上世紀(jì)70年代，她是西北大學(xué)首批計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科畢業(yè)生；上世紀(jì)80年代，她率先開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程；上世紀(jì)90年代，她將信息技術(shù)與顱面復(fù)原相結(jié)合，建立了世界最大的顱面數(shù)據(jù)庫(kù)；進(jìn)入新世紀(jì)，她投身文化遺產(chǎn)數(shù)字化的保護(hù)與應(yīng)用研究，引領(lǐng)文物掃描和修復(fù)的技術(shù)革命……
如今，69歲的耿國(guó)華依舊帶著她那“拼命三郎”的作風(fēng)，活躍在科研教學(xué)一線。“下一步，我和團(tuán)隊(duì)老師們要繼續(xù)研發(fā)推進(jìn)文遺數(shù)字化保護(hù)的建模、管理、修復(fù)、復(fù)原、智媒五大創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，并用這些成果‘反哺’教學(xué)，為國(guó)家培養(yǎng)一批計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)合型高質(zhì)量人才。”西北大學(xué)教授耿國(guó)華說(shuō)。
站在教學(xué)一線，“戰(zhàn)”在科技前沿，是她始終保持好狀態(tài)的“獨(dú)家秘訣”。
結(jié)緣計(jì)算機(jī)學(xué)科
1959年，4歲的耿國(guó)華隨父母“支援大西北”，從北京來(lái)到陜西。1975年，耿國(guó)華考入西北大學(xué)數(shù)學(xué)系，她成為數(shù)學(xué)系第一批計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生。伴隨著“向科學(xué)進(jìn)軍”的號(hào)召，耿國(guó)華留校任教。
“我的大學(xué)階段入學(xué)時(shí)是數(shù)字控制專業(yè)，畢業(yè)是計(jì)算機(jī)專業(yè)。其實(shí)我的底子差，是數(shù)學(xué)系那些勇于創(chuàng)新的前輩老師們給我們打下了惠用一生的數(shù)學(xué)功底和計(jì)算機(jī)理論方法基礎(chǔ)。還記得1977年冬天，我們第一次為CK720機(jī)做成了編譯系統(tǒng)詞語(yǔ)法分析器。那是我第一次成功完成計(jì)算機(jī)底層開發(fā)，也是我作為‘程序員’的底氣，那會(huì)兒雖然滿手凍瘡，但是我們滿是熱情。”回憶上大學(xué)時(shí)的場(chǎng)景，耿國(guó)華滿是感慨，“是西北大學(xué)培養(yǎng)了我、成就了我。”
二十多歲當(dāng)上大學(xué)老師，耿國(guó)華一邊學(xué)習(xí)，一邊授課。1982年，耿國(guó)華受西北大學(xué)公派，到清華大學(xué)跟隨唐澤圣、嚴(yán)蔚敏等教授研學(xué)，一年后，她便在西大主講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，西大也成為了國(guó)內(nèi)早期開設(shè)該課程的學(xué)校之一。堅(jiān)守四十年，她主持的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程繼2006年獲得國(guó)家精品課程之后，獲得四個(gè)首批國(guó)字號(hào)課程，先后于2012年獲國(guó)家首批精品資源共享課、2017年獲國(guó)家首批優(yōu)質(zhì)在線開放課、2020年獲國(guó)家首批混合式一流課，2022年主持教育部首批虛擬教研室。
“我的教師生涯趕上了改革開放尊師重教的好年華，見證了國(guó)家教育事業(yè)的巨大變化。這很幸運(yùn)。”耿國(guó)華說(shuō)。
數(shù)據(jù)處理研究、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析是耿國(guó)華的專長(zhǎng)。1991年，耿國(guó)華提出了對(duì)二叉排序經(jīng)典方法的改進(jìn)方案，在西北大學(xué)學(xué)報(bào)發(fā)表了她的第一篇學(xué)術(shù)論文《三叉堆與三叉堆排序算法》，給出了三叉堆排序算法的創(chuàng)新分析。
計(jì)算機(jī)屬工科類，耿國(guó)華認(rèn)為，理論研究與技術(shù)研發(fā)同樣重要。
上世紀(jì)80年代末，在卞雷老師的帶領(lǐng)下，耿國(guó)華基于微機(jī)FAXbase，率先開發(fā)了國(guó)內(nèi)中小型城市機(jī)動(dòng)車駕駛員檔案管理系統(tǒng)，在交通信息管理上開拓創(chuàng)新，并作為第二完成人榮獲1995年省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
隨后，耿國(guó)華沉淀凝練、著眼應(yīng)用，帶領(lǐng)著西北大學(xué)信息技術(shù)研究走向智能信息處理方向。
攻克“冷門”：建立國(guó)人顱面數(shù)據(jù)庫(kù)
上世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)圖形界面技術(shù)初步發(fā)展。耿國(guó)華敏銳地將信息技術(shù)與顱面復(fù)原相結(jié)合，率先進(jìn)入這一“冷門”。1995年，耿國(guó)華和丈夫周明全教授與公安部合作，承擔(dān)了國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目，基于CT獲取現(xiàn)代人顱面軟組織數(shù)據(jù)，探索用計(jì)算機(jī)輔助顱骨面貌復(fù)原的技術(shù)。
耿國(guó)華教授（左一）帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員作修復(fù)破損文物數(shù)據(jù)采集。圖片均由西北大學(xué)提供
“過(guò)去，顱面復(fù)原是用針扎在尸體樣本上，獲取顱面的軟組織厚度，再通過(guò)泥塑得到復(fù)原面貌，一般需要專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制作完成。”耿國(guó)華介紹，“通過(guò)我們的技術(shù)，先利用CT等設(shè)備獲取現(xiàn)代人顱面數(shù)據(jù)，再基于數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)復(fù)原顱骨面貌，正是將小樣本下專家經(jīng)驗(yàn)變成為大樣本支持的自動(dòng)復(fù)原系統(tǒng)，所以更加科學(xué)準(zhǔn)確。”
“我們的研究與多領(lǐng)域應(yīng)用結(jié)合形成了基于顱骨的面貌復(fù)原工程、身份認(rèn)證工程、數(shù)字化頭顱修復(fù)工程，是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新技術(shù)。”耿國(guó)華團(tuán)隊(duì)成員李康介紹。顱面虛擬復(fù)原新技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從手繪到建模、從無(wú)到有的跨越。
20余年來(lái)，該技術(shù)在公安部物證鑒定中心被長(zhǎng)期使用，在公安部門68例無(wú)身源顱骨面貌復(fù)原得以成功應(yīng)用。顱面復(fù)原采集樣本涉及隱私，初期設(shè)備輻射大，樣本征集十分困難。“我們自己做志愿者，拉著家人朋友幫助，組織學(xué)生同事投入，先后征集到不同年齡、不同性別的志愿者進(jìn)行顱面CT掃描，建立了3406人的國(guó)人顱面庫(kù)，數(shù)量多、精度高，截至目前，是世界上最大的顱面庫(kù)。”“那時(shí)的研究還不被認(rèn)可，耿老師帶著我們經(jīng)常熬到深夜，都記不清多少次因?yàn)殄e(cuò)過(guò)門禁而被鎖在科研樓里”。團(tuán)隊(duì)成員劉曉寧、王小鳳回憶。
“十五”期間，耿國(guó)華和團(tuán)隊(duì)又拓展研究了照片和顱骨配準(zhǔn)的顱像重合技術(shù)，“十一五”期間，依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)構(gòu)建顱面形態(tài)信息學(xué)研究體系，耿國(guó)華團(tuán)隊(duì)參與制定公安部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)成果改變了傳統(tǒng)顱面形態(tài)學(xué)研究模式，形成了公安、考古、醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域應(yīng)用。
拓展應(yīng)用：從復(fù)原古人樣貌到修復(fù)破損文物
依托西北大學(xué)考古學(xué)科的資源，顱面身份認(rèn)證研究成果逐步應(yīng)用在古人面貌復(fù)原上。2005年，耿國(guó)華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室百余件古人類頭骨及化石數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析。他們使用手持式激光三維掃描儀對(duì)出土的人類顱骨進(jìn)行掃描，從而獲取能夠準(zhǔn)確反映顱骨表面幾何形態(tài)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)后期封裝和虛擬拼接，就能完成顱骨三維建模，以此為基礎(chǔ)，還可以對(duì)該顱骨生前樣貌進(jìn)行復(fù)原。
三維數(shù)字化技術(shù)幫助考古學(xué)家在計(jì)算機(jī)中保留了與真實(shí)文物完全一致的高精度三維虛擬實(shí)體，即使不接觸實(shí)體文物，也能做后期分析研究，三維打印技術(shù)還可以將研究數(shù)據(jù)成果直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，已經(jīng)完成了千余年前唐李倕公主、秦男秦女真容等古人面貌復(fù)原，同時(shí)還應(yīng)用在萬(wàn)余年前的古人類面貌復(fù)原上，并在醫(yī)學(xué)整容手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)得到實(shí)踐。
針對(duì)兵馬俑碎片量大匹配NP難問(wèn)題，耿國(guó)華主持完成“文化遺產(chǎn)數(shù)字化生存中的表示與復(fù)原理論方法研究”973前期預(yù)研、“破損陶質(zhì)文物數(shù)字幾何虛擬復(fù)原方法研究”國(guó)科金重點(diǎn)項(xiàng)目。“我們研究數(shù)字幾何的復(fù)原新技術(shù)，通過(guò)掃描兵馬俑坑內(nèi)碎片，掌握碎片大小、形狀，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，用智能模型的方法指導(dǎo)兵馬俑精準(zhǔn)修復(fù)。”耿國(guó)華說(shuō)。創(chuàng)建了數(shù)字幾何匹配計(jì)算優(yōu)化體系，提出的智能分類算法，降低候選集合，解決窮舉式拼接盲目性；提出虛擬匹配自底向上、自頂向下兩途徑算法，解決不完整斷裂區(qū)多碎片拼接，實(shí)現(xiàn)破損文物的虛擬修復(fù)。以數(shù)字幾何表示為基礎(chǔ)，研發(fā)的模型虛擬修復(fù)方法已在秦兵馬俑修復(fù)中應(yīng)用，虛擬修復(fù)方案指導(dǎo)實(shí)體復(fù)原，虛擬復(fù)原可替代實(shí)體復(fù)原。利用這一技術(shù)，團(tuán)隊(duì)完成了泡釘俑、右驂馬等一批兵馬俑坑破損文物的虛擬修復(fù)，支持了兵馬俑數(shù)字化保護(hù)與實(shí)體保護(hù)并軌實(shí)施，引領(lǐng)文物修復(fù)技術(shù)革命。
做文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)的先行者
1997年，耿國(guó)華及團(tuán)隊(duì)率先在國(guó)內(nèi)開展了文物數(shù)字化和文物虛擬修復(fù)相關(guān)技術(shù)研究。為適應(yīng)博物館文物原真建模的迫切需求，研發(fā)的第三代自動(dòng)化智能掃描設(shè)備，將采集時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至分鐘級(jí)，實(shí)現(xiàn)了智能掃描、協(xié)同工作、高精度和數(shù)據(jù)安全，該設(shè)備已在國(guó)家博物館展出應(yīng)用，為文物快速建模提供了重要利器。設(shè)備的每一步突破性創(chuàng)新，都結(jié)合了特定的需求，解決了現(xiàn)實(shí)中技術(shù)難題。
針對(duì)遺址遺存大場(chǎng)景建模需求，團(tuán)隊(duì)研究采用傾斜攝影和激光掃描雙模式對(duì)秦始皇帝陵博物院一號(hào)坑進(jìn)行了大場(chǎng)景高精度三維建模，通過(guò)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)不斷提升數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍，獲取高精度圖像建立了數(shù)字化資源，通過(guò)勘測(cè)遺址空間完成秦陵保護(hù)區(qū)56平方公里三維建模，再現(xiàn)了秦陵地面歷史場(chǎng)景。實(shí)現(xiàn)兵馬俑一號(hào)坑第三次發(fā)掘數(shù)字化建模、兵馬俑K9901坑考古發(fā)掘數(shù)字化建模。
博物館數(shù)字化研究實(shí)踐為文化遺產(chǎn)的永久保存提供了新的方式，對(duì)民族文化傳承具有重要意義。2002年，耿國(guó)華團(tuán)隊(duì)研發(fā)了中國(guó)大學(xué)數(shù)字博物館的考古數(shù)字博物館；2018年，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了“一帶一路”文物虛擬博物館；2019年，耿國(guó)華主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“智慧博物館”項(xiàng)目中的文物快速建模攻關(guān)，突破智慧博物館藏品原真采集建模關(guān)鍵技術(shù)。
針對(duì)非遺數(shù)字化與共享瓶頸，耿國(guó)華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)利用全息影像、碗幕技術(shù)，突破穿戴設(shè)備對(duì)體驗(yàn)分享的限制，研發(fā)了“智媒融合全息舞臺(tái)”新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裸眼看3D，共享立體視覺體驗(yàn)，適應(yīng)了公眾文化沉浸式大眾展示的需求。團(tuán)隊(duì)還通過(guò)移動(dòng)劇場(chǎng)等形式在貧困山區(qū)進(jìn)行文化推廣，建立了云平臺(tái)、5G云劇場(chǎng)、全息劇場(chǎng)、全視野展示、AR展示、手機(jī)終端等多種展示途徑，這些新成果引領(lǐng)了非遺傳播傳承的新途徑。
在耿國(guó)華的帶領(lǐng)下，西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國(guó)家地方工程中心取得了一系列國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的創(chuàng)新成果，先后獲國(guó)家科技獎(jiǎng)及省部級(jí)科技獎(jiǎng)18項(xiàng)。
四十五年如一日站好講臺(tái)
耿國(guó)華四十五年耕耘在教研一線，源自對(duì)教育事業(yè)執(zhí)著熱愛與做好老師的初心擔(dān)當(dāng)。她始終如一地用心、用情、用愛育人，在教學(xué)中貫穿課程思政，挖掘?qū)W科范例、身邊示例、歸納論理，講清學(xué)業(yè)專業(yè)職業(yè)的三業(yè)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生明確使命擔(dān)當(dāng)，攻堅(jiān)克難，掌握本領(lǐng)；悟人才培養(yǎng)“技、術(shù)、器、道”四層次目標(biāo)，結(jié)合公誠(chéng)勤樸校訓(xùn)，激勵(lì)學(xué)生立志成才，爭(zhēng)做有道之士，為社會(huì)作貢獻(xiàn)。
育一流人才，出一流成果，立足西部培養(yǎng)高層次信息人才，耿國(guó)華培養(yǎng)了博士生25人、碩士生150余人，培養(yǎng)學(xué)生中3人成為省級(jí)名師，多人已成為信息學(xué)院院長(zhǎng)、企業(yè)總工、部門領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)界精英。
四十五年來(lái)，她每天工作都超負(fù)荷。即使再忙，堅(jiān)持給學(xué)生上課也是她雷打不動(dòng)的原則。
多年來(lái)，耿國(guó)華帶領(lǐng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)獲4項(xiàng)國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)，在她主持6門次國(guó)家級(jí)課程中含有4類國(guó)家首批課程（精品課、精品資源共享課、優(yōu)質(zhì)在線開放課、混合式一流課），主講的《文科計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》獲選2003年首批國(guó)家精品課程……。
“一個(gè)好的學(xué)科，必須要做好傳幫帶。”耿國(guó)華十分注重助力青年教師成長(zhǎng)，已連續(xù)3年扶持團(tuán)隊(duì)年輕人爭(zhēng)取文遺數(shù)字化保護(hù)的國(guó)家級(jí)重大項(xiàng)目；主持的智能信息處理團(tuán)隊(duì)還獲得全國(guó)婦聯(lián)三八紅旗集體、全國(guó)總工會(huì)的巾幗建功示范崗。
耿國(guó)華十分重視文化遺產(chǎn)數(shù)字化的普及與推廣，近年來(lái)受邀參與專家進(jìn)校園、高校科學(xué)營(yíng)、走進(jìn)博物館等活動(dòng)，根據(jù)交叉創(chuàng)新成果，向青少年們作文遺數(shù)字化科普講座，展示移動(dòng)劇場(chǎng)車、虛擬修復(fù)案例、全息多通道固定劇場(chǎng)、絲綢之路全息融合、數(shù)字人展播、戲曲展演等系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣。
2020年中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）頒獎(jiǎng)典禮上，耿國(guó)華獲得杰出教育獎(jiǎng)，榮獲省科協(xié)2024年度科普人物。
她用“三命”說(shuō)表達(dá)自己對(duì)事業(yè)的摯愛。“人一生有三命，性命、生命、使命，分別代表了生存、生活、責(zé)任。為使命投入精力，就有源于內(nèi)在的不竭動(dòng)力。”
“見證了國(guó)家教育事業(yè)的輝煌成就，也見證了無(wú)數(shù)學(xué)子的成長(zhǎng)與成功，是我作為一名教師的最大榮光！”耿國(guó)華如是說(shuō)。
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