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為冬奧會開幕式，他們搭建了一個虛擬“世界”

2022-02-07 11:02:36

來源：科技日報 文中圖片由北京理工大學提供

本次“虛擬鳥巢”的科技創意，由北理工完成。早在2019年10月，作為服務國家盛典的“國家隊”，北京理工大學計算機學院數字表演與仿真技術團隊就開始參與到冬奧會、冬殘奧會開閉幕式的創意工作中。北理工師生們采用原創的“智能化創編排演一體化”系統，按照開幕式導演組要求，打造了全仿真的“虛擬鳥巢”，本次仿真精確到每一位演員的位置、動作、步伐速度……精確到開幕式的每分每秒，為開幕式的策劃、設計和排練，提供了有力的科技支撐。
 

“虛擬開幕式”仿真圖

       在本次冬奧開幕式上，一塊近一萬平方米的“大地屏”驚艷世界。這塊分辨率達到16K的地屏，鋪滿了整個國家體育場中心區域，地屏與立屏聯結一體，配合開幕式演出，呈現震撼的視覺效果。在地屏絢麗變化的背后，卻是“海量”的數據計算。對于高幀率16K的計算機圖形動畫生成任務，必須采用高性能GPU和CPU服務器集群，僅三分鐘的素材便50G左右，具體渲染時間根據素材的復雜程度，可能達到數十天。面對這一全新挑戰，北京理工大學和中央電視臺自主研發了渲染集群管理軟件，可以實現任務自動分配、結果自動通知上傳等功能，集群渲染速度提高了30倍以上，該軟件為節目修改的突發情況提供了應急保障。
 

 
       本次冬奧開幕式每一個精彩鏡頭的背后，都有北理工的科技保障。開幕式轉播機位鏡頭效果仿真，也是北理工團隊所打造的。冬奧會開幕式仿真系統，模擬出34個不同轉播機位，通過對開幕式的“全虛仿”，對不同轉播機位在不同時間點的拍攝效果進行了效果仿真。
 

 
       此外，北理工還為鳥巢上空的絢爛焰火注入科技力量。北京理工大學機電學院焰火技術團隊，為協助導演創意團隊講好“一朵雪花的故事”，在焰火創意的技術實現、產品選擇、效果試驗、燃放編排設計等方面提供了有力的技術支持。開場的高空特效焰火“立春”和花束特效“SPRING”，宣布開幕時閃爍發光的巨大“迎客松”，都離不開北理工立體煙火技術。
 

 
          在北京冬奧會開幕式驚艷世界之前，它已經在北京理工大學數字表演與仿真技術北京市重點實驗室研發的平臺上，排演了無數遍。
 

冬奧會開幕式央視直播截圖
 
        實驗室主任、北京理工大學計算機學院教授丁剛毅對開幕式的流程，已經熟諳于心。畢竟，40多人的團隊，為了冬奧會的開閉幕式，已經忙了一年半。
        每一分鐘會發生什么，他都心中有數。此前，每一場彩排后的每一處改動和調整，他的團隊都會立刻在平臺上做出相應改動。
 

 
        在這個神奇的平臺上，你能獲得關于開幕式的最佳最全視角。
        你會進入一個復刻國家體育場的虛擬世界，這里有與開幕式相關的所有要素。你會看到觀眾席、燈帶、主舞臺和震撼人心的超大型LED屏幕；你也能看到地屏和豎屏上流動的精彩畫面；你會看到焰火升騰，五環升起；甚至還能看到開幕式中不同節目的演員如何上場、表演和退場，看到整場演出精妙而復雜的調度。那些電視轉播里不會出現或者不會重點強調的鏡頭，在這里，你都能盡收眼底。


鳥巢仿真

       可以說，它是一個有關冬奧會開幕的投射，能實現表演全要素、全流程、全業務的集成與融合。
       冬奧會開閉幕式大型表演智能化創編排演一體化服務平臺關鍵技術，是科技冬奧的項目之一，由丁剛毅帶領的團隊牽頭完成。
        它集成活動策劃與智能創意系統、訓練彩排方案生成系統、表演預演系統、裝備協同控制系統和仿真轉播關鍵技術，形成了新一代表演全流程技術解決方案。其實，先進的仿真技術，也是現在大熱的“元宇宙”概念中的關鍵技術。
        平臺，就是演出的大腦，能把導演創作團隊的創意進行拆解、細化，通過仿真數據，提煉成訓練手冊指導訓練?？芍笇а輪T、機器人、視頻投影等表演要素排練，保證表演在時間、空間上的一致性與準確性，幫助導演實時觀察演員和道具的姿態與隊形，演員也能迅速調整自身動作，實時、快速地熟悉表演方案。
 

系統界面
 
        預演系統以可視化的界面和圖紙、視頻等多種數據輸出載體，將各種表演方案的真實效果進行三維呈現，協助導演決策及完善表演方案，確定最終方案。
        這套技術還能為拍攝、轉播、直播方案制定的技術服務，模擬出不同機位在不同時間點的拍攝效果。
        演出或者儀式的順利進行，在丁剛毅看來，就是聲音、演員和畫面的配合，時間和空間的吻合，多要素的卡點，全流程地推進。虛擬仿真技術，大大提升了大型演出的排演效率。


五環展示時多機位鏡頭模擬效果
 
         冬奧開幕式中的節目《立春》令人印象深刻。演員用手中的發光長桿，做出了大地回春、萬物生長的圖景。
         團隊成員閆大鵬介紹，一開始，大家也想象不出來節目會是什么效果，表現力究竟如何。長桿是軟的，揮舞時根據演員力道不同會形成自然的弧度。舞動長桿，要整齊，但也要有舒展感；要散，但不能亂。而且，這一舞蹈的視覺呈現，還要兼顧不同觀眾的視角。于是，在導演的指導和編導們的共同努力下，團隊用算法模擬出了多種隊形和揮桿方式的組合，“出了幾百個方案，前前后后調整了大半年時間”。
 

系統界面
 
         一次次的推翻重來，都是在虛擬仿真系統中完成的，無需演員反復試驗。
         “我們就是要解決問題。”丁剛毅反復強調。再先進的系統，也要滿足真實需求。他們的平臺，在“高大上”的同時，也接地氣，還能成為很多矛盾沖突的“調解員”。
         一臺大型演出，涉及幾十個部門或團隊，大家的角度立場不同，常會因為對更好演出效果的追求產生爭執。比如，一個節目結束了，下一個節目要準備上場，鳥巢出入口只有四個，這邊演員要怎么退場，那邊演員要怎么進場，究竟是你快一點，還是我慢一點……此時，虛擬仿真系統能對人流進行模擬，為鬧矛盾的不同部門給出一個最優解決方案，并讓他們在系統上就能看到調整后的效果。
 

團隊成員在工作

       北京冬奧會開閉幕式，是北京理工大學這支數字表演與虛擬仿真團隊的又一次“實戰”。他們已經為多場大型活動提供了科技支撐：2008年奧運會開幕式的“擊缶而歌”，2018年平昌冬奧會的“北京八分鐘”，2019年國慶盛典虛擬仿真演練，2021年建黨百年慶祝大會的仿真建模和現場服務，還有2010-2022年中央電視臺春晚數字舞臺仿真……
         團隊已是數字表演領域的領軍者，技術達到國際國內領先。他們還手握多項核心專利：涉及人群行為規劃和人群行為仿真方法的系列專利，大型活動人群仿真的核心技術，涉及虛擬攝像和直播方案仿真的系列專利，涉及虛擬舞臺的系列專利……  
         丁剛毅告訴科技日報記者，利用虛擬仿真智能技術，他們協助導演團隊實現北京冬奧會“簡約、安全、精彩”的辦賽要求。“我們也在建設智能表演交叉學科，培養人才，鍛煉隊伍，繼續服務國家大型活動。”丁剛毅表示，未來，他們希望以多種形式，用技術推動演出產業升級和生產模式變革。
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