科技點(diǎn)亮精彩 創(chuàng)新助力奧運(yùn)
——走近平昌冬奧會(huì)北理工虛擬仿真團(tuán)隊(duì)
發(fā)布日期：2018-04-20 供稿：《科學(xué)新聞》唐琳 攝影：計(jì)算機(jī)學(xué)院
編輯：王朝陽 審核：王征 閱讀次數(shù)：
2018年2月25日晚,，第23屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)在韓國(guó)平昌落下帷幕,。按照慣例,，奧運(yùn)會(huì)閉幕式上會(huì)為下一屆奧運(yùn)主辦城市預(yù)留出8分鐘的表演展示時(shí)間,。
作為2022年冬奧會(huì)的主辦城市,，北京此次帶來了一場(chǎng)名為“2022,，相約北京”的視覺盛宴：不僅綜合運(yùn)用了輪滑演員,、地面投影,、動(dòng)態(tài)視頻和玩偶等表演元素,，還首次使用了24個(gè)隱形機(jī)器人參與表演,，以此展現(xiàn)出冰雪運(yùn)動(dòng)和中國(guó)文化的特點(diǎn)，完美地詮釋了2022年北京冬奧會(huì)的“人文奧運(yùn)”和“科技奧運(yùn)”精神,。
人們?yōu)椤氨本?分鐘”的精彩絕倫拍手叫好,，但卻不知道，這8分鐘的成功,，是一群人努力的結(jié)果,。其中，有一支來自北京理工大學(xué)的科技團(tuán)隊(duì),，他們用數(shù)不清的8分鐘攻堅(jiān)克難,、自主創(chuàng)新，最終成功為“北京8分鐘”保駕護(hù)航,。
“8分鐘”的背后
北理工軟件學(xué)院丁剛毅團(tuán)隊(duì)與總導(dǎo)演張藝謀合影
2017年6月,，基于北理工多年來服務(wù)國(guó)家重大活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合表演任務(wù)的特點(diǎn),，北京冬奧組委會(huì)找到了北理工軟件學(xué)院丁剛毅教授團(tuán)隊(duì),，希望其能夠與北京電影學(xué)院聯(lián)合組建一支虛擬仿真團(tuán)隊(duì)，為北京在2018年冬奧會(huì)閉幕式上的表演提供技術(shù)支持與保障,。
這次表演任務(wù)的意義可謂深遠(yuǎn)而重大：它既是向世人展示無與倫比的新時(shí)代中國(guó)風(fēng)采,，又代表著北京正式發(fā)出相約2022年的邀請(qǐng)函，標(biāo)志著冬奧會(huì)進(jìn)入北京周期,。
因此,，接到任務(wù)后的北理工團(tuán)隊(duì)不敢有絲毫懈怠,，認(rèn)真準(zhǔn)備，在半年時(shí)間內(nèi)不斷細(xì)化預(yù)演系統(tǒng)的功能需求,，力求完美演繹總導(dǎo)演及其團(tuán)隊(duì)的作品創(chuàng)意,。尤其是自去年12月以來，技術(shù)團(tuán)隊(duì)更是克服嚴(yán)寒困難,，連續(xù)2個(gè)多月堅(jiān)持在室外低溫作業(yè),，協(xié)助導(dǎo)演組完成排演訓(xùn)練方案設(shè)計(jì)與實(shí)施工作。
針對(duì)“北京8分鐘”參演要素多,、創(chuàng)意過程復(fù)雜,、排練關(guān)聯(lián)度高等特點(diǎn)，北理工虛擬仿真團(tuán)隊(duì)利用影視虛擬制作技術(shù)和數(shù)字表演與仿真技術(shù),，自主研發(fā)了兩套全新的系統(tǒng)：文藝表演預(yù)演系統(tǒng)以及訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng),。
張藝謀總導(dǎo)演使用北理工研發(fā)的文藝表演預(yù)演系統(tǒng)進(jìn)行講解
“其中，文藝表演預(yù)演系統(tǒng)以可視化的界面和圖紙,、視頻等多種數(shù)據(jù)輸出載體,，將各種待選表演方案的真實(shí)效果進(jìn)行呈現(xiàn)，幫助導(dǎo)演把控,、決策及完善表演方案,，從而確定最終方案?！倍傄憬淌诮榻B說,。
“北京8分鐘”的演員運(yùn)用訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)學(xué)習(xí)滑行路線
而訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)則可將創(chuàng)意數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為執(zhí)行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)表演要素進(jìn)行排練,，并保證數(shù)據(jù)在時(shí)間,、空間上的一致性與準(zhǔn)確性。同時(shí),，它還能將執(zhí)行中修改的執(zhí)行數(shù)據(jù)在表演要素中同步,，幫助導(dǎo)演實(shí)時(shí)觀察演員和道具的隊(duì)形狀態(tài)以及演員的姿態(tài)，以便指導(dǎo)后續(xù)節(jié)目的編排,；演員也能迅速直觀地了解自身與理想運(yùn)動(dòng)軌跡之間的偏差并及時(shí)糾正,，得以實(shí)時(shí)、快速地熟悉表演方案,。
由于這兩套系統(tǒng)能夠根據(jù)表演創(chuàng)意方案,，將整場(chǎng)文藝表演的過程全部仿真，較好地保證了前期創(chuàng)意設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)排練工作的順利進(jìn)行,，因而得到了導(dǎo)演組和參演團(tuán)隊(duì)的一致好評(píng),。
從觀眾的角度而言，在此次“北京8分鐘”的表演中，最讓人印象深刻的還要數(shù)兩只萌萌的“大熊貓”了,。事實(shí)上,，它們的背后同樣有這支全能團(tuán)隊(duì)的技術(shù)支持。
虛擬仿真團(tuán)隊(duì)以北理工自主研發(fā)的雙目增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能眼鏡為基礎(chǔ),，創(chuàng)新性地對(duì)此次表演中的大熊貓道具進(jìn)行了“視覺改造”：為大熊貓道具的外掛攝像頭加裝云臺(tái),，并將其與內(nèi)部演員的智能眼鏡相結(jié)合，從而使演員在道具內(nèi)部也能無差別地觀測(cè)到外部環(huán)境,。
排演現(xiàn)場(chǎng)的倒計(jì)時(shí)小程序
這樣的例子不勝枚舉,。比如，北理工團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了整個(gè)表演的數(shù)秒倒計(jì)時(shí)任務(wù),，確保排練過程中各項(xiàng)設(shè)備的時(shí)間統(tǒng)一；同時(shí),，團(tuán)隊(duì)還“略施小計(jì)”,，開發(fā)了赴平昌倒計(jì)時(shí)專用小工具，以此鼓勵(lì)整個(gè)表演團(tuán)隊(duì),，并營(yíng)造一個(gè)積極向上的排練氛圍,。值得一提的是，這個(gè)小程序還設(shè)置了“每日之星”功能——系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)研判,，可自動(dòng)提取前一天表現(xiàn)最佳的演員予以展示,。
8年聚力 厚積薄發(fā)
一場(chǎng)完美演出的背后，一定有一支杰出的導(dǎo)演及技術(shù)團(tuán)隊(duì)默默付出,；而一支優(yōu)秀技術(shù)團(tuán)隊(duì)的身后,，也一定有一個(gè)為其提供空間一展風(fēng)采的平臺(tái)。此次成功完成冬奧任務(wù)的虛擬仿真團(tuán)隊(duì),，正是來自于北理工數(shù)字表演與仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,。
正所謂“臺(tái)上8分鐘，臺(tái)下8年功”,。2010年,，北京市教育委員會(huì)聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于增補(bǔ)北京地區(qū)普通高等學(xué)校北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的通知》,，數(shù)字表演與仿真技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批立項(xiàng),，由北京理工大學(xué)軟件學(xué)院負(fù)責(zé)承建。
提到數(shù)字表演與仿真技術(shù),，很多人依舊感到陌生,。這項(xiàng)技術(shù)是軟件工程、光學(xué)工程,、計(jì)算機(jī)科學(xué)等工程科學(xué)和藝術(shù)學(xué),、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等人文學(xué)科的交匯點(diǎn)，可謂是一個(gè)發(fā)展中的全新交叉學(xué)科,。
實(shí)驗(yàn)室以數(shù)字表演與仿真技術(shù)為主要研究方向,，以面向未來文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的重要科學(xué)問題為牽引，針對(duì)數(shù)字表演與仿真交叉學(xué)科方向自身特點(diǎn),，瞄準(zhǔn)國(guó)際發(fā)展前沿,，探索數(shù)字表演、智能創(chuàng)意的新概念,、新理論,、新方法和新技術(shù)，廣泛開展國(guó)際學(xué)術(shù)交流,，加強(qiáng)交叉學(xué)科建設(shè),，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，構(gòu)建一流學(xué)術(shù)隊(duì)伍,，致力于為北京社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)建設(shè)作出更多突出貢獻(xiàn),。
在8年的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)室碩果累累：擁有完整的數(shù)字表演理論體系與先進(jìn)的技術(shù)支撐平臺(tái),，在數(shù)字媒體,、演藝科技、人群仿真等領(lǐng)域特色優(yōu)勢(shì)顯著,；取得了包括論文,、專利、獎(jiǎng)勵(lì)等多項(xiàng)成果,，培養(yǎng)了大批新型復(fù)合型人才,；成立了與中央電視臺(tái)、中央歌劇院的協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,，對(duì)我國(guó)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的支撐促進(jìn)作用,。
而除此之外，實(shí)驗(yàn)室還承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家大型活動(dòng)的數(shù)字仿真系統(tǒng)的研發(fā),，用北理工人扎實(shí)的技術(shù)實(shí)力為國(guó)家盛典保駕護(hù)航,。
2008年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上，“文字”“太極”“星光”和人體“鳥巢”等亮點(diǎn)節(jié)目成功的背后,，都有北理工團(tuán)隊(duì)的努力與汗水,。此外，團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了包括“國(guó)慶60周年群眾游行仿真設(shè)計(jì),、訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)”“國(guó)慶60周年聯(lián)歡晚會(huì)數(shù)字仿真系統(tǒng)”“國(guó)家科技支撐計(jì)劃——舞美設(shè)計(jì)與布景彩排關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)”“抗戰(zhàn)70周年紀(jì)念大會(huì)觀禮人員服務(wù)管理系統(tǒng)研發(fā)和服務(wù)”以及“抗戰(zhàn)70周年紀(jì)念大會(huì)氣球施放設(shè)計(jì)和控制仿真系統(tǒng)”等在內(nèi)的一系列重大項(xiàng)目和任務(wù),，并連續(xù)9年以科技助力春晚。
數(shù)字表演與仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以科技創(chuàng)新服務(wù)國(guó)家盛典的抱負(fù),，與北京理工大學(xué)始終瞄準(zhǔn)國(guó)際科技前沿,，服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和國(guó)家安全重大需求的追求和使命可謂一脈相承。
自2008年與北京奧運(yùn)會(huì)結(jié)緣后，北理工積極發(fā)揮科技優(yōu)勢(shì),，服務(wù)奧運(yùn)事業(yè),，全力支持科技助力奧運(yùn)計(jì)劃，用一流的品質(zhì)為科技奧運(yùn)書寫下北理工的精彩筆觸,。
2008年北京奧運(yùn)會(huì),、殘奧會(huì)開閉幕式中，由北理工技術(shù)團(tuán)隊(duì)研制的“腳印”“奧運(yùn)五環(huán)”“倒計(jì)時(shí)”等煙花表演,，給全世界觀眾帶來了無與倫比的驚喜,；奧運(yùn)會(huì)期間，北理工技術(shù)團(tuán)隊(duì)還主持實(shí)施了國(guó)際奧運(yùn)史上首次奧運(yùn)中心區(qū)零排放公交工程,，實(shí)現(xiàn)了奧運(yùn)期間晝夜“零故障”可靠運(yùn)行的國(guó)家最高目標(biāo),，兌現(xiàn)了中國(guó)政府的承諾。
2017年8月31日,，“面向冬奧環(huán)境的新能源汽車與低溫電池技術(shù)成果發(fā)布會(huì)”在京召開,。北理工充分發(fā)揮自身在新能源汽車領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)，組織力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),，徹底解決了電動(dòng)汽車冬季續(xù)駛里程急劇下降、無法啟動(dòng)等諸多難題,。而未來,，北理工人將繼續(xù)牽頭新能源汽車，以期為2022年北京冬奧會(huì)作出更大貢獻(xiàn),。
