GCL科普活动：乌鲁木齐八一中学研学交流活动

2024年1月29日，在中国科学技术大学东区第二教学楼，图形计算与感知交互安徽省重点实验室（GCL）的傅孝明副教授受邀为来学校进行研学交流活动的乌鲁木齐八一中学的五十多位中学生作科普报告。傅孝明老师的报告题目是《当艺术邂逅数学》。

首先，傅孝明老师阐述了数学不仅在科学发展中有着核心地位，而且与我们的日常生活紧密相关，同时在艺术创作过程中也会处处发现数学的存在。特别地，几何在我们的生活中无处不在，比如各种造型的曲面可以增强建筑的立面美感，创造出动态和流线型的外观。其中，一类特殊的曲面叫做可展曲面，它可以被无形变地展开成平面，具有广泛的应用，比如在建筑设计领域，可展曲面可以用于制作大型覆盖物，如屋顶、天幕等。然而，一般的曲面是不可展的，在计算机图形学中有一种技术“网格参数化”可以将曲面展平至平面。

接着，傅孝明老师介绍了两个与之相关的艺术形式：（1）橘皮成形艺术，在橘子表面计算与优化一条割缝，用小刀沿着割缝切开可得到用户给定的平面形状；（2）纸模，是一种自动寻找割缝，将艺术模型用数片可展曲面近似的一个艺术设计形式，仅需花费数张A4纸即可拼出模型的表面。这些项目可以将只能有艺术家精心设计变成了同学们也可以参与、设计、制作的课外活动，让同学们在有趣的亲身设计过程中发现艺术中蕴含的数学之美。

在展示阶段，傅孝明老师还带来了：（1）鲁班锁，启发于中国古代的榫卯结构，将任意三维模型通过计算分解为若干可顺序拼接且自锁的子块；（2）基于划痕的反射艺术，根据划痕对光的反射变化，在金属板上计算与优化系列直线段划痕，从不同视角能看到不同的图像；（3）镜杯碟艺术，通过计算与优化底座碟子的形状和颜色，从碟子和杯子能分别看到两个不同的图像。活动现场同学们积极参与，争相实践。结合对实物的欣赏和亲身操作实践，同学们对其背后数学原理的理解更为深刻。

此次科普活动不仅让同学们认识到数学在艺术设计中的应用，也使他们收获了制作过程的喜悦，体验到将数学知识应用在实践中的乐趣，更深刻地认识到“生活中处处有数学”，数学是有美感的，数学是有趣的，从而激发同学们学习数学的兴趣。

（中国科大图形计算与感知交互安徽省重点实验室）