11600平方米的高清LED顯示屏，基于人工智能技術的影像識別跟蹤、基于交互引擎技術的實時渲染，全球首次在超過一萬平方米地面上對超過600名演員進行實時跟蹤和互動…
2022年北京冬奧會開幕式帶來了太多絕美瞬間，其背后是用科技的手段將中國人的浪漫展現得淋漓盡。下面就讓我們一起來看看，這些精彩的節目背后有哪些科技手段在支撐。
一進鳥巢，觀眾首先會被一塊超大的LED屏吸引。它平鋪在鳥巢中心，一直延伸到跑道，約1.16萬平方米，是目前建成的世界最大的LED顯示屏，包含超過4萬塊的LED模塊，不僅能完美地呈現各種特效，還可結合虛擬現實技術來使用，完全顛覆了傳統的演出舞臺空間結構，可變換成多面凸屏，延伸畫面，增添空間感，打造出數字化高端演藝視效，是為此次開幕式量身打造的分辨率高、刷新率高的地屏展示項目。
據@京東方BOE 官微消息，此次開幕式流光溢彩的會發光的舞臺就是由京東方提供。京東方采用多個8K+級分辨率的畫面融合技術，超大規模的光學校正算法可對每個顯示畫面進行像素點級的光學校正，可呈現出100000:1超高對比度，3840Hz超高刷新率，以及29900x15096超高分辨率的超高清絢麗畫面。同時，通過搭載京東方自主研發的超大規模顯示模組控制與同步系統，還可實時捕捉演員行進軌跡，實現畫面與演員的無縫互動。
與地屏垂直的是一塊近60米高、20米寬的LED屏，叫做冰瀑。開幕式中，一滴水墨滴下來，張藝謀解釋，如同“黃河之水天上來”，鋪滿全場，呈現出具有中國美學的畫面，令人驚艷。
負責演出裝置的副經理劉記軍表示，平地豎起這樣一塊大屏并非易事，第一個考驗就是大風。冰瀑建好后正是秋冬季節，場內的風速足以把屏幕撕爛。冰瀑下面沒有地基，塔架無法生根，這么大面積的屏會不會被吹倒？
安全是首位的，劉記軍的團隊開始研究鳥巢場內的風如何刮，記錄了一二百種風況，設置模擬實驗。最終考慮到風的影響，屏幕的寬度從30米調整到20米，采用了透風的格柵屏。
得益于團隊的細致嚴謹，最終冰瀑的呈現效果非常抓人眼球。或許若干年后，當我們回憶起2022年的春節，腦海中的第一個畫面就是從天而降的冰瀑。
激光與3D視效“雕刻”冰立方
對于許多觀眾來說，北京冬奧會開幕式上最吸引眼球的是冰雪五環的出現。
空中的一滴水墨凝結成冰，一塊冰立方從地下升起，24道激光在上面回顧24屆冬奧會，最終停在北京。6個冰球運動員快速擊打，配合激光雕刻碎冰，最終一個冰五環顯出形來。可以說，當“冰立方”緩緩被激光“雕刻”成晶瑩璀璨的五環時，燃爆了現場，也點燃了屏幕前觀眾的激情。
“雕刻的是真冰還是假冰”在微博上，一些人就這一話題開始了激烈的討論。
海淀高科技企業利亞德承擔了北京冬奧會開幕式地屏、冰瀑、冰立方、南北看臺屏和播放系統等裝置生產、安裝任務。據利亞德集團董事長李軍介紹，“‘雕刻’的視覺是在激光與冰立方3D視效的結合下產生的”。
冰立方長22米、寬7米、高10米，是由LED屏組成的。五環本身也是一個LED屏，當它亮相的時候，位于看臺4層的激光照射在冰立方上，對冰立方進行“雕刻”，隨著冰立方上部的頂蓋的下翻，配合著激光的“雕刻”，底部的五環緩緩上升，冰立方四面的LED屏一邊緩緩下降，一邊播放冰渣四濺的三維視覺效果，三方面完美配合，就形成了五環被一點點“雕刻”出來的視覺效果。
三維追蹤技術與地面自然互動
在《致敬人民》和《雪花》節目中，我們看到風雪特效和運動員的配合天衣無縫，運動員所到之處“風雪消融”，看到地面大屏隨著表演者的走動出現新的畫面，還看到雪花與孩子們如影隨形，陪著孩子們在舞臺上自由地移動……一個疑問產生了：為什么地面能夠與表演者互動得如此自然？
國家體育場團隊科技創新經理楊建棟介紹道，3DAT技術（三維運動員追蹤技術）的運用是一大關鍵。這套系統的運作過程大致如下：整個系統大致包括攝像機系統、進行計算機視覺和人工智能處理的服務器系統、后端進行渲染的渲染系統。運行時，技術團隊通過安放在鳥巢看臺6層的4臺檢測度極高的攝像機覆蓋全場，以此采集場上演員的影像，判斷他們的位置，然后把位置信息和動作信息反饋給渲染系統，渲染系統再按照導演設定的藝術效果，結合演員的位置、動作、姿態，進行實時的現場合成。
一般來說，3DAT技術多用于運動員訓練，幫助教練員整理并提出科學訓練計劃和專業策略，“而這套系統是世界上首次把英特爾3DAT技術運用在演出中。”北京電影學院聲音學院院長童雷、英特爾項目經理賀郁馨說，“這套系統難就難在它是實時的。這么長的鏈條，要經過幾套服務器，整個過程的延遲大概在100到200毫秒之間，所以從視覺上看起來，渲染效果就像是跟隨著演員一樣，它給了導演們進行更多藝術創作的空間。”
航天科技助力冬奧主火炬點燃
此次開幕式之前，總導演張藝謀在接受采訪時表示，“這次在點火和火炬上有一個重要改革，跟一百年以來都不一樣”，吊足了觀眾的胃口。
當雪花形狀的主火炬在萬眾矚目下點燃，360度自動旋轉展示，用獨特又浪漫的方式向全世界傳遞了低碳環保理念和中國文化自信時，不得不感嘆這極具創新和科技的點火儀式必將在奧運會火炬的歷史上留下濃墨重彩的一筆。
雖然主火炬的點火儀式看似簡單短暫，但卻經歷了半年時間的驗證，航天科技集團五院運用成熟的航天器試驗驗證技術，確保點火儀式的各個環節可靠、順暢。
為了保證主火炬的有效起吊高度和承載需求，五院508所選用航天器回收著陸試驗場內高40米、長25米、寬15米的沖擊試驗塔架作為試驗主裝置，并對機械結構和電力系統進行適應性改造，以滿足主火炬及其吊掛機構的安裝要求和試驗要求。該試驗塔架平時主要用于航天器回收著陸系統的著陸沖擊試驗、繩帶沖擊試驗、彈傘開傘試驗等，具有高強度、高可靠、操作便捷等特點。
試驗驗證過程中，為了更真實的模擬主火炬內場應用環境，降低外場自然風及光線影響，508所項目團隊結合半個多世紀的航天器降落傘研制經驗，選用具有特殊性能的航天器用特紡柔性材料，制成總面積約3000平方米的三面防護網，分別懸掛、固定于試驗塔架的西、北、東三個方向。
由于柔性材料本身剛度不夠，受風力影響，防護網可能隨風擺動而影響試驗，項目團隊別具匠心，利用降落傘設計技術，在防護網周圍增加了徑向帶和緯向帶設計，并選用伸縮量小的繩帶作為系留繩，保證了防護網即使在大風條件下依然保持穩定的張力和可靠性。
2022北京冬奧會秉承“綠色、共享、開放、廉潔”的辦奧理念，以綠色發展和綠色辦奧相結合，打造“綠色化”“低碳化”“智能化”“數字化”的生態環保理念。主火炬的燃料為氫氣，氫氣瓶的安全存儲也是試驗過程中的重要環節。為此，508所充分利用試驗場內具有防爆功能的航天器推進劑加注間，增設強排風系統，定時排風，每日由專人負責檢查，保證氫氣瓶的存儲和使用過程安全可控。
正是在嚴格把關質量的航天精神的保障下，才最終呈現了精彩絕倫、舉世矚目的主火炬點火儀式。
三維仿真技術搭建開幕式演出“大腦”
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。
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。
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。可指導演員、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。
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，全流程的推進。虛擬仿真技術，大大提升了大型演出的排演效率。
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。”
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。
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水平。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……
北京冬奧會開幕式結束了，它展現了中國人的浪漫美學，必將在奧運會開幕式的歷史上留下濃重的印記。接下來，讓我們將目光投向奧運健兒們，祝愿他們能夠為國爭光，開創中國冬奧新的篇章。
