讓化學美爆了，他怎麼做到的？
出品：中國科普博覽 SELF格致論道講壇 實習記者：李珂
小時候，你或許可以橫著背元素周期表：氫、氦、鋰、鈹、硼……；或者豎著背：氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁……，但你肯定不知道它們究竟長什麼樣子。
有一個人，正通過奇妙的攝製手段，將這些我們看不見、摸不著的化學微觀世界，拍攝得璀璨華麗到了極致！美國《赫芬頓郵報》評價他的作品：「這可能會讓你瘋狂地愛上化學。」
他，就是梁琰。
在美麗化學網站，你可以清晰地看到一朵「夏槿花」在氫氧化鈉溶液中逐漸變色，也可以看到金屬鋅將硝酸鉛溶液中的金屬鉛置換出來後，變成一棵棵靜謐莊嚴的「鉛樹」……這就是梁琰的工作，他用充滿藝術魅力的影像告訴我們：科學，原來如此美麗。
梁琰的美麗化學作品
清華大學物理化學系畢業，赴美讀博，作為準科學家人選，最後卻走上了科學可視化的道路，聽起來有點不可思議。然而對梁琰來說，這似乎是一種必然。
80後的梁琰出生於瀋陽。小時候，父親總愛帶他製作網兜，到野外捕捉昆蟲。「在草叢裡發現一隻從沒見過的蜻蜓，就像發現了寶藏一樣。」梁琰回憶道，他對自然的興趣就這樣被父親培養起來。梁琰愛化學，高中時就喜歡在家裡鼓搗化學實驗，1998年高考時報志願沒有任何猶豫，第一志願果斷填寫了清華大學化學系。從那年起，他從瀋陽來到北京，在美麗的清華園裡開始了大學生活。
回顧在清華的生活時，梁琰的印象中總少不了一款叫《生化危機3》的遊戲，「這可能是我記憶中最讓人難忘的遊戲經歷。因為小時候對美術很感興趣，所以當發現電腦能夠做出如此漂亮的圖像是一件非常讓我著迷的事情。」
因此，1998年，他做了一件「大事」——和同學合買了一台清華同方賽揚300電腦。此後，除了完成學業之外，梁琰培養起了電腦圖像和藝術設計的興趣愛好。這樣的技能在生活中也經常一展身手，比如幫助實驗室做一些網頁設計和科研圖片製作的任務。
於是，化學的專業學習和對視覺藝術的愛好，一直是梁琰生活中的主題。在清華七年的求學生活中，他經常產生把這兩者結合起來的想法，但真正激發他從事科學可視化事業是他在美國學習期間的經歷。
這條道路究竟是怎樣的呢？借著梁琰參加「SELF格致論道」講壇第11期活動的機會，我有幸與他進行了面對面交流，揭秘美麗科學背後的故事。
記者：是什麼讓您將化和學視覺藝術結合起來？
梁琰：我特別喜歡電腦圖像和視覺設計，在學習化學的過程中，我發展有很多很漂亮的化學結構完全可以用視覺設計展現出來。所以，我一直想做一個與化學相關，能夠展現化學之美的網站。在相當長的一段時間內，我感興趣的方向一直在微觀的分子結構。對微觀結構的興趣也和我對計算機圖形圖像軟體的喜愛有關。我發現可以將這些分子結構導入到三維動畫軟體，渲染出漂亮的圖片或者動畫。2014年初，我來到中科大任職，同時又得到清華大學出版社的經費支持，終於可以實現我多年的願望，製作一個比較全面地展示化學之美的網站，即「美麗化學」網站。除了我一直關注的微觀化學結構外，我們決定增加化學反應部分，藉助微距攝影（我的另外一個愛好），拍攝出前人沒有達到過的效果。
（下圖是梁琰在2006年做的關於有機電子學的網站，也是他的博士論文研究方向，包括有機半導體分子結構和有機電子器件原理展示等。）
梁琰的有機半導體分子可視化作品（2006年）
記者：您到美國後，作為自由職業者，曾為研究人員提供科學圖像動畫諮詢服務，這段經歷中，哪些人和事情讓您印象深刻？
梁琰：在美國博士畢業後，我加入波士頓Digizyme公司工作了一年，之後做起了自由職業者，一直到我加入中國科學技術大學。
自由職業者這段時間讓我經受了很多磨鍊，收穫很多。自由職業者也可以說是「個體戶」，所有的事情都要自己打理，包括宣傳自己（做廣告），找客戶，做項目，負責自己的財務稅務，設法學習提高等等。雖然辛苦，但在這期間，有幸認識了包括MIT、哈佛大學、斯坦福大學、康奈爾大學等著名學府的頂尖研究人員。
雖然我已經離開了科研，但在為他們服務的過程中，仍能感受到科學發現的樂趣。印象最深的是我的第一個項目，是為MIT一位教授設計的Nano Letters雜誌封面，也是我第一個自由職業者項目。
項目完成後，客戶很滿意，而且雜誌那邊很快就確定接受了（雖然一年後才發表出來），這讓我自信心大增。另外當時我說這個項目我是不收費的，但最後這位教授還是付了我300美金，讓我很感動，這也是我作自由職業者的第一筆收入。
對我影響比較大的人有兩位，是當時已經在該領域小有名氣的專家，Felice Frankel和Janet Iwasa。她們接受了嚴格的科學訓練，但同時又熱愛藝術，甚至曾專門跑到好萊塢學了兩個月的動畫製作。在他們的鼓勵下，我開始認識到：原來這可以是一份工作！
梁琰第一個被接受的封面作品（2013年）
記者：在美國期間，您還曾參與iBooks《地球上的生命》這本書的製作，您個人有什麼收穫么？
梁琰：當時我所在的Digizyme公司是一個不到10個人的小公司，公司的員工大部分都有碩士或者博士學位，而且可以製作三維動畫，我是其中一員。這家公司吸引我加入原因，就是它要做《地球上的生命》這本高中生物數字教科書。在確定《地球上的生命》登錄蘋果iBooks平台之前，我們要做的就是向蘋果公司證明我們的能力。因為動畫和圖片非常多，我們每個人只負責其中一部分。在確定和蘋果公司合作後，我主要負責的，就是設計製作教科書中的動畫和圖片。
我覺得我很幸運，作為唯一一個中國人參與這本全新的數字教科書的開發，結識了很多非常優秀的跨界動畫師，也懂得了做這樣一個創新項目，需要付出怎樣的努力。
記者：國外科學可視化目前已經達到什麼樣的水平？與國外相比，我們的差距和發展空間是什麼？
梁琰：儘管在國內還很少聽到這樣的職業，但在美國，科學藝術家們的培養已經算是傳統。梁琰告訴記者，在著名的醫學聖殿約翰·霍普金斯大學，就有專門的醫學插畫碩士專業。一年級時所有人和醫學專業學生一樣，接受醫學基礎知識教育。也要一起下病房、上手術台觀摩，完成這些醫學訓練後，才是接受圖像設計等藝術訓練的課程。我覺得在國外，科學和藝術之間的聯繫比較緊密。在國內兩者之間比較割裂，可能是和我們文理分科的教育有關。
將複雜深奧的科學問題可視化，我的工作很容易被劃分為「科普」門類下。但事實上，科學可視化藝術家們所充當的角色，遠遠不止這麼簡單。我覺得中國科學傳播事業的發展將需要大量科學可視化人才。隨著這個方向越來被重視，會有更多人從事這個行業，做出優秀的作品。但文理分科始終是一個障礙。
記者：您認為好的科學可視化作品需要具備哪些條件？
梁琰：我覺得技術和硬體非常重要，但創意和圖像背後的故事、主題、內涵更加重要。就好比一部電影，再漂亮的圖像也取代不了優秀劇本的重要性。之前我們的視頻主要是漂亮。現在我們更重視的是我們的內容不但可以帶給觀眾美的享受，也可以引發他們的思考。
記者：您是如何進行微觀拍攝的，能否具體描述一下?
梁琰：我們主要使用微距攝影（單反或微單相機+微距鏡頭）拍攝。目前也開始使用顯微鏡進行拍攝，這樣可以拍攝到更加微觀的自然現象和結構。為了選取最美麗的化學結構，我前前後後閱讀了不下幾百篇科技文獻。其中提供了化學結構原子坐標的，可以直接導入3D軟體中，渲染三維圖像；沒有原子坐標的，只能一一向科研團隊索取。
讓我十分感動的是，這些團隊都給予了「美麗化學」項目極大的支持，美國喬治亞理工大學的柯勇剛教授和哈佛大學的尹鵬教授，向我無償提供了DNA納米飛船的原子坐標。經過渲染、整合，可以進行360度旋轉的分子結構，以及可以剝落一層層原子的晶體結構「站」在大家面前。互動技術可以更好地幫助理解複雜的化學結構。
氯化鈷在硅酸納溶液中的反應
記者：在微觀拍攝過程中，有哪些困難？
梁琰：很多時候，我們拍攝的對象是不完全受我們控制的，需要拍攝很多遍，才能捕捉到需要的鏡頭。另外很多鏡頭是出乎意料之外的，拍攝本身就是一個發現的過程。對於比較微觀的攝影，最難控制的一個因素是灰塵。灰塵在放大之後會非常顯眼，影響拍攝效果，但又很難在拍攝過程中完全杜絕灰塵的出現。
硝酸銀跟氯化鈉生成氯化銀的反應
記者：拍攝的原片和成片區別大么？後期製作有哪些工序？
梁琰：我們後期盡量不做太多的修飾，儘可能保持拍攝對象本身的細節和顏色。一般在後期進行簡單的調色（比如讓黑色背景完全變成黑色），去除灰塵，改變播放速度（讓很慢的反應變快）等。
記者：您是怎樣看待「科學可視化」的？
梁琰：科學是美麗而神奇的，但科學的美麗和神奇經常被隱藏在科技文獻和書籍之中，普通人無法接觸到，即使接觸到，也可能無法理解。通過科學可視化的手段，可以把科學的美麗和神奇更直觀的傳遞給更多人。
記者：「美麗化學」項目之後，您現在還做哪些與科學藝術相關的事？
梁琰：除了在中科大的特任副研究員身份，我也是一家創業公司「新知數媒」的聯合創始人和首席產品官。我們希望能通過這個公司，打造兩個品牌：「仟問學堂」，為K-12中小學生提供概念可視化與知識散點化的精品內容；「美麗科學」，為K-12 STEM教育和大眾科學傳播提供優質內容。
目前我主要負責的是「美麗科學」品牌，「仟問學堂」由我的大學同學王凱負責。「美麗科學」是「美麗化學」的一個自然延伸，我們開始涉及物理、生物等其他學科。公司化運營是我們的一次探索，我們相信只有公司化運營才能召集到最優秀的人才，做最優質的內容。另外我們也希望把「美麗科學」打造成一個像探索頻道那樣具有國際影響力的品牌。
我們希望能夠購買顯微鏡和高速攝影機等設備，以嶄新的視角展示化學的美麗。另外，目前化學結構部分的交互是由北京新港致遠公司完成的。我們也希望在將來的版本中，加入更多的互動技術，給用戶帶來全新的體驗和參與感。
記者：是什麼使您一直堅持這項事業？
梁琰：我非常熱愛我的事業，它把我所有喜歡的東西融合在一起，包括科學、視覺設計、遊戲、動漫、影視。通過做這個事業，我們也影響著很多年輕人，讓他們知道科學並不是枯燥無趣的，科學可以是很美麗的。
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