交叉融合，引領信息傳達設計新發展
——記同濟大學設計創意學院副院長曹楠

李明麗

視覺是人們獲取信息的主要來源，以圖形可視化的方式呈現數據有助于人們識別復雜模式，是人類探索自然、從事科研的重要手段。然而數據本身并沒有形態，只有通過設計才能夠轉換成可視化圖形，由此衍生出了“信息傳達設計”這一信息學、設計學及認知學相交叉融合的研究方向。在同濟大學設計創意學院副院長曹楠教授的心中，這是一個美妙的領域，它有機地把藝術設計與信息科學融合在了一起。他認為，好的可視化設計就像是一張精美的有關數據的肖像畫，可以促進信息的理解、溝通及分享。

經過數十年的發展，針對不同數據類型的可視化方案被設計出來，并被廣泛應用到信息安全、智慧醫療、智能制造等關乎國家重大需求且與人民生活息息相關的領域當中。圍繞信息認知理論及圖形呈現技術的相關研究因為其重要性多次成為圖靈獎（1975年、1988年、2019年）及諾貝爾獎（1978年、2014年）的獲獎主題，具有重大的科學價值與研究意義。2018年，美國將“可視分析、自動分析方法、上下文感知計算”列入出口管制框架，對我國實施技術封鎖。推進相關領域的技術創新也被列入“十四五”、新一代人工智能等國家發展規劃當中。曹楠認為，研究具有自主產權的智能化信息傳達設計方法與技術對我國在人工智能時代中發展更先進的數據呈現及分析技術具有重要意義。

曹楠（左三）與團隊成員及合作伙伴的合影

懷揣夢想，醉心計算機科學研究

“我從來沒有想過有一天會成為設計學院的教授”，當被問到是怎樣開始從事今天的工作時，曹楠坦率地回答。這是因為在他的心中，一直有一個“計算機夢”。

1993年的春天，父親送給13歲的曹楠一臺二手的配置有Intel 80286 CPU芯片及1MB內存的個人電腦。雖然這是一臺現在看來連手機都不如的“老爺機”，但在那個年代，普通人擁有一臺這樣的電腦并不是一件尋常的事情，這讓曹楠格外珍惜，也正是它徹底改變了曹楠的人生。從那以后，各類電腦書籍一直伴隨著他的左右。計算機科技日新月異，讓這個少年感到無比新奇的同時也在他心中深深地埋下了一顆科研的種子。

2005年的夏天，碩士尚未畢業，曹楠便從4000余名競爭者當中脫穎而出，收到了來自IBM“青出于藍”計劃的工作邀請。他懷揣著心中的夢想，與其他21名入選計劃的成員一起，開啟了與這個“藍色”巨人的一段不解之緣。在那里，他第一次接觸到了數據可視化這個領域，并被它深深吸引。通過分析、設計、布局、渲染等一系列操作，數據就能從抽象的數字符號轉變成一幅直觀且可交互的可視化“圖形”，實現“一圖勝千言”的信息傳達效果。對曹楠而言，這無疑是一件非常新奇有趣的事情。從那時起，學習探索可視化領域的相關技術便成了他最大的樂趣，時常令他廢寢忘食。在不懈的努力與堅持之下，1年后，他為IBM中國研究院（IBM CRL）開發出了第一套通用數據可視化框架，并圍繞這項研究獲得多項IBM創新成果獎，這套框架也成為當時國內最早的可視化平臺之一。

隨著研究的深入，工程技術上的探索已經無法滿足曹楠的求知欲了。對更深層次理論知識的渴望，讓他在30歲時毅然辭去了在IBM中國研究院的工作，全職加入香港科技大學，在屈華民教授的指導下攻讀博士學位。長期的技術積累及屈華民老師在學術上的諄諄教誨，讓曹楠在科研上如魚得水，僅用兩年半的時間便取得了博士學位，并因博士期間在復雜數據關系可視分析技術上取得的突出成績，獲得了由香港科技大學工學院頒發的“博士杰出研究獎”，成為計算機系歷史上第二位獲得這一獎項的學生。

求學期間，曹楠從未間斷與IBM的科研合作，他與時任美國IBM T.J.沃森研究院研究員孫冀萌博士、大衛·戈茨（David Gotz）博士（現分別任美國伊利諾伊大學香檳分校計算機系教授及北卡羅來納大學信息學系教授）等人一起設計研發了交互式醫療知識圖譜可視呈現系統FacetAtlas并得到了廣泛的應用，在畢業后正式加入了T.J.沃森研究院，成為一名研究員。歷史上，從IBM T.J.沃森研究院中共走出過6位諾貝爾獎得主及6位圖靈獎得主。他們在計算機體系結構、操作系統、軟件工程、編程語言、數據庫等領域作出了卓越的貢獻。可以說，這里是人類現代計算機科學的發源地之一。在這里的工作學習生活，讓曹楠接觸到了更多領域中的前沿問題，也讓他對自身研究的方向及人生的意義與價值有了更加深遠的思考。2015年夏天，曹楠因為在社交媒體可視分析方面出色的科研工作及顯著的科研成果，獲得了“IBM杰出技術成就獎”，這是IBM頒發給研究人員的最高技術類獎項。也就是在這一刻，曹楠決定：“是時候該回家了。”

心系祖國，投身設計學交叉領域

2016年年初，懷揣著對祖國的思念及對年邁父母的牽掛，在外游學、工作十余年的曹楠決定放棄在美國優厚的待遇與舒適的生活，辭職帶著全家回國發展。這時，時任同濟大學設計創意學院院長婁永琪教授（現任同濟大學副校長）拋出了橄欖枝。婁院長豁達的人生態度及高瞻遠矚的學術視野，深深感染了曹楠。他說：“要為人生的意義和世界的未來而學習和創造。”在這樣的信仰下，同濟大學設計創意學院用短短10年的時間，便位列全球QS排名第12位，站在了設計學科的前沿。敏銳的科研直覺讓曹楠意識到，把人工智能、大數據等計算機學科的先進技術與設計學相交叉融合，將能夠在更多關乎國家重大需求的重要領域作出更為突出的貢獻。這一年，曹楠加入了同濟大學，成為一名“設計學”領域的教授，而他兒時有關“計算機”的夢想，也因為這個決定變得可“設計、交叉”了起來。

“做切實有用且系統深入的研究”是曹楠經常告誡學生的一句話。在同濟大學工作的6年多時間里，曹楠針對信息傳達設計自動化程度低，影響數據可視呈現與分析效率這一領域內的國際性難題，帶領團隊腳踏實地地開展了一系列理論及技術研究。他基于認知科學中有關敘事可以激發聯想增強理解與記憶的相關理論，提出了通過構建敘事性可視化來提升信息傳達效果的科研方案，并做出了自動數據內涵洞察、智能可視化設計生成及自動敘事邏輯編排三個關鍵性技術創新，實現了有內涵、好理解、易傳達的敘事性可視化自動生成技術，在領域內的重要會議上獲得2項最佳論文獎及6項最佳論文提名獎，并研發了擁有自主知識產權的智能可視數據探索分析系統，被遍及50余個國家/地區的4000余位用戶用于分析來自金融、醫療、教育、工業、娛樂、體育等十余個領域的數萬份數據，相比于具有壟斷地位的美國商務智能軟件Tableau（已于2021年年底退出中國），系統提拱了自動數據敘事與探索的能力，從而提升了可視分析的效率及信息傳達的效能。系統的相關技術也被應用到了華為、阿里等企業的商務智能產品當中，服務于十余萬用戶。

科研之外，曹楠也非常重視設計交叉學科的基礎教學工作。他在學院的支持下，于2017年設立了國內第一個“人工智能與數據設計”碩士研究生專業方向，帶頭為同濟大學建設了“智能設計”博士生前沿交叉課程，并于2022年經上海市教委批準創立了“人工智能-媒體傳達設計”本科雙學位計劃。從無到有地建立了融“本—碩—博”于一體的智能設計交叉人才培養體系。近年來，專業所培養的學生多次獲得國家獎學金，畢業生曾多次獲得上海市優秀畢業生的稱號，并投身到智能制造、互聯網、金融科技等各行各業當中。更有優秀的博士畢業生入選“華為天才少年計劃”、作為青年副研究員入職復旦大學、加入美國奧多比（Adobe）研究院及芬蘭國家人工智能研究中心等國內外頂尖科研機構。這些學生不僅在社會的各行各業貢獻著自己的力量，更是薪火相傳地把曹楠教授的“設計、計算機”交叉融合的夢想傳播到了世界各地，影響著更多的年輕人。