专访粱琰:让化学美爆了,他怎么做到的?

出品:中国科普博览 SELF格致论道讲坛 实习记者:李珂

  小时候,你或许可以横着背元素周期表:氢、氦、锂、铍、硼……;或者竖着背:氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫……,但你肯定不知道它们究竟长什么样子。
  有一个人,正通过奇妙的摄制手段,将这些我们看不见、摸不着的化学微观世界,拍摄得璀璨华丽到了极致!美国《赫芬顿邮报》评价他的作品:“这可能会让你疯狂地爱上化学。”
  他,就是梁琰。
  在美丽化学网站,你可以清晰地看到一朵“夏槿花”在氢氧化钠溶液中逐渐变色,也可以看到金属锌将硝酸铅溶液中的金属铅置换出来后,变成一棵棵静谧庄严的“铅树”……这就是梁琰的工作,他用充满艺术魅力的影像告诉我们:科学,原来如此美丽。


梁琰的美丽化学作品

  清华大学物理化学系毕业,赴美读博,作为准科学家人选,最后却走上了科学可视化的道路,听起来有点不可思议。然而对梁琰来说,这似乎是一种必然。
  80后的梁琰出生于沈阳。小时候,父亲总爱带他制作网兜,到野外捕捉昆虫。“在草丛里发现一只从没见过的蜻蜓,就像发现了宝藏一样。”梁琰回忆道,他对自然的兴趣就这样被父亲培养起来。梁琰爱化学,高中时就喜欢在家里鼓捣化学实验,1998年高考时报志愿没有任何犹豫,第一志愿果断填写了清华大学化学系。从那年起,他从沈阳来到北京,在美丽的清华园里开始了大学生活。
  回顾在清华的生活时,梁琰的印象中总少不了一款叫《生化危机3》的游戏,“这可能是我记忆中最让人难忘的游戏经历。因为小时候对美术很感兴趣,所以当发现电脑能够做出如此漂亮的图像是一件非常让我着迷的事情。”
  因此,1998年,他做了一件“大事”——和同学合买了一台清华同方赛扬300电脑。此后,除了完成学业之外,梁琰培养起了电脑图像和艺术设计的兴趣爱好。这样的技能在生活中也经常一展身手,比如帮助实验室做一些网页设计和科研图片制作的任务。
  于是,化学的专业学习和对视觉艺术的爱好,一直是梁琰生活中的主题。在清华七年的求学生活中,他经常产生把这两者结合起来的想法,但真正激发他从事科学可视化事业是他在美国学习期间的经历。
  这条道路究竟是怎样的呢?借着梁琰参加“SELF格致论道”讲坛第11期活动的机会,我有幸与他进行了面对面交流,揭秘美丽科学背后的故事。
  记者:是什么让您将化和学视觉艺术结合起来?
  梁琰:我特别喜欢电脑图像和视觉设计,在学习化学的过程中,我发展有很多很漂亮的化学结构完全可以用视觉设计展现出来。所以,我一直想做一个与化学相关,能够展现化学之美的网站。在相当长的一段时间内,我感兴趣的方向一直在微观的分子结构。对微观结构的兴趣也和我对计算机图形图像软件的喜爱有关。我发现可以将这些分子结构导入到三维动画软件,渲染出漂亮的图片或者动画。2014年初,我来到中科大任职,同时又得到清华大学出版社的经费支持,终于可以实现我多年的愿望,制作一个比较全面地展示化学之美的网站,即“美丽化学”网站。除了我一直关注的微观化学结构外,我们决定增加化学反应部分,借助微距摄影(我的另外一个爱好),拍摄出前人没有达到过的效果。
(下图是梁琰在2006年做的关于有机电子学的网站,也是他的博士论文研究方向,包括有机半导体分子结构和有机电子器件原理展示等。)




梁琰的有机半导体分子可视化作品(2006年)

  记者:您到美国后,作为自由职业者,曾为研究人员提供科学图像动画咨询服务,这段经历中,哪些人和事情让您印象深刻?
  梁琰:在美国博士毕业后,我加入波士顿Digizyme公司工作了一年,之后做起了自由职业者,一直到我加入中国科学技术大学。
  自由职业者这段时间让我经受了很多磨炼,收获很多。自由职业者也可以说是“个体户”,所有的事情都要自己打理,包括宣传自己(做广告),找客户,做项目,负责自己的财务税务,设法学习提高等等。虽然辛苦,但在这期间,有幸认识了包括MIT、哈佛大学、斯坦福大学、康奈尔大学等著名学府的顶尖研究人员。
  虽然我已经离开了科研,但在为他们服务的过程中,仍能感受到科学发现的乐趣。印象最深的是我的第一个项目,是为MIT一位教授设计的Nano Letters杂志封面,也是我第一个自由职业者项目。
  项目完成后,客户很满意,而且杂志那边很快就确定接受了(虽然一年后才发表出来),这让我自信心大增。另外当时我说这个项目我是不收费的,但最后这位教授还是付了我300美金,让我很感动,这也是我作自由职业者的第一笔收入。
  对我影响比较大的人有两位,是当时已经在该领域小有名气的专家,Felice Frankel和Janet Iwasa。她们接受了严格的科学训练,但同时又热爱艺术,甚至曾专门跑到好莱坞学了两个月的动画制作。在他们的鼓励下,我开始认识到:原来这可以是一份工作!


梁琰第一个被接受的封面作品(2013年)

  记者:在美国期间,您还曾参与iBooks《地球上的生命》这本书的制作,您个人有什么收获么?
  梁琰:当时我所在的Digizyme公司是一个不到10个人的小公司,公司的员工大部分都有硕士或者博士学位,而且可以制作三维动画,我是其中一员。这家公司吸引我加入原因,就是它要做《地球上的生命》这本高中生物数字教科书。在确定《地球上的生命》登录苹果iBooks平台之前,我们要做的就是向苹果公司证明我们的能力。因为动画和图片非常多,我们每个人只负责其中一部分。在确定和苹果公司合作后,我主要负责的,就是设计制作教科书中的动画和图片。
  我觉得我很幸运,作为唯一一个中国人参与这本全新的数字教科书的开发,结识了很多非常优秀的跨界动画师,也懂得了做这样一个创新项目,需要付出怎样的努力。
  记者:国外科学可视化目前已经达到什么样的水平?与国外相比,我们的差距和发展空间是什么?
  梁琰:尽管在国内还很少听到这样的职业,但在美国,科学艺术家们的培养已经算是传统。梁琰告诉记者,在著名的医学圣殿约翰·霍普金斯大学,就有专门的医学插画硕士专业。一年级时所有人和医学专业学生一样,接受医学基础知识教育。也要一起下病房、上手术台观摩,完成这些医学训练后,才是接受图像设计等艺术训练的课程。我觉得在国外,科学和艺术之间的联系比较紧密。在国内两者之间比较割裂,可能是和我们文理分科的教育有关。
  将复杂深奥的科学问题可视化,我的工作很容易被划分为“科普”门类下。但事实上,科学可视化艺术家们所充当的角色,远远不止这么简单。我觉得中国科学传播事业的发展将需要大量科学可视化人才。随着这个方向越来被重视,会有更多人从事这个行业,做出优秀的作品。但文理分科始终是一个障碍。
  记者:您认为好的科学可视化作品需要具备哪些条件?
  梁琰:我觉得技术和硬件非常重要,但创意和图像背后的故事、主题、内涵更加重要。就好比一部电影,再漂亮的图像也取代不了优秀剧本的重要性。之前我们的视频主要是漂亮。现在我们更重视的是我们的内容不但可以带给观众美的享受,也可以引发他们的思考。
  记者:您是如何进行微观拍摄的,能否具体描述一下?
  
梁琰:我们主要使用微距摄影(单反或微单相机+微距镜头)拍摄。目前也开始使用显微镜进行拍摄,这样可以拍摄到更加微观的自然现象和结构。为了选取最美丽的化学结构,我前前后后阅读了不下几百篇科技文献。其中提供了化学结构原子坐标的,可以直接导入3D软件中,渲染三维图像;没有原子坐标的,只能一一向科研团队索取。
  让我十分感动的是,这些团队都给予了“美丽化学”项目极大的支持,美国佐治亚理工大学的柯勇刚教授和哈佛大学的尹鹏教授,向我无偿提供了DNA纳米飞船的原子坐标。经过渲染、整合,可以进行360度旋转的分子结构,以及可以剥落一层层原子的晶体结构“站”在大家面前。互动技术可以更好地帮助理解复杂的化学结构。

氯化钴在硅酸纳溶液中的反应

  记者:在微观拍摄过程中,有哪些困难?
  
梁琰:很多时候,我们拍摄的对象是不完全受我们控制的,需要拍摄很多遍,才能捕捉到需要的镜头。另外很多镜头是出乎意料之外的,拍摄本身就是一个发现的过程。对于比较微观的摄影,最难控制的一个因素是灰尘。灰尘在放大之后会非常显眼,影响拍摄效果,但又很难在拍摄过程中完全杜绝灰尘的出现。


硝酸银跟氯化钠生成氯化银的反应

  记者:拍摄的原片和成片区别大么?后期制作有哪些工序?
  
梁琰:我们后期尽量不做太多的修饰,尽可能保持拍摄对象本身的细节和颜色。一般在后期进行简单的调色(比如让黑色背景完全变成黑色),去除灰尘,改变播放速度(让很慢的反应变快)等。
  记者:您是怎样看待“科学可视化”的?
  梁琰:科学是美丽而神奇的,但科学的美丽和神奇经常被隐藏在科技文献和书籍之中,普通人无法接触到,即使接触到,也可能无法理解。通过科学可视化的手段,可以把科学的美丽和神奇更直观的传递给更多人。
  记者:“美丽化学”项目之后,您现在还做哪些与科学艺术相关的事?
  梁琰:除了在中科大的特任副研究员身份,我也是一家创业公司“新知数媒”的联合创始人和首席产品官。我们希望能通过这个公司,打造两个品牌:“仟问学堂”,为K-12中小学生提供概念可视化与知识散点化的精品内容;“美丽科学”,为K-12 STEM教育和大众科学传播提供优质内容。
  目前我主要负责的是“美丽科学”品牌,“仟问学堂”由我的大学同学王凯负责。“美丽科学”是“美丽化学”的一个自然延伸,我们开始涉及物理、生物等其他学科。公司化运营是我们的一次探索,我们相信只有公司化运营才能召集到最优秀的人才,做最优质的内容。另外我们也希望把“美丽科学”打造成一个像探索频道那样具有国际影响力的品牌。
  我们希望能够购买显微镜和高速摄影机等设备,以崭新的视角展示化学的美丽。另外,目前化学结构部分的交互是由北京新港致远公司完成的。我们也希望在将来的版本中,加入更多的互动技术,给用户带来全新的体验和参与感。
  记者:是什么使您一直坚持这项事业?
  梁琰:我非常热爱我的事业,它把我所有喜欢的东西融合在一起,包括科学、视觉设计、游戏、动漫、影视。通过做这个事业,我们也影响着很多年轻人,让他们知道科学并不是枯燥无趣的,科学可以是很美丽的。
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