1. 개요

스탠리 오셔(Stanley Osher스탠리 오셔영어, 1942년 4월 24일 출생)는 미국의 저명한 수학자로, 충격파 포착, 레벨집합 방법, 그리고 컴퓨터 비전 및 영상 처리 분야의 편미분방정식(PDE) 기반 방법론에 대한 수많은 기여로 잘 알려져 있다. 오셔는 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA)의 교수로 재직 중이며, 순수 및 응용 수학 연구소(IPAM)의 특별 프로젝트 책임자이자 캘리포니아 나노시스템 연구소(CNSI)의 일원이다. 그의 연구는 계산 유체 역학, 영상 복원, 압축 센싱 등 다양한 과학 기술 분야의 발전에 핵심적인 영향을 미쳤다. 그는 특히 고해상도 수치 기법, 인터페이스 추적을 위한 레벨집합 방법, 그리고 전변동(Total Variation, TV) 기반 영상 처리 및 볼록 최적화 기법 개발에 선구적인 역할을 수행했다.
2. 생애
스탠리 오셔는 1942년 4월 24일에 태어났으며, 그의 학문적 경력은 수학 분야에서 깊이 있는 교육과 연구를 통해 형성되었다.
2.1. 출생 및 초기 생애
스탠리 오셔는 1942년 4월 24일에 미국에서 태어났다. 그의 초기 생애에 대한 구체적인 정보는 많지 않지만, 그는 일찍이 수학에 대한 재능을 보이며 학업에 매진했다.
2.2. 교육
오셔는 다음과 같은 교육 과정을 거쳤다.
- 1962년: 브루클린 칼리지에서 이학사(BS) 학위 취득.
- 1964년: 뉴욕 대학교에서 이학석사(MS) 학위 취득.
- 1966년: 뉴욕 대학교에서 박사(PhD) 학위 취득.
3. 수학적 기여
스탠리 오셔는 수치 해석 및 응용 수학 분야에서 혁신적인 방법론을 개발하고 발전시키며 광범위한 기여를 했다. 그의 연구는 유체 역학, 영상 처리, 컴퓨터 비전 등 다양한 분야에 걸쳐 실제적인 응용을 가능하게 했다.
3.1. 주요 연구 분야
오셔의 핵심 연구 관심사는 다음과 같다.
- 움직이는 전선을 계산하기 위한 레벨집합 방법.
- 쌍곡선 보존 법칙 및 해밀턴-야코비 방정식을 위한 근사 방법.
- 전변동(TV) 및 기타 편미분방정식(PDE) 기반 영상 처리 기법.
- 과학 계산.
- 응용 편미분방정식.
- L1/TV 기반 볼록 최적화.
3.2. 핵심 연구 방법론
오셔는 여러 중요한 수학적 방법론을 개발하거나 공동 개발하는 데 크게 기여했다.
3.2.1. 충격파 포착 및 고해상도 기법
오셔는 충격파와 급격한 기울기를 포함하는 유동을 계산하기 위한 고해상도 수치 기법의 개발에 선구적인 역할을 했다. 여기에는 하텐(Harten), 차크라바르티(Chakravarthy), 엥퀴스트(Engquist), 슈(Shu)와 함께 개발한 ENO 방법(Essentially Non-Oscillatory schemes)과 리우(Liu), 찬(Chan)과 함께 개발한 WENO 방법(Weighted ENO schemes)이 포함된다. 또한 오셔 스킴(Osher scheme)과 엥퀴스트-오셔 스킴(Engquist-Osher scheme)도 그의 중요한 기여이다. 이러한 방법론들은 해밀턴-야코비 방정식의 버전으로도 확장되었으며, 계산 유체 역학(CFD) 및 관련 분야에서 널리 사용되고 있다.
3.2.2. 레벨집합 방법
제임스 세티안(James Sethian)과 함께 개발한 레벨집합 방법(Level-set method)은 움직이는 인터페이스를 포착하는 데 사용되는 혁신적인 도구이다. 이 방법은 편미분방정식 기반 영상 처리 및 컴퓨터 비전에서 핵심적인 성공을 거두었으며, 미분 기하학, 영상 분할, 역문제, 최적 설계, 이중상 유동, 결정 성장, 박막 증착 및 식각 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.
3.2.3. PDE 기반 영상 처리
오셔는 전변동(TV) 기반 영상 복원(루딘(Rudin), 파테미(Fatemi)와 공동 개발) 및 충격 필터(루딘과 공동 개발)와 같은 편미분방정식(PDE) 기반 영상 처리 기법의 개척자이다. 이 방법들은 역문제 해결에도 사용되며, 영상 처리 분야에서 널리 적용되고 있다.
3.2.4. 볼록 최적화 기법
오셔는 L1 및 L1 관련 최적화 문제를 해결하기 위한 브레그만 반복(Bregman iteration) 및 증강 라그랑주 방법(Augmented Lagrangian method) 유형의 기법 개발에 기여했다. 이 방법들은 압축 센싱, 행렬 완성, 강건 주성분 분석 등과 같은 분야에서 근본적인 역할을 한다.
3.2.5. 해밀턴-야코비 방정식
그는 제어 이론 및 미분 게임에서 발생하는 해밀턴-야코비 방정식의 차원의 저주 문제를 극복하는 데 중요한 접근법을 제시했다.
3.3. 연구의 응용 분야
스탠리 오셔의 수학적 방법론은 이론적 기여를 넘어 다양한 실제 응용 분야에서 혁신을 이끌었다. 그의 고해상도 수치 기법은 항공우주 공학 및 기상 예측과 같은 분야의 계산 유체 역학에서 복잡한 유동 현상을 정확하게 모델링하는 데 필수적으로 사용된다. 레벨집합 방법은 의료 영상의 영상 분할, 컴퓨터 그래픽스의 3D 모델링, 그리고 재료 과학에서의 결정 성장 시뮬레이션에 광범위하게 적용된다. 또한, 그의 편미분방정식 기반 영상 처리 기법은 사진 복원, 노이즈 제거, 그리고 보안 시스템의 영상 분석 등에서 이미지 품질을 향상시키는 데 기여했다. 볼록 최적화 기법은 압축 센싱을 통해 자기공명영상(MRI)과 같은 대용량 데이터를 효율적으로 획득하고 재구성하는 데 활용되며, 데이터 과학 분야의 행렬 완성 및 강건 주성분 분석에도 중요한 기반을 제공한다. 이러한 응용들은 오셔의 연구가 순수 수학을 넘어 공학, 의학, 컴퓨터 과학 등 여러 학문 분야에 걸쳐 실질적인 문제 해결에 기여했음을 보여준다.
4. 학술 활동 및 경력
스탠리 오셔는 학계와 산업계에서 폭넓은 활동을 펼치며 수학 분야에 지대한 영향을 미쳤다.
4.1. 소속 기관
오셔는 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA)의 교수로 재직하며 활발한 연구 및 교육 활동을 이어가고 있다. 그는 또한 순수 및 응용 수학 연구소(IPAM)의 특별 프로젝트 책임자이자 캘리포니아 나노시스템 연구소(CNSI)의 회원으로 활동하며 학제 간 연구를 장려하고 있다.
4.2. 창업 및 기업 활동
오셔는 자신의 연구 성과를 바탕으로 세 개의 성공적인 기업을 공동 창업하거나 설립했다.
- 코그니텍(Cognitech): 루딘(Rudin)과 함께 공동 설립.
- 레벨 세트 시스템즈(Level Set Systems)
- 루미네슨트 테크놀로지스(Luminescent Technologies): 엘리 야블로노비치(Eli Yablonovitch)와 함께 공동 설립.
4.3. 지도 및 멘토링
오셔는 학문적 후속 세대 양성에도 크게 기여했다. 그는 최소 53명의 박사 과정 학생들의 논문 지도 교수를 맡았으며, 그의 학문적 계보를 잇는 후학은 188명에 달한다. 또한 그는 수많은 응용 수학자들의 박사후 연구원 지도 및 공동 연구자로서 활동했다. 그의 박사 과정 학생들은 학계, 산업계, 연구소 등 다양한 분야에 고르게 진출하여 수학적 및 계산적 도구를 산업 또는 과학 응용 분야에 적용하는 데 기여하고 있다.
5. 수상 및 영예
스탠리 오셔는 그의 뛰어난 학문적 업적을 인정받아 수많은 상과 영예를 얻었다.
- 2018년: 미국 공학 한림원(NAE) 회원 선출
- 2016년: 윌리엄 벤터 응용 수학상(William Benter Prize in Applied Mathematics)
- 2014년: 카를 프리드리히 가우스 상(Carl Friedrich Gauss Prize)
- 2013년: 산업 및 응용 수학회(SIAM) 존 폰 노이만 강연상(John von Neumann Lecture prize)
- 2013년: 미국 수학회(American Mathematical Society) 펠로우 선출
- 2010년: 세계 수학자 대회(International Congress of Mathematicians) 전체 강연자(Plenary speaker)
- 2009년: 미국 예술 과학 아카데미(American Academy of Arts and Sciences) 회원 선출
- 2009년: 산업 및 응용 수학회(SIAM) 펠로우 선출
- 2009년: 홍콩 침례 대학교(Hong Kong Baptist University) 명예 박사 학위
- 2007년: 국제 중국 수학자 대회(International Congress of Chinese Mathematicians) 국제 협력상
- 2007년: 미국 계산 역학 협회(United States Association for Computational Mechanics) 계산 및 응용 과학상
- 2006년: 프랑스 에콜 노르말 쉬페리외르 드 카샹(École Normale Supérieure de Cachan) 명예 박사 학위(Docteur Honoris Causa)
- 2005년: 미국 과학 한림원(NAS) 회원 선출
- 2005년: 산업 및 응용 수학회(SIAM) 클라인만 상(Kleinman Prize)
- 2003년: 산업 및 응용 수학 국제 회의(ICIAM) 파이오니어 상(Pioneer Prize)
- 2002년: 일본 기계 공학회(Japan Society of Mechanical Engineering) 계산 역학상
- 1992년: 미국 항공 우주국(NASA) 공공 서비스 단체 공로상
- 1986년: 미국-이스라엘 BSF 펠로우
- 1982년: SERC 펠로우십(영국)
- 1972년-1974년: 알프레드 P. 슬론 재단 슬론 연구 펠로우
- 1971년: 풀브라이트 프로그램 펠로우
6. 저서
스탠리 오셔는 그의 주요 연구 분야에 대한 여러 권의 중요한 서적을 저술하거나 공동 저술했다.
- Level set methods and dynamic implicit surfaces레벨집합 방법과 동적 암시적 표면영어 (2003): 레벨집합 방법과 동적 암시적 표면에 대한 그의 핵심적인 연구를 집대성한 서적이다. 이 책은 레벨집합 방법의 이론적 기초와 다양한 응용 분야를 상세히 다룬다.
- Geometric level set methods in imaging, vision, and graphics영상, 시각, 그래픽스 분야의 기하학적 레벨집합 방법영어 (2003): 이 책은 영상 처리, 컴퓨터 비전, 컴퓨터 그래픽스 분야에서 기하학적 레벨집합 방법의 적용에 초점을 맞추고 있다. 실제 문제 해결에 레벨집합 방법이 어떻게 활용될 수 있는지를 보여준다.
- Splitting methods in communication, imaging, science, and engineering통신, 영상, 과학, 공학 분야의 분할 방법영어 (2016): R. 글로윈스키(Glowinski)와 공동 저술한 이 책은 통신, 영상 처리, 과학 및 공학 분야에서 분할 방법론의 중요성과 적용을 탐구한다.
7. 영향 및 평가
스탠리 오셔는 응용 수학 분야에서 가장 영향력 있는 연구자 중 한 명으로 평가받는다. 그는 충격파 포착, 레벨집합 방법, 편미분방정식 기반 영상 처리 및 볼록 최적화 등 여러 핵심 분야에서 혁신적인 수치 기법을 개발하며 학문적 지평을 넓혔다. 그의 방법론들은 계산 유체 역학, 컴퓨터 비전, 의료 영상, 데이터 과학 등 광범위한 과학 및 공학 분야에 걸쳐 필수적인 도구로 자리 잡았다. 특히, 그가 개발한 알고리즘들은 복잡한 실제 문제를 해결하는 데 있어 높은 정확성과 효율성을 제공하여 수많은 연구자와 실무자들에게 영감을 주었다. 그는 ISI 고인용 연구자로 등재되어 있으며, 이는 그의 연구가 학계에 미친 지대한 영향력을 입증한다. 또한, 50명 이상의 박사 과정 학생들을 지도하고 수많은 박사후 연구원들과 협력하며 학문적 계보를 이어가는 등 후학 양성에도 크게 기여했다. 그의 연구는 학계의 발전을 넘어 세 개의 성공적인 기업 창업으로 이어져 이론적 지식이 실제 산업 응용으로 확장되는 데 중요한 역할을 했다.
8. 관련 인물
- 제임스 세티안(James Sethian): 레벨집합 방법의 공동 개발자.
- 하텐(Harten), 차크라바르티(Chakravarthy), 엥퀴스트(Engquist), 슈(Shu): ENO 방법 공동 개발자.
- 리우(Liu), 찬(Chan): WENO 방법 공동 개발자.
- 루딘(Rudin), 파테미(Fatemi): 전변동 기반 영상 복원 및 충격 필터 공동 개발자. 루딘과는 코그니텍(Cognitech)을 공동 설립.
- 엘리 야블로노비치(Eli Yablonovitch): 루미네슨트 테크놀로지스(Luminescent Technologies) 공동 설립자.
- R. 글로윈스키(Glowinski): 저서 'Splitting methods in communication, imaging, science, and engineering'의 공동 저자.