文/ 李晶 编辑/吉菁菁
新媒体编辑/吕冰心
当地韶光 2 月 25 日，在 2018 年平昌冬奥会闭幕式上，平昌奥林匹克运动场上演了历时 8 分钟的“2022，相约北京”的文艺汇演 ：天下上最大却又最轻的熊猫木偶憨态可掬，由身着 LED 串灯衣饰的冰上运动员领路，时空倏忽交流，24 台智能机器人推着“冰屏”翩翩起舞……领悟了中国传统文化和诸多“黑科技”——“北京 8 分钟”是 2022 年北京冬奥会在世界奥运舞台上的初次亮相，瞬间聚焦了全天下的目光。
科技感十足的“北京 8 分钟”震荡民气，特殊是所有演出者与智能机器人之间、光影与滑动位置之间合营得都如此默契，“北京 8 分钟”是如何做到的？北京科技报带您走进北京理工大学虚拟仿真团队，为您揭秘光影盛宴背后的“幕后天机”。
▲参与平昌“北京8分钟”的北京理工大学丁刚毅（右五）团队的“百口福”（拍照/张星海）
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数字指挥演出，打算视觉效果
张艺谋导演希望在这次的“北京 8 分钟”的演出中强调高科技的光影盛宴背后的视觉打算技能融入，人工智能的参与。
▲张艺谋导演利用北京理工大学丁刚毅团队研制的“2018年平昌冬奥会北京文艺演出预演仿真系统”，从不同摄像头的角度展现演出效果
当 24 名轮滑少年，与 24 个携带“冰屏”的智能机器人，一同在舞台上留下绚丽滑行轨迹时，背后离不开的是“视觉打算技能”的成功利用。
由于导演组的创意设计参演要素多、创意过程繁芜、排练关联度高，整体排练程度十分繁芜。
2017 年 6 月， 北京冬奥组委委托北京理工大学软件学院院长丁刚毅组建了虚拟仿真团队，为“北京8分钟”演出供应创意编排和仿真技能保障。
▲2022年北京冬奥会举办期间正值中国春节，在春节期间编织中国结，是中国的传统习俗， 象征着联络、友爱和吉祥。图为文艺演出预演仿真系统打算出的“中国结”滑行轨迹。
按照导演组的创意设计，“北京 8 分钟”将展现麻花、中国结、龙、凤、橄榄枝、冬和 2022 等竹苞松茂的地面投影，且须要轮滑演出者恰到其时的动作合营，每一条光影都要由他们的轮滑动作牵引而出。以线条延伸表示浩瀚元素，线条该如何描述？演员移动如何跟上线条？每个演员的滑行路线、速率和韶光点如何准确定位？整体演出中，灯光、音响、演出内容如何合营？十余个工种如何准确对接？等等，这些问题都须要办理。
丁刚毅团队以演出创意数据化、模型化、系统化为核心设计理念，创新研发文艺演出预演系统和演习彩排与数字验证系统，在全体排练过程中充当了导演和编导组的“眼睛”和“指挥棒”。
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超越虚拟影像，仿真定制排练手册
丁刚毅见告，最初拿到的导演团队的构思，是一段 maya 软件制作的动画文件。这组动画勾勒出导演及主创团队力争呈现的整体效果，以及设想中每位演出者的运动轨迹。但动画文件与实际能够呈现的艺术效果还有很大的间隔。
▲maya软件制作的虚拟影像
“动画设计和仿真演出的最大差异在于，前者无需考虑可操作性，怎么流畅俊秀就怎么呈现。仿真演出系统内运行的都是真实的、可履行的数据，它的浸染是不断探求演员能力与导演构思的平衡点”，北京理工大学软件学院西席李鹏先容说。
Maya 动画中没有任何园地参考标志、职员定位、音乐节点等细节内容，仿真演出团队要把轮滑队员分组，利用数据把滑行速率及方向，滑行位置与音乐节点等打算出来。如人的极限速率，转弯必要的减速过程等，仿真系统要在人可能达到的运动界线，和导演及主创团队想要的演出效果中做出平衡。经由评估队员有能力做到这些动作时，再将系统内的数据形成排练方案、排练手册。
▲北京理工大学丁刚毅团队通过数据打算的演出者合演及单独排练的线路图形
“我们在编导的组织下与演出团队的带队老师合营，先让演出者带着传感器测试出体能、柔韧、转弯、滑行和全能各项数值的极限值，并将其导入系统中。根据导演的哀求，为每个演出者方案排练路线、方位和韶光节点。”李鹏见告，“每个人有一个自己的路径方案图，通过标注位置、速率、音乐时点等先做单人演习，然后单组演习，末了实现整体合练，提高了排练的效率 ；同时，在编排涌现修正时，也能及时打算出相应的调度方案，全体八分钟文艺演出是在导演创意思想辅导下由很多工种团队共同合营所完成的，我们在个中紧张是合营编导排练，在编导与演员之间用数字仿真技能建立起沟通互换的桥梁。”
李鹏还透露，这个仿真系统还具备比对评估功能。通过比拟可以找到差距，演习完往后，给予演出者反馈，哪些习气性缺点可以进一步避免，提高排练的精准度。
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33个机位仿照线上彩排
在演习彩排与数字验证系统根本上，丁刚毅团队又为导演组制作了“文艺演出预演系统”。利用定位系统，加入演员真实排练数据，融入灯光、音乐、道具、视频、场景等，对演出全要素进行了同比例的建模，实现了效果逼真的可视化线上“彩排”。
该系统精确仿照了平昌演出园地的全部 33 个机位，设定焦距变革参数，帮助导演准确把控、决策和完善演出方案，并在演出前帮助电视台进行现场转播镜头的分配，商定转播详细方案。
▲北京理工大学丁刚毅团队现场采集运动数据
丁刚毅表示，这支团队最大的事情特色便是在导演的创意和现场的履行间，填补中间的鸿沟。而李鹏则指出，团队利用仿真理念，采取专用仿真引擎进行实时渲染，在效率、交互性上有极大上风。正是这两套系统，以可视化的界面和图纸、视频等多种形式展现出演员的运动轨迹、位置信息、队形变革、运动速率等，帮助导演把控、决策及完善演出方案。既具有实际操作性，也实现了导演满意的效果。
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台上八分钟，台下十年功
丁刚毅见告，2008 年北京奥运会时，北京理工大学就曾参与开、闭幕式创意技能的研制，还由此向北京市教委申请设立了“数字演出与仿真技能”的交叉学科。
▲丁刚毅（右）和李鹏（左）在北京理工大学为讲述“2018年平昌冬奥会北京文艺演出预演仿真系统”的开拓情形及利用效果（拍照/张星海）
这次“北京 8 分钟”对付这支团队来说，完成难度并不大，紧张难度在于要在极短韶光内合营编导不断变革的创意思路。丁刚毅先容说，目前运用的数字演出体系架构已经开拓十年，个中包括演出的根本艺术技能，也有社会的特色。个中最主要确当属仿真建模。系统中灯光、音响都是按照仿真方法建立的几何模型，可以重复利用，也可以按需变动。除了空间建模和实体建模外，行为建模是相对分外的，技能本钱也较高，因而越是人多的场景，利用成本相对会越低。
事实上，目前这套系统已经可以实现实时交互。当前的演出，包括“北京 8 分钟”仍旧是音乐、灯光、舞台、投影等各要素按照韶光轴硬耦合在一起，并非由打算机算出的真正的数字演出内容。实时交互则是一种软耦合的状态，可以设定由音乐或动作，乃至是现场内容对演出的触动。如给演出者安装定位装置，通过打算机设定追光定位，无论演出者到达任何位置，追光都会与他相随。大略说，便是实时发生，实时演出。
实时交互的数字演出不再须要大规模刻板的演习，但其对付外部设备，如网络、卫星定位等的支持哀求却更高。因而，远赴韩国平昌的“北京 8 分钟”选择的是相对稳妥的演出方案。
精彩的“北京 8 分钟”已经将冬奥会正式带入了北京韶光。
丁刚毅表示 ：感谢“北京 8 分钟”主创团队给了我们这次用专业知识为国家贡献力量的机会。数字演出团队已经时候做好了准备，为 2022 年北京冬奥会开、闭幕式奉献又一次震荡演出。
（除署名外，其他图片均由北京理工大学虚拟仿真团队供应）
出品：科普中心厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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