數(shù)字人，狹義的是信息科學(xué)與生命科學(xué)融合的產(chǎn)物，是利用信息科學(xué)的方法對(duì)人體在不同水平的形態(tài)和功能進(jìn)行虛擬仿真。其研究過(guò)程包括四個(gè)交叉重疊的發(fā)展階段，可視人，物理人，生理人，智能人，最終建立多學(xué)科和多層次的數(shù)字模型并達(dá)到對(duì)人體從微觀到宏觀的精確模擬。廣義的數(shù)字人是指數(shù)字技術(shù)在人體解剖、物理、生理及智能各個(gè)層次，各個(gè)階段的滲透，需要注意的是，數(shù)字人是正在發(fā)展階段的相關(guān)領(lǐng)域的統(tǒng)稱。
研究歷史
數(shù)字人研究發(fā)韌于1989年美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書(shū)館可視人計(jì)劃，1991年NLH與科羅拉多大學(xué)的健康科學(xué)中心簽訂協(xié)議，由科羅拉多大學(xué)進(jìn)行人體斷面圖像的獲取研究。已由科羅拉多大學(xué)博爾德分校于1994-1995年間建立了兩個(gè)數(shù)字化可視人數(shù)據(jù)集。
2001年美國(guó)科學(xué)家聯(lián)盟（FAS）將人類(lèi)基因組計(jì)劃（Human Genome Project,HGP），可視人計(jì)劃（Visible Human Project,VHP），虛擬人計(jì)劃（Virtual Human Project,VHP），人類(lèi)腦計(jì)劃（Human Brain Project,HBP）概括為數(shù)字人計(jì)劃（Digital Human Project,DHP）。
我國(guó)由南方醫(yī)科大學(xué)（現(xiàn)南方醫(yī)科大學(xué)）和第三軍醫(yī)大學(xué)自2002年構(gòu)建中國(guó)人男、女首批數(shù)據(jù)集開(kāi)始，已完成8套能代表中華民族特色的數(shù)據(jù)集。
2001年和2003年兩次香山科學(xué)會(huì)議后，中國(guó)啟動(dòng)了數(shù)字人領(lǐng)域的研究工作，并確定今后中國(guó)數(shù)字人研究的主要重心由“數(shù)字可視人”向“數(shù)字物理人”和“數(shù)字生理人”轉(zhuǎn)移。中國(guó)首個(gè)數(shù)字人知識(shí)產(chǎn)權(quán)存證保護(hù)平臺(tái)2023年6月17日正式上線。
研究前景
研究q“數(shù)字人”將有望能夠替代真人完成許多真人完成不了的任務(wù)，諸如宇宙失重地區(qū)、高寒缺氧地區(qū)和不便長(zhǎng)期居留地區(qū)。以及完成對(duì)真人有損傷性的汽車(chē)撞擊防護(hù)實(shí)驗(yàn)、防核實(shí)驗(yàn)、防生化實(shí)驗(yàn)、防生物武器實(shí)驗(yàn)。
新聞緣起
備受關(guān)注的“中國(guó)虛擬人男一號(hào)”數(shù)據(jù)集日前在廣州南方醫(yī)科大學(xué)構(gòu)建成功。八月七日，中國(guó)“數(shù)字人”研究聯(lián)絡(luò)組組長(zhǎng)鐘世鎮(zhèn)院士透露，“中國(guó)虛擬人男一號(hào)”數(shù)據(jù)量和分辨率均為全世界虛擬人之最。據(jù)介紹，目前國(guó)內(nèi)共有十個(gè)整體數(shù)字人數(shù)據(jù)集，其中四例在南方醫(yī)大，標(biāo)本來(lái)源分別為兩名男性、一名女性和一名嬰兒，其中的育齡女性數(shù)據(jù)集和女?huà)霐?shù)據(jù)集均是世界首套數(shù)據(jù)集。
用途
據(jù)悉，我國(guó)數(shù)字人數(shù)據(jù)集的研發(fā)已率先向應(yīng)用性方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)已有近150個(gè)科研單位合作對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，領(lǐng)域涉及醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、航天、汽車(chē)工業(yè)以及人機(jī)工程等，并拓展至金融、影視、品牌及文旅教育四大應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)字人產(chǎn)業(yè)化也提上了議程。南方醫(yī)大目前正在開(kāi)發(fā)的實(shí)用軟件為“美容評(píng)估與虛擬化手術(shù)設(shè)計(jì)”，預(yù)計(jì)應(yīng)用投產(chǎn)后能使整形美容外科手術(shù)成功率大大提高。
發(fā)展階段
數(shù)字人的發(fā)展有4個(gè)階段："數(shù)字可視人"、"數(shù)字物理人"、"數(shù)字生理人"和"數(shù)字智能人"。數(shù)字人是數(shù)字化外形的虛擬人物，打破物理界限提供擬人服務(wù)與體驗(yàn)是其核心價(jià)值，超寫(xiě)實(shí)、工具化、強(qiáng)交互是發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)框架由人物形象、語(yǔ)音生成、動(dòng)畫(huà)生成、音視頻合成顯示及交互五大模塊構(gòu)成。目前世界數(shù)字人的研究還只是剛邁進(jìn)"物理人"階段，離真正意義上的"數(shù)字人"還有很長(zhǎng)一段路要走。
數(shù)字人之父
鐘世鎮(zhèn)教授，男，中國(guó)工程院院士，1925年9月24日生。1952年畢業(yè)于廣東中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院，現(xiàn)任廣東省和中國(guó)人民解放軍醫(yī)學(xué)生物力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任；南方醫(yī)科大學(xué)臨床解剖學(xué)研究所所長(zhǎng)；中國(guó)解剖學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)，第六屆全國(guó)人大代表；全國(guó)優(yōu)秀教師；全國(guó)高校先進(jìn)科技工作者；全軍優(yōu)秀共產(chǎn)黨員；解放軍總后勤部“科學(xué)技術(shù)一代名師”。
84歲的鐘世鎮(zhèn)院士因其在解剖學(xué)、創(chuàng)傷救治、航天醫(yī)學(xué)、數(shù)字人研究等多個(gè)領(lǐng)域的重要成就，被授予廣東省科學(xué)技術(shù)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。 2003年初，我國(guó)首例女性數(shù)字人數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)構(gòu)建成功，中國(guó)成為繼美國(guó)、韓國(guó)后，世界上第三個(gè)擁有本國(guó)數(shù)字人數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)家，中國(guó)數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)的研究工作便是在鐘世鎮(zhèn)院士的一手倡導(dǎo)下開(kāi)展起來(lái)的。他在我國(guó)數(shù)字人領(lǐng)域的地位毋庸置疑。但他卻一再對(duì)“數(shù)字人之父”的頭銜擺手———“千萬(wàn)不要這么叫我！”在他眼里，數(shù)字人的研究已不再是當(dāng)下的重點(diǎn)，而對(duì)于這一點(diǎn)，他沒(méi)感到失落，卻有欣慰。他說(shuō)如果永遠(yuǎn)最輝煌，就是停滯不前了。
“數(shù)字庫(kù)”
為盡快將數(shù)字人技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際，繼“數(shù)字人”之后，溫州市醫(yī)學(xué)院又啟動(dòng)了“中國(guó)近視人群數(shù)字眼庫(kù)”和“中國(guó)康復(fù)人群數(shù)字足庫(kù)”的建設(shè)，結(jié)合溫州醫(yī)學(xué)院眼視光學(xué)科優(yōu)勢(shì)和溫州地區(qū)制鞋工業(yè)優(yōu)勢(shì)，提升溫州地區(qū)眼視光裝備和鞋業(yè)制造的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
吳立軍介紹，“中國(guó)近視人群數(shù)字眼庫(kù)”主要按照近視人群的眼球形狀的不同，將近視人的眼球以磁共振圖像的方式掃描下來(lái)，然后做成三維模型輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，按照一定的規(guī)律進(jìn)行分類(lèi)，為近視眼的研究提供最基礎(chǔ)的數(shù)字化資料。
“中國(guó)康復(fù)人群數(shù)字足庫(kù)”主要采集的是非常規(guī)足樣，通過(guò)CT把這些人的足部圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、足的防護(hù)和康復(fù)治療及鞋樣的制造提供最基礎(chǔ)的數(shù)字化資料。
數(shù)字醫(yī)院
作為數(shù)字人研究新的發(fā)展階段，數(shù)字醫(yī)學(xué)將在數(shù)字化條件下以醫(yī)院和病人為主體，一方面解決現(xiàn)代醫(yī)院如何完善自身管理與醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，建立具備新型醫(yī)院信息系統(tǒng)的數(shù)字化醫(yī)院；另一方面，逐步建立數(shù)字人體和數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)平臺(tái)，研究人類(lèi)自身疾病、培訓(xùn)教育醫(yī)學(xué)人才、開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助的醫(yī)學(xué)診斷與治療，并建立適應(yīng)小康中國(guó)的數(shù)字醫(yī)學(xué)診治體系。
溫州醫(yī)學(xué)院是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展數(shù)字化醫(yī)學(xué)研究的大學(xué)之一。2007年該校成立了專門(mén)科研機(jī)構(gòu)：數(shù)字化醫(yī)學(xué)研究所，撥款數(shù)百萬(wàn)元進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)建設(shè)，設(shè)立了“第二代中國(guó)虛擬人”重大科研專項(xiàng)。
相關(guān)報(bào)道
8月7日，中國(guó)“數(shù)字人”研究聯(lián)絡(luò)組組長(zhǎng)鐘世鎮(zhèn)院士在南方醫(yī)科大學(xué)舉行的現(xiàn)代臨床解剖學(xué)進(jìn)展研討會(huì)上透露，“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)(原第一軍醫(yī)大學(xué))構(gòu)建完成，并成為目前世界上數(shù)據(jù)量最大、分辨率最高的“虛擬人”。
雖然我國(guó)目前的“數(shù)字人”家族“人丁興旺”，這一領(lǐng)域的研究也開(kāi)展得如火如荼，但對(duì)于普通百姓，“數(shù)字人”這個(gè)概念還好似霧里看花，在“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”橫空出世之際，我國(guó)這一領(lǐng)域的權(quán)威專家鐘世鎮(zhèn)院士對(duì)“數(shù)字人”的種種疑問(wèn)進(jìn)行了一一解答。
所謂“數(shù)字人”，實(shí)際上是在電腦里合成的三維人體詳細(xì)結(jié)構(gòu)。數(shù)字人是怎么誕生的呢？據(jù)介紹，南方醫(yī)科大學(xué)的科研人員在多具自愿捐獻(xiàn)的尸體中，挑出了健康的尸體作為切片標(biāo)本，根據(jù)得到標(biāo)本的先后順序命名為“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”、“中國(guó)數(shù)字人男2號(hào)”等。有了尸體標(biāo)本后，科學(xué)家所做的工作就是用精密切削刀將尸體橫向切削成薄片，每切下一片，就用高效數(shù)碼相機(jī)和掃描儀拍照，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，輸入電腦，最后由電腦合成三維的立體人類(lèi)生理結(jié)構(gòu)。2003年初，被稱為“中國(guó)數(shù)字人女1號(hào)”的我國(guó)首例女性數(shù)字人數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學(xué)構(gòu)建成功，標(biāo)志著繼美國(guó)、韓國(guó)后，中國(guó)成為世界上第三個(gè)擁有本國(guó)數(shù)字人數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)家。
“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”尸體標(biāo)本為一名28歲的漢族健康男性，祖籍湖南省，身高1.66米，體重58公斤，沒(méi)有任何傳染病和代謝疾病。該男子2002年4月死亡，自愿捐獻(xiàn)尸體做科學(xué)研究。因?yàn)闃?biāo)本質(zhì)量最好，課題組沒(méi)有貿(mào)然動(dòng)刀，今年在技術(shù)相對(duì)成熟后才開(kāi)始切削工作。
“數(shù)字人”并非切得越薄越好，片層精度的厚或薄是取決于實(shí)際應(yīng)用的要求
剛完成數(shù)據(jù)集的“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”切削時(shí)間為27天。該數(shù)據(jù)集采用的切片斷面為0.2毫米，共切削為9215片，高效數(shù)碼相機(jī)像素達(dá)2200 萬(wàn)，圖像分辨率為4040×5880，是目前世界上0.2毫米虛擬人切削中分辨率最高的數(shù)據(jù)集。此外，按60兆一幀釋放，該數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)量超過(guò)540千兆，為世界之最。
“中國(guó)數(shù)字人男1號(hào)”0.2毫米的切削間距，與世界目前公布的各種數(shù)據(jù)相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)。但是否就說(shuō)明我們所掌握的數(shù)字人技術(shù)就是世界第一？對(duì)此，鐘世鎮(zhèn)院士認(rèn)為，“數(shù)字人”并非切得越薄越好，片層精度的厚或薄是取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。
“切片建模是數(shù)字人研究的基礎(chǔ)，但不是數(shù)字人研究計(jì)劃的全部?！辩娛梨?zhèn)解釋，“看上去我們的切片距要比美國(guó)、韓國(guó)的小，但實(shí)際上目前的切片技術(shù)已可達(dá)到納米級(jí)，要切到多細(xì)都可以，關(guān)鍵是我們有沒(méi)有必要對(duì)標(biāo)本進(jìn)行這樣的切割?！?/p>
他說(shuō)，切削精度應(yīng)是按需切削，切削和數(shù)據(jù)集的建立應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系在一起，充分考慮其實(shí)際作用。例如，局部器官數(shù)據(jù)集，如骨頭、臟器等提供給應(yīng)用單位，該“數(shù)字人”的切削精度為0.2毫米就足夠了，沒(méi)有必要追求更??；但如果應(yīng)用單位做的是內(nèi)耳膜手術(shù)，則要求更為精細(xì)的切削片面距。
“另一方面，目前我們以0.2毫米的切片距進(jìn)行切削，數(shù)據(jù)量已達(dá)540多千兆，對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)很大，如果再細(xì)一點(diǎn)，數(shù)據(jù)量就會(huì)更大，很多研究單位的電腦都運(yùn)轉(zhuǎn)不了這么龐大的數(shù)據(jù)集。這些都是我們作為研究者所必須考慮到的?！辩娛梨?zhèn)說(shuō)。
人體切片數(shù)據(jù)集的構(gòu)建要特別重視質(zhì)量而非數(shù)量，要為應(yīng)用單位提供優(yōu)質(zhì)框架
目前，國(guó)內(nèi)共有10個(gè)整體數(shù)字人數(shù)據(jù)集，其中4例在南方醫(yī)大，標(biāo)本來(lái)源分別為兩名男性、1名女性和1名嬰兒，育齡女性數(shù)據(jù)集和女?huà)霐?shù)據(jù)集均是世界首套數(shù)據(jù)集。這10個(gè)數(shù)字人數(shù)據(jù)集分別具有年齡、地區(qū)、性別特征。由于每個(gè)整體數(shù)字人的標(biāo)本采集、數(shù)據(jù)建庫(kù)投入都很大，“究竟有沒(méi)有必要再建整體數(shù)字人數(shù)據(jù)集，這會(huì)不會(huì)只是一項(xiàng)重復(fù)勞動(dòng)”是許多人心中的疑問(wèn)。
鐘世鎮(zhèn)分析，數(shù)字人數(shù)據(jù)集有民族性、地區(qū)性，目前我國(guó)構(gòu)建成功的整體數(shù)字中國(guó)人數(shù)據(jù)集可基本滿足中國(guó)、日本、韓國(guó)等人種近似的國(guó)家對(duì)數(shù)字人數(shù)據(jù)集的需求。但整體數(shù)字人的數(shù)據(jù)集究竟是否足夠，還是要從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)。他說(shuō)，“人體切片數(shù)據(jù)集的構(gòu)建要特別重視質(zhì)量而非數(shù)量，要為應(yīng)用單位提供優(yōu)質(zhì)框架。但隨著社會(huì)分工的細(xì)化，大部分應(yīng)用單位都對(duì)局部更為專注，我們作為數(shù)據(jù)提供者就要有所針對(duì)地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。”
因此，鐘世鎮(zhèn)認(rèn)為，今后不僅要有不同特色整個(gè)人體的數(shù)據(jù)集，更需要有針對(duì)性，可供各種醫(yī)學(xué)?？崎_(kāi)發(fā)應(yīng)用的局部數(shù)據(jù)集；不僅要有大體解剖學(xué)的數(shù)據(jù)集，還要與時(shí)俱進(jìn)構(gòu)建組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)的數(shù)據(jù)集。據(jù)悉，南方醫(yī)大目前已完成了13個(gè)數(shù)字人局部數(shù)據(jù)集，作為今后數(shù)字人研究的主要發(fā)展方向。
我們的人體血管鑄型技術(shù)比較好，把它與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，可能在數(shù)字人的研究上取得較大優(yōu)勢(shì)
2000年，美國(guó)科學(xué)家就已經(jīng)建立了全身皮膚、肌肉、骨骼和心臟等部分器官的三維模型；韓國(guó)也早于我國(guó)完成第一例具有東方人種特征的人體數(shù)據(jù)采集。我國(guó)“數(shù)字人”的優(yōu)勢(shì)又在哪里？
對(duì)此，鐘世鎮(zhèn)實(shí)事求是地告訴記者，數(shù)字人研究技術(shù)往往大致相同，不同標(biāo)本之間的數(shù)據(jù)集往往各有特色，比如這個(gè)切片距更小一些，那個(gè)分辨率精度更高一些，根據(jù)不同的應(yīng)用各有千秋。很難說(shuō)誰(shuí)的水平更高、誰(shuí)的數(shù)據(jù)集更好。
“但曾在一段時(shí)期內(nèi)，美國(guó)、韓國(guó)的數(shù)據(jù)集分不清動(dòng)脈和靜脈血管，而我們第一例女性數(shù)字人就把血管鑄型技術(shù)應(yīng)用進(jìn)去，使中國(guó)的數(shù)字人顯得‘有血有肉’?！辩娛梨?zhèn)說(shuō)，“我們的人體血管鑄型技術(shù)比較好，把它與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，可能在數(shù)字人的研究上取得較大優(yōu)勢(shì)?！?/p>
至于把血管分隔出來(lái)的意義，鐘世鎮(zhèn)說(shuō)，如果在數(shù)字人身上做模擬手術(shù)，醫(yī)生就可以清楚地分出動(dòng)、靜脈血管，知道哪根大血管不能破壞，對(duì)手術(shù)具有重要指導(dǎo)意義。
許多老百姓并不明白在學(xué)界與業(yè)界“炒”得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“數(shù)字人”究竟對(duì)人類(lèi)生存與發(fā)展有什么幫助，不清楚“數(shù)字人”究竟離我們有多遠(yuǎn)。
“不是有很多美容官司嗎？有了‘?dāng)?shù)字人’在計(jì)算機(jī)上虛擬成像，產(chǎn)生預(yù)期效果，人們?cè)谶M(jìn)行美容手術(shù)時(shí)就會(huì)有信心得多，官司也會(huì)減少?！辩娛梨?zhèn)解釋， “數(shù)字人的生物數(shù)據(jù)和人類(lèi)一模一樣，這樣一來(lái)，數(shù)字人在醫(yī)學(xué)、航天、航空、影視制作乃至軍事等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值?！彼e例說(shuō)，比如人類(lèi)在進(jìn)行汽車(chē)制造時(shí)，可先在數(shù)字人身上進(jìn)行汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)，將各種影響數(shù)據(jù)輸入電腦，得出怎樣的汽車(chē)能對(duì)人體有最大保護(hù)才下線投產(chǎn)。相信有了數(shù)字人技術(shù)，汽車(chē)制造能從目前出廠前的真實(shí)碰撞80架次，減低到3架次。
據(jù)介紹，數(shù)字人的發(fā)展有4個(gè)階段：“數(shù)字可視人”、“數(shù)字物理人”、“數(shù)字生理人”和“數(shù)字智能人”。目前世界數(shù)字人的研究還只是剛邁進(jìn)“數(shù)字物理人”階段，離真正意義上的“數(shù)字人”還有很長(zhǎng)一段路要走。
參考資料 >
動(dòng)作捕捉_空間定位_虛擬仿真-上海青瞳視覺(jué)科技有限公司.上海青瞳視覺(jué)科技有限公司.2021-12-29