为冬奥会开幕式，他们搭建了一个虚拟“世界” - 显控热点

为冬奥会开幕式，他们搭建了一个虚拟“世界”

2022-02-07 11:02:36

来源：科技日报文中图片由北京理工大学提供

本次“虚拟鸟巢”的科技创意，由北理工完成。早在2019年10月，作为服务国家盛典的“国家队”，北京理工大学计算机学院数字表演与仿真技术团队就开始参与到冬奥会、冬残奥会开闭幕式的创意工作中。北理工师生们采用原创的“智能化创编排演一体化”系统，按照开幕式导演组要求，打造了全仿真的“虚拟鸟巢”，本次仿真精确到每一位演员的位置、动作、步伐速度……精确到开幕式的每分每秒，为开幕式的策划、设计和排练，提供了有力的科技支撑。

“虚拟开幕式”仿真图

在本次冬奥开幕式上，一块近一万平方米的“大地屏”惊艳世界。这块分辨率达到16K的地屏，铺满了整个国家体育场中心区域，地屏与立屏联结一体，配合开幕式演出，呈现震撼的视觉效果。在地屏绚丽变化的背后，却是“海量”的数据计算。对于高帧率16K的计算机图形动画生成任务，必须采用高性能GPU和CPU服务器集群，仅三分钟的素材便50G左右，具体渲染时间根据素材的复杂程度，可能达到数十天。面对这一全新挑战，北京理工大学和中央电视台自主研发了渲染集群管理软件，可以实现任务自动分配、结果自动通知上传等功能，集群渲染速度提高了30倍以上，该软件为节目修改的突发情况提供了应急保障。

本次冬奥开幕式每一个精彩镜头的背后，都有北理工的科技保障。开幕式转播机位镜头效果仿真，也是北理工团队所打造的。冬奥会开幕式仿真系统，模拟出34个不同转播机位，通过对开幕式的“全虚仿”，对不同转播机位在不同时间点的拍摄效果进行了效果仿真。

此外，北理工还为鸟巢上空的绚烂焰火注入科技力量。北京理工大学机电学院焰火技术团队，为协助导演创意团队讲好“一朵雪花的故事”，在焰火创意的技术实现、产品选择、效果试验、燃放编排设计等方面提供了有力的技术支持。开场的高空特效焰火“立春”和花束特效“SPRING”，宣布开幕时闪烁发光的巨大“迎客松”，都离不开北理工立体烟火技术。

在北京冬奥会开幕式惊艳世界之前，它已经在北京理工大学数字表演与仿真技术北京市重点实验室研发的平台上，排演了无数遍。

冬奥会开幕式央视直播截图

实验室主任、北京理工大学计算机学院教授丁刚毅对开幕式的流程，已经熟谙于心。毕竟，40多人的团队，为了冬奥会的开闭幕式，已经忙了一年半。
每一分钟会发生什么，他都心中有数。此前，每一场彩排后的每一处改动和调整，他的团队都会立刻在平台上做出相应改动。

在这个神奇的平台上，你能获得关于开幕式的最佳最全视角。
你会进入一个复刻国家体育场的虚拟世界，这里有与开幕式相关的所有要素。你会看到观众席、灯带、主舞台和震撼人心的超大型LED屏幕；你也能看到地屏和竖屏上流动的精彩画面；你会看到焰火升腾，五环升起；甚至还能看到开幕式中不同节目的演员如何上场、表演和退场，看到整场演出精妙而复杂的调度。那些电视转播里不会出现或者不会重点强调的镜头，在这里，你都能尽收眼底。

鸟巢仿真

可以说，它是一个有关冬奥会开幕的投射，能实现表演全要素、全流程、全业务的集成与融合。
冬奥会开闭幕式大型表演智能化创编排演一体化服务平台关键技术，是科技冬奥的项目之一，由丁刚毅带领的团队牵头完成。
它集成活动策划与智能创意系统、训练彩排方案生成系统、表演预演系统、装备协同控制系统和仿真转播关键技术，形成了新一代表演全流程技术解决方案。其实，先进的仿真技术，也是现在大热的“元宇宙”概念中的关键技术。
平台，就是演出的大脑，能把导演创作团队的创意进行拆解、细化，通过仿真数据，提炼成训练手册指导训练。可指导演员、机器人、视频投影等表演要素排练，保证表演在时间、空间上的一致性与准确性，帮助导演实时观察演员和道具的姿态与队形，演员也能迅速调整自身动作，实时、快速地熟悉表演方案。

系统界面

预演系统以可视化的界面和图纸、视频等多种数据输出载体，将各种表演方案的真实效果进行三维呈现，协助导演决策及完善表演方案，确定最终方案。
这套技术还能为拍摄、转播、直播方案制定的技术服务，模拟出不同机位在不同时间点的拍摄效果。
演出或者仪式的顺利进行，在丁刚毅看来，就是声音、演员和画面的配合，时间和空间的吻合，多要素的卡点，全流程地推进。虚拟仿真技术，大大提升了大型演出的排演效率。

五环展示时多机位镜头模拟效果

冬奥开幕式中的节目《立春》令人印象深刻。演员用手中的发光长杆，做出了大地回春、万物生长的图景。
团队成员闫大鹏介绍，一开始，大家也想象不出来节目会是什么效果，表现力究竟如何。长杆是软的，挥舞时根据演员力道不同会形成自然的弧度。舞动长杆，要整齐，但也要有舒展感；要散，但不能乱。而且，这一舞蹈的视觉呈现，还要兼顾不同观众的视角。于是，在导演的指导和编导们的共同努力下，团队用算法模拟出了多种队形和挥杆方式的组合，“出了几百个方案，前前后后调整了大半年时间”。

系统界面

一次次的推翻重来，都是在虚拟仿真系统中完成的，无需演员反复试验。
“我们就是要解决问题。”丁刚毅反复强调。再先进的系统，也要满足真实需求。他们的平台，在“高大上”的同时，也接地气，还能成为很多矛盾冲突的“调解员”。
一台大型演出，涉及几十个部门或团队，大家的角度立场不同，常会因为对更好演出效果的追求产生争执。比如，一个节目结束了，下一个节目要准备上场，鸟巢出入口只有四个，这边演员要怎么退场，那边演员要怎么进场，究竟是你快一点，还是我慢一点……此时，虚拟仿真系统能对人流进行模拟，为闹矛盾的不同部门给出一个最优解决方案，并让他们在系统上就能看到调整后的效果。

团队成员在工作

北京冬奥会开闭幕式，是北京理工大学这支数字表演与虚拟仿真团队的又一次“实战”。他们已经为多场大型活动提供了科技支撑：2008年奥运会开幕式的“击缶而歌”，2018年平昌冬奥会的“北京八分钟”，2019年国庆盛典虚拟仿真演练，2021年建党百年庆祝大会的仿真建模和现场服务，还有2010-2022年中央电视台春晚数字舞台仿真……
团队已是数字表演领域的领军者，技术达到国际国内领先。他们还手握多项核心专利：涉及人群行为规划和人群行为仿真方法的系列专利，大型活动人群仿真的核心技术，涉及虚拟摄像和直播方案仿真的系列专利，涉及虚拟舞台的系列专利……
丁刚毅告诉科技日报记者，利用虚拟仿真智能技术，他们协助导演团队实现北京冬奥会“简约、安全、精彩”的办赛要求。“我们也在建设智能表演交叉学科，培养人才，锻炼队伍，继续服务国家大型活动。”丁刚毅表示，未来，他们希望以多种形式，用技术推动演出产业升级和生产模式变革。

关键词：
虚拟鸟巢

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