科技點(diǎn)亮精彩 創(chuàng)新助力奧運(yùn)
——走近平昌冬奧會北理工虛擬仿真團(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
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2018年2月25日晚,，第23屆冬季奧林匹克運(yùn)動會在韓國平昌落下帷幕,。按照慣例,，奧運(yùn)會閉幕式上會為下一屆奧運(yùn)主辦城市預(yù)留出8分鐘的表演展示時間,。
作為2022年冬奧會的主辦城市，北京此次帶來了一場名為“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,、動態(tài)視頻和玩偶等表演元素,，還首次使用了24個隱形機(jī)器人參與表演,，以此展現(xiàn)出冰雪運(yùn)動和中國文化的特點(diǎn),，完美地詮釋了2022年北京冬奧會的“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)國家重大活動的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合表演任務(wù)的特點(diǎn),，北京冬奧組委會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代中國風(fēng)采,，又代表著北京正式發(fā)出相約2022年的邀請函，標(biāo)志著冬奧會進(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“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,。”丁剛毅教授介紹說,。
“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)在時間、空間上的一致性與準(zhǔn)確性,。同時,，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)動軌跡之間的偏差并及時糾正，得以實(shí)時、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,。
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，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到外部環(huán)境。
排演現(xiàn)場的倒計(jì)時小程序
這樣的例子不勝枚舉,。比如，北理工團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了整個表演的數(shù)秒倒計(jì)時任務(wù),，確保排練過程中各項(xiàng)設(shè)備的時間統(tǒng)一；同時,，團(tuán)隊(duì)還“略施小計(jì)”,，開發(fā)了赴平昌倒計(jì)時專用小工具,，以此鼓勵整個表演團(tuán)隊(duì)，并營造一個積極向上的排練氛圍,。值得一提的是,，這個小程序還設(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，也一定有一個為其提供空間一展風(fēng)采的平臺,。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“臺上8分鐘,，臺下8年功”,。2010年，北京市教育委員會聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會,，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),、社會學(xué)等人文學(xué)科的交匯點(diǎn),，可謂是一個發(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,，針對數(shù)字表演與仿真交叉學(xué)科方向自身特點(diǎn),，瞄準(zhǔn)國際發(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，在數(shù)字媒體,、演藝科技、人群仿真等領(lǐng)域特色優(yōu)勢顯著,；取得了包括論文,、專利,、獎勵等多項(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,、中央歌劇院的協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,，對我國文化創(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)國家大型活動的數(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)力為國家盛典保駕護(hù)航,。
2008年北京奧運(yùn)會開幕式上,，“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“國慶60周年群眾游行仿真設(shè)計(jì)、訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)”“國慶60周年聯(lián)歡晚會數(shù)字仿真系統(tǒng)”“國家科技支撐計(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)國家盛典的抱負(fù)，與北京理工大學(xué)始終瞄準(zhǔn)國際科技前沿,，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求和國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)會結(jié)緣后,，北理工積極發(fā)揮科技優(yōu)勢，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、殘奧會開閉幕式中,，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”等煙花表演，給全世界觀眾帶來了無與倫比的驚喜,；奧運(yùn)會期間,，北理工技術(shù)團(tuán)隊(duì)還主持實(shí)施了國際奧運(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)行的國家最高目標(biāo)，兌現(xiàn)了中國政府的承諾,。
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”在京召開,。北理工充分發(fā)揮自身在新能源汽車領(lǐng)域的研究優(yōu)勢，組織力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),，徹底解決了電動汽車冬季續(xù)駛里程急劇下降、無法啟動等諸多難題,。而未來,，北理工人將繼續(xù)牽頭新能源汽車，以期為2022年北京冬奧會作出更大貢獻(xiàn),。
