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精彩“8分钟”背后的精彩

——走近北理工虚拟仿真团队

供稿: 《科学新闻》杂志 唐琳 党委宣传部 王朝阳 王征 摄影: 计算机学院 编辑: 王朝阳
(2018-04-30) 阅读次数:
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  2018年2月25日晚,第23届冬季奥林匹克运动会在韩国平昌落下帷幕。按照惯例,奥运会闭幕式上会为下一届奥运主办城市预留出8分钟的表演展示时间。

  作为2022年冬奥会的主办城市,北京此次带来了一场名为“2022,相约北京”的视觉盛宴:不仅综合运用了轮滑演员、地面投影、动态视频和玩偶等表演元素,还首次使用了24个隐形机器人参与表演,以此展现出冰雪运动和中国文化的特点,完美地诠释了2022年北京冬奥会的“人文奥运”和“科技奥运”精神。

  人们为“北京8分钟”的精彩绝伦拍手叫好,但却不知道,这8分钟的成功,是一群人努力的结果。其中,有一支来自优德w88官网【手机版】 的科技团队,他们凭借源于军工品质的过硬技术,推动学科深度交叉融合,用数不清的8分钟攻坚克难、自主创新,最终成功为“北京8分钟”保驾护航。他们就是北理工虚拟仿真团队。

“8分钟”的背后

丁刚毅团队与总导演张艺谋合影

  2017年6月,基于北理工多年来服务国家重大活动的经验和技术优势,结合表演任务的特点,北京冬奥组委会找到了北理工丁刚毅教授领衔的虚拟仿真团队,希望其能够联合北京电影学院,为北京在2018年冬奥会闭幕式上的表演提供技术支持与保障。

  这次表演任务的意义可谓深远而重大:它既是向世人展示无与伦比的新时代中国风采,又代表着北京正式发出相约2022年的邀请函,标志着冬奥会进入北京周期。

  因此,接到任务后的北理工团队不敢有丝毫懈怠,认真准备,在半年时间内不断细化预演系统的功能需求,力求完美演绎总导演及其团队的作品创意。尤其是自去年12月以来,技术团队更是克服严寒困难,连续2个多月坚持在室外低温作业,协助导演组完成排演训练方案设计与实施工作。

  针对“北京8分钟”参演要素多、创意过程复杂、排练关联度高等特点,北理工虚拟仿真团队利用影视虚拟制作技术和数字表演与仿真技术,自主研发了两套全新的系统:文艺表演预演系统以及训练彩排与数字验证系统。

张艺谋总导演使用北理工研发的文艺表演预演系统进行讲解

  “其中,文艺表演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,将各种待选表演方案的真实效果进行呈现,帮助导演把控、决策及完善表演方案,从而确定最终方案。”丁刚毅教授介绍说。

“北京8分钟”的演员运用训练彩排与数字验证系统学习滑行路线

  而训练彩排与数字验证系统则可将创意数据转化为执行数据,指导表演要素进行排练,并保证数据在时间、空间上的一致性与准确性。同时,它还能将执行中修改的执行数据在表演要素中同步,帮助导演实时观察演员和道具的队形状态以及演员的姿态,以便指导后续节目的编排;演员也能迅速直观地了解自身与理想运动轨迹之间的偏差并及时纠正,得以实时、快速地熟悉表演方案。

  由于这两套系统能够根据表演创意方案,将整场文艺表演的过程全部仿真,较好地保证了前期创意设计与现场排练工作的顺利进行,因而得到了导演组和参演团队的一致好评。

  从观众的角度而言,在此次“北京8分钟”的表演中,最让人印象深刻的还要数两只萌萌的“大熊猫”了。事实上,它们的背后同样有这支全能团队的技术支持。

  虚拟仿真团队以北理工自主研发的双目增强现实智能眼镜为基础,创新性地对此次表演中的大熊猫道具进行了“视觉改造”:为大熊猫道具的外挂摄像头加装云台,并将其与内部演员的智能眼镜相结合,从而使演员在道具内部也能无差别地观测到外部环境。

排演现场的倒计时小程序

  北理工团队还承担了整个表演的数秒倒计时任务,确保排练过程中各项设备的时间统一;同时,团队还“略施小计”,开发了赴平昌倒计时专用小工具,以此鼓励整个表演团队,并营造一个积极向上的排练氛围。值得一提的是,这个小程序还设置了“每日之星”功能——系统通过数据研判,可自动提取前一天表现最佳的演员予以展示。

8分钟,从2008走来

  “数字表演仿真技术其实是由北京奥运会带动起来的。” 团队成员李鹏老师介绍道。

  2006年,当北京奥运会开闭幕式筹备工作全面启动之际,导演组便找到了丁刚毅,希望北理工能够发挥科研优势,为奥运辅助编排工作进行技术上的准备。能得到这份信任,丁刚毅非常自豪,但他也清楚地认识到当时研发团队的不足:“那时我们的原型系统只能勉强满足奥运表演需求的30%,万人级别的人群渲染还不成熟。”

  面向剧场和十运会的几十人、几百人的动态模拟系统在北京奥运会导演团队千人、万人级别的宏大艺术构想下显得有些捉襟见肘,“这意味着模拟仿真系统需要大规模的升级,这在当时无疑是非常艰巨的任务。”为了在技术上尽快达标,他们升级了系统引擎和硬件系统,弥补原始大型仿真系统在大规模人群渲染上的不足。除此之外,他们还与导演组一起,让仿真系统在奥运会的排演设计中“唱主角”。在往届奥运会中,由于场面相对简单,多采用动画手段进行模拟处理,还原现实场景,仿真编排往往是处于一个辅助的地位,而北京奥运会“要满足万人级别的人群动态模拟,必须借助数字模拟仿真系统”。摆在丁刚毅面前的难题又多了一个——技术和操作上往届奥运会并没有可循之道,“等于是在摸着石头过河”。

  除了技术上需要尽快实现突破,让丁刚毅感到压力的还有业内的竞争,“在人群仿真领域,国内还有五、六家单位拥有自己独立的系统,他们也在为奥运做技术上的准备。”这些潜在的竞争对手让北理工团队的担子又重了一些。

  2007年4月,一些已经确定下来的开幕式节目在北京周边开始封闭式训练,丁刚毅带领团队随行提供技术支持。随着训练的逐步深入,一些排演中的实际问题也渐渐暴露出来。“当时导演团队分为高台导演和现场导演,高台导演总揽全局,负责整体上的指挥,现场导演则分插到演员中间,进行细节上的指导。现场导演由于置身于人群之中,缺乏整体感,无法准确地理解高台导演的意图,排练效率不高。”团队成员张龙飞老师介绍道。

  此时,北理工的技术优势和军工作风显露出来,团队结合排演中的实际问题,迅速研发了一套智能监控系统,通过组建无线局域网系统和监控摄像系统的全角度拍摄,完成导演们的同步交互指挥。现场导演们通过平板电脑,直接接收来自高台的全景图,并可以对地图的任意一点进行实时缩放、拉伸,“如此一来,现场导演有了全局概念,更容易贯彻高台导演的指令。”正是这个看似不起眼,但却很实用的监控摄像系统,让团队得到了导演组的初步认可,获得了一个不错的印象分。

  2007年8月24日,优德w88官网【手机版】 组织技术项目的汇报与研讨,为了验证这套系统的精确性与实用性,团队特意对雅典奥运会的开幕式进行了模拟仿真,用数字模型还原雅典现场。“当时开闭幕式工作部张和平部长、张艺谋总导演、陈维亚副总导演、张继钢副总导演听取了报告。没想到会如此顺利,我们演示了30分钟,汇报了10分钟,导演组便一致通过了,9月18日奥组委便下达了任务书。”从此,北理工团队正式担负起了奥运开闭幕式仿真模拟工作的重任。

  2008年北京奥运会开幕式上,“文字”“太极”“星光”和人体“鸟巢”等亮点节目成功的背后,都有北理工团队的努力与汗水。正是以北京奥运会为起点,从2008到2018,丁刚毅带着最初用于军事战场仿真的“黑科技”,走向军民融合,走向国家重大活动,走向国际化,在更加宽广的舞台上,演绎款款精彩。

8年聚力 锤炼硬功

  一场完美演出的背后,一定有一支杰出的导演及技术团队的默默付出;而一支优秀技术团队的身后,也一定有自己不同凡响的故事。

  正所谓“台上8分钟,台下8年功”。2010年,北京市教育委员会联合北京市科学技术委员会,联合下发了《关于增补北京地区普通高等学校北京市重点实验室的通知》,数字表演与仿真技术北京市重点实验室获批立项,这对团队来说是一座发展建设史上的里程碑。

  提到数字表演与仿真技术,很多人依旧感到陌生。这项技术是软件工程、光学工程、计算机科学等工程科学和艺术学、心理学、社会学等人文学科的交汇点,可谓是一个发展中的全新交叉学科。

  “近年来,国家格外重视发展文化产业和科技产业,学校也高度重视推动新型学科交叉发展,我们积累的技术和经验大有可为。”丁刚毅带领实验室以数字表演与仿真技术为主要研究方向,以面向未来文化创意产业的重要科学问题为牵引,针对数字表演与仿真交叉学科方向自身特点,瞄准国际发展前沿,探索数字表演、智能创意的新概念、新理论、新方法和新技术,广泛开展国际学术交流,加强交叉学科建设,培养创新性人才,构建一流学术队伍,致力于为北京社会经济发展和文化创意产业建设作出更多突出贡献。

  在8年的发展过程中,实验室可谓硕果累累:拥有完整的数字表演理论体系与先进的技术支撑平台,在数字媒体、演艺科技、人群仿真等领域特色优势显著;取得了包括论文、专利、奖励等多项成果,培养了大批新型复合型人才;成立了与中央电视台、中央歌剧院的协同创新实验室,对我国文化创意产业的发展起到重要的支撑促进作用。

  正是有了重点实验室平台的支持,虚拟仿真团队厚积薄发,技术实力不断增长,陆续承担了多项国家大型活动的数字仿真系统的研发,用北理工人扎实的技术实力为国家盛典保驾护航。

  北京奥运会后,团队承担了包括“国庆60周年群众游行仿真设计、训练与指挥系统”“国庆60周年联欢晚会数字仿真系统”“国家科技支撑计划——舞美设计与布景彩排关键技术研究与系统”“抗战70周年纪念大会观礼人员服务管理系统研发和服务”以及“抗战70周年纪念大会气球施放设计和控制仿真系统”等在内的一系列重大项目和任务,并连续9年科技助力春晚。

北理工为抗战胜利70周年阅兵活动提供技术保障

  这其中,让团队记忆犹新的一场“硬仗”,当属2015年为抗战胜利70周年阅兵活动提供技术保障,团队成员李立杰把它比喻成“一场速度与智力的比拼”。此次阅兵活动中,由于观礼人群规模较大,如何使人群安全有序的集结与疏散,是影响阅兵活动成败的关键因素之一。因此,团队要开发出一套全新的观众人员信息管理和坐席安排分配系统,实现对观礼人群的科学合理布局。但是,前所未有的挑战也摆在了团队面前,由于保密要求,留给团队4名师生的开发时间仅有1个月,并且要进行无网化封闭式开发,这意味着代码要从“0字符”写起,北理工人的“硬功夫”,经受住了考验。

  “我们每天都会熬夜,通宵也成了工作的常态。原来的工作模式是各部委用近一个月的时间碰头,把人员进行上报、筛查、归档直至确认,我们的系统试运行后,仅用1天时间就完成了对4万观礼人员信息的去重和坐席分配,极大节约了时间和人力成本。”李立杰回忆起当时的情景,感慨而自豪。经此一战,北理工团队的高效和水平,获得了各方认可,“特别能吃苦、特别能战斗”也成为了北理工人闪亮的标签。

  2022年,北京将举行冬奥会,北京也将成为历史上第一个既举办夏奥会又举办冬奥会的城市,北理工将接续奋进,瞄准世界科技前沿、服务国家重大战略,书写“奥运有我”的辉煌。在新时代,北理工人将把初心和使命,化作频传的捷报,成为建设中国特色世界一流大学最坚实的基石。

  (本文素材来源于《科学新闻》杂志、人民日报、光明日报、电脑报等,由党委宣传部整理、补充采访而成。) 


(审核:蔺伟)