王涌天教授長期在技術光學和虛擬現實領域從事教學和科研工作，主要研究方向包括成像和照明光學系統設計和CAD，新型光學元件，虛擬現實和增強現實技術、系統和應用，醫學圖像處理與手術導航等方面。1996年入選教育部“跨世紀優秀人才培養計劃”，2000年獲得國家杰出青年科學基金的資助，2001年受聘為教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2006年成為教育部創新團隊帶頭人，2011年獲得全國五一勞動獎章，2012年成為國家973項目首席科學家。現任北京理工大學信息與電子學部主任、校學位評定委員會副主席、光電學院和計算機學院博士生導師。兼任全國政協委員，國務院學位委員會學科評議組成員，科技部863信息技術領域專家組成員，教育部科學技術委員會委員，北京市混合現實與新型顯示工程技術研究中心主任，中國光學學會理事，《北京理工大學學報（自然科學版）》編委會副主任、英文版主編等職。

“神秘儀器”照亮夢想

王涌天教授十分重視科研成果的推廣應用和轉化工作。研制的復雜光學系統CAD軟件曾向全國50余個單位推廣應用。增強現實虛實融合顯示和人機交互方面的成果已經廣泛應用于文化、科普、娛樂、醫療、軍事等諸多領域，其中，圓明園大水法景區的增強現實現場數字重建、紀念紅軍長征70周年勝利展覽上的“雪山·草地”大型互動展項等成功案例在國內外引起巨大反響。與多家企業合作，將自由曲面透視式頭盔顯示器、多點觸控大屏幕交互顯示設備、紅外光電運動跟蹤系統等多項成果進行產品轉化。2012年被授予北京市市級職工創新工作室，2013年創建了北京市混合現實與新型顯示工程技術研究中心。

在圓明園遺址“大水法”和“觀水法”景點之間樹立的“數字圓明園現實增強系統I型”機器，可以讓游客看到圓明園和實時一比一比例疊加上去的當年未被破壞前的場景，并實時渲染。在商業試營運期間每天都有一兩百人去看，游客反響很好。西洋樓部分是根據當時傳教士設計的銅版畫和當年建筑結構的透視圖繪制模擬而成的。金國藩院士、汪成為院士主持的驗收專家組評價其為“產生了良好的愛國主義教育效果，取得了顯著的社會效益和經濟效益，在文物保護、教育科普、文化娛樂、旅游開發等領域具有十分廣闊的應用前景。在定點雙目立體觀察系統、超輕型大視場頭盔顯示器、增強現實在文物古跡數字重建中的實際應用等方面達到國際領先水平”。

“圓明園因為是在曠野而不是室內，所以很難對頭盔顯示方式實現六自由度實時定位，因為GPS對我們這種應用的定位精度不夠。但在室內我們可以放一些標志點，就可以實時地監控。我們需要在頭盔上安置攝像機，拍攝真實場景并傳送到計算機，通過提取其中的標志點來計算使用者視線的方位，據此對虛擬物體進行渲染并疊加在真實場景圖像的正確位置上，再實時地將這個虛實融合的場景傳送到頭盔上顯示。”

該實驗室還利用互動地面投影技術為《紀念中國工農紅軍長征勝利70周年》大型主題展覽完成了《雪山·草地》大型景觀，觀眾踩在用數碼投影機營造的“草地”上，腳下就會泛起漣漪，同時看到雷電交加的滂沱大雨；走在“雪地”上，也會留下清晰的腳印，眼前狂風席卷雪花撲面而來。和“數字圓明園”項目相似，身臨其境的感受使觀眾能夠更加真切地體驗當年長征路上的艱苦卓絕，被中央軍委首長譽為該展覽的一個“亮點”。支持多人多點實時交互的桌面投影設備已經應用于上海消防館、上海電信館、彭德懷紀念館、毛澤東遺物館等，并將在建設中的中國科學技術館新館發揮重要作用。

團隊合作研發屢創佳績，其實增強現實技術在國內的應用并非首次。同樣，由北京理工大學光電技術與信息系統實驗室研發的“現實海底漫游系統”在廣東科技中心大顯身手。游客面對只有水草和珊瑚的魚缸，只要戴上特制的頭盔，就可以猶如置身水晶宮，與身邊的魚兒嬉戲玩耍，甚至可以模擬出人向魚類喂食的場景。

科技創新  富國強民

王涌天教授長期在技術光學和虛擬現實領域從事教學和科研工作，在光學系統設計和CAD，新型光學元件，虛擬現實和增強現實技術、系統和應用，三維顯示原理和設備，醫學圖像處理與手術導航等方面取得了突出成績和顯著進展。先后獲得國家科技進步三等獎1項，省部級科技進步二等獎4項、三等獎1項。發表譯著2部、教材2部、論文400余篇，編輯SPIE或Springer出版的國際會議論文集11部。申報國際發明專利3項，國家發明專利40余項，其中已經授權16項。多次應邀擔任由國際光學委員會（ICO）、國際工程光學學會（SPIE）、中國光學學會（COS）、美國光學學會（OSA）、日本光學學會（OSJ）組織的國際學術會議的大會程序委員會成員、分會主席、特邀報告人。由于“在光學設計、光學儀器、虛擬現實和增強現實等領域的重要貢獻”，2008年當選SPIE會士（Fellow），2011年當選英國工程技術學會（IET）會士（Fellow）。

王涌天教授及其團隊成員在國內率先開展了對增強現實的研究，突破了三維環境注冊定位算法、透視式融合顯示、立體顯示圖形生成等增強現實關鍵技術，完成了國內第一個實時增強現實試驗系統，目前正在積極研究其在軍事、文化、醫療等領域的應用。有關研究成果在2005年12月被金國藩院士主持的鑒定專家組評為“在增強現實關鍵技術和虛擬現實人機交互技術方面取得的研究成果處于國內領先、國際先進水平”。

增強現實技術作為信息領域一個新興的多學科交叉研究方向，具有虛實結合、三維注冊、實時交互的特點，在醫療手術、工業設計、市政規劃、軍事仿真、教育培訓、文化娛樂等領域具有廣泛的應用前景。

醫學是增強現實技術的一個重要應用方向。故此實驗室開展了對醫學圖像特別是血管造影圖像的三維重建和增強現實手術導航技術的研究工作。研究了冠脈造影圖像的多尺度彈性配準，并提出了一種基于模擬圖像的彈性配準客觀評價方法，有效地解決了配準減影方法缺乏定量評估標準的難題。研究了冠脈造影圖像的智能化自動分割算法，在保證精度的前提下降低了分割過程對人工干預的依賴；研究了X射線血管造影系統的畸變校正和成像幾何標定，提出了一種魯棒的三維重建優化算法，建立了血管截面的精確擬合模型，成功地由多視圖造影圖像重建出高精度冠脈三維模型。

王教授用與301醫院合作開發的內窺鏡舉例。“我們利用增強現實技術為醫院做了一種叫作‘鼻腔鏡’的儀器。如果一個病人，鼻子或腦垂體長了瘤子，都不需要開顱，直接從鼻子先插進去一個鏡子，通過鏡子醫生就可以看到這些腔體的結構，再插進去旋轉的手術刀，去割掉息肉和瘤子。過去，醫生只能看到腔體里面的結構，看不到腔體后面的器官和血管等，以往都是憑借經驗和感覺，估計手術刀的距離。”

利用增強現實技術，醫生們在手術之前可以先用CT、核磁共振等掃描技術做成三位的圖像，提取出關鍵部位，疊加到病人的病區。為了方便醫務人員觀察，王涌天及其團隊還做了一個真實的三維顯示器，可以看到手術過程中手術刀的位置離那些器官到底有多遠。目前，該儀器精度達到一毫米左右。

再如飛行模擬器和飛行員的模擬培訓。“機艙非常地逼真，飛行員戴上頭盔后可以看見自己的腿、手、機艙，但是外面的機場、跑道、天空都是我們疊加上去的，可以保證飛行員在很真實的環境中進行飛行訓練。”

以身作則  服務社會

王涌天所支持的團隊光電技術與信息系統實驗室隸屬于北京理工大學信息科學技術學院。該實驗室長期從事復雜光電系統設計、加工、檢測方面的教學和科研工作，并在此基礎上，開展虛擬現實和增強現實、醫學圖像處理和手術導航等交叉學科的研究，有關研究成果多次獲得國家和省部級獎勵。近年來，在王涌天教授的帶領下，實驗室研究成果豐碩，經費支持充足，隊伍團結向上，發展日新月異。

實驗室現有教授4人，副教授4人，講師2人，博士后5人，博士生和碩士生70余人，與美國亞利桑那大學、加州大學洛杉磯分校、中佛羅里達大學有關實驗室以及國內許多著名研究單位、企業保持著密切的合作關系，并在廣東省中山市領導的支持下在該市建立了光電信息技術研究中心。目前，實驗室在新型光電系統、自由曲面光學、三維顯示設備、人機交互技術、醫學圖像處理、虛擬現實與增強現實系統及其應用等領域承擔著多項國家863目標導向及探索導向項目、國家自然科學基金儀器專項和面上項目、973項目課題、國防預研項目、國際合作項目、省市科技計劃項目和橫向科研項目。

在教學方面，近年來指導博士后15人、博士生50余人、碩士生60余人。指導的學生多次獲得國際獎勵，畢業的博士生中，程雪岷獲得2006年全國優秀博士學位論文，林倞獲得2011年全國優秀博士學位論文提名，程德文獲得2013年北京市優秀博士學位論文。先后2次被評為北京市教育創新標兵，獲得北京市教育教學成果獎1項。注重科普工作，作為主任編委參編《現代科學知識熱點問題450例》、作為光學與光電子學編寫組組長參編《10000個科學難題——信息科學卷》。

在社會工作方面，認真履行全國政協委員的職責，積極參政議政。結合自己的工作實際，先后在政協科技界提出《改進科研項目經費管理方法》、《加大政府科技投入，促進產學研合作，推動產業升級》、《對國家資助項目研究成果加強國際知識產權保護》、《建立國家級共用科技評審專家庫》、《加強高等院校教師隊伍建設》、《辦好國內科技期刊》等提案。三次在科技界聯組會上做主題發言，當面向劉延東國務委員、萬鋼部長等國家和部委領導人建言獻策。相關意見和建議多次被《人民政協報》、《光明日報》、《科技日報》、《中國工業報》、《中國電子報》、北京電視臺等主流媒體報道。