺教授就提出举办人工智能鱼设计比赛的建议。他认为通过开展这项赛事活动不仅能够提高学生创新实践能力,而且将促进数字鱼类形态分类学的发展,促进鱼类行为学、渔业资源和渔场学的研究,促进计算机学科中“鱼群”分支学科的发展及多媒体技术的实际应用。
根据周应祺教授提出的比赛方案,由教务处和校团委牵头,生命、海洋、工程和信息学院等老师参加,组成了首届人工智能鱼设计比赛组委会。在学生报名比赛前,组委会先安排了比赛宣讲会,由周应祺教授为学生介绍了人工智能鱼设计比赛的目的和设计思路。他介绍的内容生动有趣、丰富多彩,极大地激发了同学们的兴趣和热情。随后,由近200名学生报名参加比赛,共组成了36个参赛团队。报名参赛学生中不仅有本科生,而且还有高职生和研究生参加。由于人工智能鱼设计不仅需要具备鱼类形态学知识,而且还需要有鱼类行为学、计算机程序设计等方面专业知识。故每一个参赛团队的成员必须是跨学院、跨学科和跨专业组成,这样可以发挥每一个学生的专业特长,相互合作共同完成作品,这也是培养和训练学生团队协作精神。
周应祺教授为学生介绍人工智能鱼设计比赛
所有参赛队被分成基础组和专业组两个级别,基础组作品是模拟鱼的摆动和游泳,对鱼体的形状和表皮等进行象征性模拟,附加水草和假山石等,构成虚拟水族箱,以规定的剧本进行演示。专业组作品则是按照鱼体和鱼鳍摆动时的水动力学原理,通过数学模型的计算获得鱼体运动的多维时空模型。没有事先设定的剧本,鱼类个体将随机地按自然规律在虚拟空间中运动。鱼体表皮的结构、色彩和光线反射将与鱼体姿态和所处空间位置不同而变化。通过对鱼体结构软件的参数调整,可以获得各种主要鱼类的形状。
报名组队结束后,比赛组委会组织了相关专业老师为参赛团队开设了四次专题培训讲座。由信息学院孔祥洪老师讲解MAYA三维建模和动画制作,由信息学院袁红春老师讲解人工智能鱼典型模型与算法,由水产与生命学院鲍宝龙老师讲解鱼类形态学,由海洋学院周应祺和钱卫国两位老师讲解鱼类行为学。经过专业知识学习培训后,使参赛学生对人工智能鱼设计制作有了较完整的知识体系,为后面设计制作打下了良好的理论基础。组委会收集了人工智能鱼培训讲课内容和相关资料,建立专题网站供参赛学生下载学习。培训结束后,组委会又组织了参赛团队做开题报告,评委老师对各团队的设计思路和制作方法提出了许多改进建议。
从今年5月起,各参赛团队正式开始投入到人工智能鱼的设计制作中。参赛学生查阅了大量的文献资料,阅读了有关人工智能鱼方面的专业书籍,学习并逐步掌握各种制作软件,如Maya、3ds Max、Matlab等,对人工智能鱼设计从陌生、熟悉到开始创作。为了做好这样一条不简单的鱼,参赛学生放弃了许多节假日的休息,不畏艰难,边学习边制作,在指导教师的精心指点下,作品不断成熟和完善。
本学期开学后,组委会组织了比赛的中期检查,即对前期制作成果、完成情况和存在问题做了详细检查。评委老师对学生作品提出了很多建设性的意见,帮助他们在后期制作过程中进一步改进和完善作品。
学生在决赛现场展示作品
为迎接百年校庆,11月6日学校举行了人工智能鱼设计作品决赛,各参赛团队展示了这半年来精心制作的作品。经过专家评审,共评出12件获奖作品,其中基础组7件、专业组5件。基础组的获奖作品生动形象、美轮美奂,如一等奖作品李洋学生团队的“水族箱中自由游动的鱼”,把鱼儿演示的惟妙惟肖,水族造景也与真实水景十分相似。专业组一等奖顾怡婷学生团队的“基于多agent的人工鱼行为模拟”作品,对鱼群游动、捕食行为模拟做到了智能化,鱼群中的鱼类数量、游动路径可以随计算机的设定而变化,鱼群还会对随机出现的食物作出智能判断,会根据鱼类行为特点进行捕食,作品具有很高的专业水准。
11月15日,学校组织首届人工智能鱼设计比赛颁奖、表彰和交流会,由周应祺教授为12个获奖团队的学生代表进行颁奖,由程裕东副校长为12位优秀指导教师和2位优秀管理老师进行颁奖。现场气氛热烈,周应祺和袁红春两位教授分别对获奖作品进行了专业点评,师生们进行了深入交流和讨论。半年设计制作的时间并不长,但师生们的收获和体会非常深刻。在会上,程校长高度评价了这届人工智能鱼设计比赛,他认为这次比赛不仅使学生学的能力得到了锻炼,而且指导教师的专业知识有了用武之地,教的能力也得到了提高。人工智能鱼设计比赛的教学改革意义在于这是基于项目学习PBL(Project Based—Learning)的典型案例,他希望今后应将人工智能鱼设计比赛打造成学校特色的教学品牌,通过这类比赛的形式广泛发动师生参与,促进学校的学科发展和教学质量提高。
程裕东副校长为获奖教师颁奖
首届人工智能鱼设计比赛已落下帷幕,第二届的比赛已在酝酿之中。后续的比赛将在这次比赛的基础上对作品进行深度研究和制作,将把比赛重点放在鱼类群体行为可视化模拟仿真方面,以可视化技术直观地展示鱼群生态系统的变化,所开发的成果将成为研究鱼群行为和生态系统的重要工具。通过人工智能鱼设计比赛,不仅让学生的创新实践能力得到提高,而且也在培育着新的师资队伍、新课程、新专业和新学科。同时,也为建立大型三维虚拟水族馆、机器鱼制作比赛等打下基础。
(撰稿:张帆、康吟)