11600平方米的高清LED顯示屏，基于人工智能技術(shù)的影像識別跟蹤、基于交互引擎技術(shù)的實(shí)時(shí)渲染，全球首次在超過(guò)一萬(wàn)平方米地面上對超過(guò)600名演員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和互動(dòng)…

2022年北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式帶來(lái)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(lái)看看，這些精彩的節目背后有哪些科技手段在支撐。

一進(jìn)鳥(niǎo)巢，觀(guān)眾首先會(huì )被一塊超大的LED屏吸引。它平鋪在鳥(niǎo)巢中心，一直延伸到跑道，約1.16萬(wàn)平方米，是目前建成的世界最大的LED顯示屏，包含超過(guò)4萬(wàn)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(shí)技術(shù)來(lái)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(huà)面，增添空間感，打造出數字化高端演藝視效，是為此次開(kāi)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(kāi)幕式流光溢彩的會(huì )發(fā)光的舞臺就是由京東方提供。京東方采用多個(gè)8K+級分辨率的畫(huà)面融合技術(shù)，超大規模的光學(xué)校正算法可對每個(gè)顯示畫(huà)面進(jìn)行像素點(diǎn)級的光學(xué)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(huà)面。同時(shí)，通過(guò)搭載京東方自主研發(fā)的超大規模顯示模組控制與同步系統，還可實(shí)時(shí)捕捉演員行進(jìn)軌跡，實(shí)現畫(huà)面與演員的無(wú)縫互動(dòng)。

與地屏垂直的是一塊近60米高、20米寬的LED屏，叫做冰瀑。開(kāi)幕式中，一滴水墨滴下來(lái)，張藝謀解釋?zhuān)缤包S河之水天上來(lái)”，鋪滿(mǎn)全場(chǎng)，呈現出具有中國美學(xué)的畫(huà)面，令人驚艷。

負責演出裝置的副經(jīng)理劉記軍表示，平地豎起這樣一塊大屏并非易事，第一個(gè)考驗就是大風(fēng)。冰瀑建好后正是秋冬季節，場(chǎng)內的風(fēng)速足以把屏幕撕爛。冰瀑下面沒(méi)有地基，塔架無(wú)法生根，這么大面積的屏會(huì )不會(huì )被吹倒？

安全是首位的，劉記軍的團隊開(kāi)始研究鳥(niǎo)巢場(chǎng)內的風(fēng)如何刮，記錄了一二百種風(fēng)況，設置模擬實(shí)驗。最終考慮到風(fēng)的影響，屏幕的寬度從30米調整到20米，采用了透風(fēng)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?；蛟S若干年后，當我們回憶起2022年的春節，腦海中的第一個(gè)畫(huà)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(guān)眾來(lái)說(shuō)，北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式上最吸引眼球的是冰雪五環(huán)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(huì )，最終停在北京。6個(gè)冰球運動(dòng)員快速擊打，配合激光雕刻碎冰，最終一個(gè)冰五環(huán)顯出形來(lái)?？梢哉f(shuō)，當“冰立方”緩緩被激光“雕刻”成晶瑩璀璨的五環(huán)時(shí)，燃爆了現場(chǎng)，也點(diǎn)燃了屏幕前觀(guān)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(huà)題開(kāi)始了激烈的討論。

海淀高科技企業(yè)利亞德承擔了北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式地屏、冰瀑、冰立方、南北看臺屏和播放系統等裝置生產(chǎn)、安裝任務(wù)。據利亞德集團董事長(cháng)李軍介紹，“‘雕刻’的視覺(jué)是在激光與冰立方3D視效的結合下產(chǎn)生的”。

冰立方長(cháng)22米、寬7米、高10米，是由LED屏組成的。五環(huán)本身也是一個(gè)LED屏，當它亮相的時(shí)候，位于看臺4層的激光照射在冰立方上，對冰立方進(jìn)行“雕刻”，隨著(zhù)冰立方上部的頂蓋的下翻，配合著(zhù)激光的“雕刻”，底部的五環(huán)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(jué)效果，三方面完美配合，就形成了五環(huán)被一點(diǎn)點(diǎn)“雕刻”出來(lái)的視覺(jué)效果。

三維追蹤技術(shù)與地面自然互動(dòng)

在《致敬人民》和《雪花》節目中，我們看到風(fēng)雪特效和運動(dòng)員的配合天衣無(wú)縫，運動(dòng)員所到之處“風(fēng)雪消融”，看到地面大屏隨著(zhù)表演者的走動(dòng)出現新的畫(huà)面，還看到雪花與孩子們如影隨形，陪著(zhù)孩子們在舞臺上自由地移動(dòng)……一個(gè)疑問(wèn)產(chǎn)生了：為什么地面能夠與表演者互動(dòng)得如此自然？

國家體育場(chǎng)團隊科技創(chuàng )新經(jīng)理楊建棟介紹道，3DAT技術(shù)（三維運動(dòng)員追蹤技術(shù)）的運用是一大關(guān)鍵。這套系統的運作過(guò)程大致如下：整個(gè)系統大致包括攝像機系統、進(jìn)行計算機視覺(jué)和人工智能處理的服務(wù)器系統、后端進(jìn)行渲染的渲染系統。運行時(shí)，技術(shù)團隊通過(guò)安放在鳥(niǎo)巢看臺6層的4臺檢測度極高的攝像機覆蓋全場(chǎng)，以此采集場(chǎng)上演員的影像，判斷他們的位置，然后把位置信息和動(dòng)作信息反饋給渲染系統，渲染系統再按照導演設定的藝術(shù)效果，結合演員的位置、動(dòng)作、姿態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的現場(chǎng)合成。

一般來(lái)說(shuō)，3DAT技術(shù)多用于運動(dòng)員訓練，幫助教練員整理并提出科學(xué)訓練計劃和專(zhuān)業(yè)策略，“而這套系統是世界上首次把英特爾3DAT技術(shù)運用在演出中?！北本╇娪皩W(xué)院聲音學(xué)院院長(cháng)童雷、英特爾項目經(jīng)理賀郁馨說(shuō)，“這套系統難就難在它是實(shí)時(shí)的。這么長(cháng)的鏈條，要經(jīng)過(guò)幾套服務(wù)器，整個(gè)過(guò)程的延遲大概在100到200毫秒之間，所以從視覺(jué)上看起來(lái)，渲染效果就像是跟隨著(zhù)演員一樣，它給了導演們進(jìn)行更多藝術(shù)創(chuàng )作的空間?！?/p>

航天科技助力冬奧主火炬點(diǎn)燃

此次開(kāi)幕式之前，總導演張藝謀在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，“這次在點(diǎn)火和火炬上有一個(gè)重要改革，跟一百年以來(lái)都不一樣”，吊足了觀(guān)眾的胃口。

當雪花形狀的主火炬在萬(wàn)眾矚目下點(diǎn)燃，360度自動(dòng)旋轉展示，用獨特又浪漫的方式向全世界傳遞了低碳環(huán)保理念和中國文化自信時(shí)，不得不感嘆這極具創(chuàng )新和科技的點(diǎn)火儀式必將在奧運會(huì )火炬的歷史上留下濃墨重彩的一筆。

雖然主火炬的點(diǎn)火儀式看似簡(jiǎn)單短暫，但卻經(jīng)歷了半年時(shí)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(shù)，確保點(diǎn)火儀式的各個(gè)環(huán)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(zhù)陸試驗場(chǎng)內高40米、長(cháng)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(jìn)行適應性改造，以滿(mǎn)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(shí)主要用于航天器回收著(zhù)陸系統的著(zhù)陸沖擊試驗、繩帶沖擊試驗、彈傘開(kāi)傘試驗等，具有高強度、高可靠、操作便捷等特點(diǎn)。

試驗驗證過(guò)程中，為了更真實(shí)的模擬主火炬內場(chǎng)應用環(huán)境，降低外場(chǎng)自然風(fēng)及光線(xiàn)影響，508所項目團隊結合半個(gè)多世紀的航天器降落傘研制經(jīng)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(wǎng)，分別懸掛、固定于試驗塔架的西、北、東三個(gè)方向。

由于柔性材料本身剛度不夠，受風(fēng)力影響，防護網(wǎng)可能隨風(fēng)擺動(dòng)而影響試驗，項目團隊別具匠心，利用降落傘設計技術(shù)，在防護網(wǎng)周?chē)黾恿藦较驇Ш途曄驇гO計，并選用伸縮量小的繩帶作為系留繩，保證了防護網(wǎng)即使在大風(fēng)條件下依然保持穩定的張力和可靠性。

2022北京冬奧會(huì )秉承“綠色、共享、開(kāi)放、廉潔”的辦奧理念，以綠色發(fā)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(tài)環(huán)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(guò)程中的重要環(huán)節。為此，508所充分利用試驗場(chǎng)內具有防爆功能的航天器推進(jìn)劑加注間，增設強排風(fēng)系統，定時(shí)排風(fēng)，每日由專(zhuān)人負責檢查，保證氫氣瓶的存儲和使用過(guò)程安全可控。

正是在嚴格把關(guān)質(zhì)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(diǎn)火儀式。

三維仿真技術(shù)搭建開(kāi)幕式演出“大腦”

在北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式驚艷世界之前，它已經(jīng)在北京理工大學(xué)數字表演與仿真技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗室研發(fā)的平臺上排演了無(wú)數遍。

實(shí)驗室主任、北京理工大學(xué)計算機學(xué)院教授丁剛毅對開(kāi)幕式的流程，已經(jīng)熟諳于心。畢竟，40多人的團隊，為了冬奧會(huì )的開(kāi)閉幕式，已經(jīng)忙了一年半。

每一分鐘會(huì )發(fā)生什么，他都心中有數。此前，每一場(chǎng)彩排后的每一處改動(dòng)和調整，他的團隊都會(huì )立刻在平臺上做出相應改動(dòng)。

在這個(gè)神奇的平臺上，你能獲得關(guān)于開(kāi)幕式的最佳最全視角。

你會(huì )進(jìn)入一個(gè)復刻國家體育場(chǎng)的虛擬世界，這里有與開(kāi)幕式相關(guān)的所有要素。你會(huì )看到觀(guān)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(dòng)的精彩畫(huà)面；你會(huì )看到焰火升騰，五環(huán)升起；甚至還能看到開(kāi)幕式中不同節目的演員如何上場(chǎng)、表演和退場(chǎng)，看到整場(chǎng)演出精妙而復雜的調度。那些電視轉播里不會(huì )出現或者不會(huì )重點(diǎn)強調的鏡頭，在這里，你都能盡收眼底。

可以說(shuō)，它是一個(gè)有關(guān)冬奧會(huì )開(kāi)幕的投射，能實(shí)現表演全要素、全流程、全業(yè)務(wù)的集成與融合。

冬奧會(huì )開(kāi)閉幕式大型表演智能化創(chuàng )編排演一體化服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)，是科技冬奧的項目之一，由丁剛毅帶領(lǐng)的團隊牽頭完成。

它集成活動(dòng)策劃與智能創(chuàng )意系統、訓練彩排方案生成系統、表演預演系統、裝備協(xié)同控制系統和仿真轉播關(guān)鍵技術(shù)，形成了新一代表演全流程技術(shù)解決方案。其實(shí)，先進(jìn)的仿真技術(shù)，也是現在大熱的“元宇宙”概念中的關(guān)鍵技術(shù)。

平臺，就是演出的大腦，能把導演創(chuàng )作團隊的創(chuàng )意進(jìn)行拆解、細化，通過(guò)仿真數據，提煉成訓練手冊指導訓練?？芍笇а輪T、機器人、視頻投影等表演要素排練，保證表演在時(shí)間、空間上的一致性與準確性，幫助導演實(shí)時(shí)觀(guān)察演員和道具的姿態(tài)與隊形，演員也能迅速調整自身動(dòng)作，實(shí)時(shí)、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(shí)效果進(jìn)行三維呈現，協(xié)助導演決策及完善表演方案，確定最終方案。

這套技術(shù)還能為拍攝、轉播、直播方案制定技術(shù)服務(wù)，模擬出不同機位在不同時(shí)間點(diǎn)的拍攝效果。

演出或者儀式的順利進(jìn)行，在丁剛毅看來(lái)，就是聲音、演員和畫(huà)面的配合，時(shí)間和空間的吻合，多要素的卡點(diǎn)，全流程的推進(jìn)。虛擬仿真技術(shù)，大大提升了大型演出的排演效率。

冬奧開(kāi)幕式中的節目《立春》令人印象深刻。演員用手中的發(fā)光長(cháng)桿，做出了大地回春、萬(wàn)物生長(cháng)的圖景。

團隊成員閆大鵬介紹，一開(kāi)始，大家也想象不出來(lái)節目會(huì )是什么效果，表現力究竟如何。長(cháng)桿是軟的，揮舞時(shí)根據演員力道不同會(huì )形成自然的弧度。舞動(dòng)長(cháng)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(jué)呈現，還要兼顧不同觀(guān)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(gè)方案，前前后后調整了大半年時(shí)間?！?/p>

一次次的推翻重來(lái)，都是在虛擬仿真系統中完成的，無(wú)需演員反復試驗。

“我們就是要解決問(wèn)題?！倍傄惴磸蛷娬{。再先進(jìn)的系統，也要滿(mǎn)足真實(shí)需求。他們的平臺，在“高大上”的同時(shí)，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(gè)部門(mén)或團隊，大家的角度立場(chǎng)不同，常會(huì )因為對更好演出效果的追求產(chǎn)生爭執。比如，一個(gè)節目結束了，下一個(gè)節目要準備上場(chǎng)，鳥(niǎo)巢出入口只有四個(gè)，這邊演員要怎么退場(chǎng)，那邊演員要怎么進(jìn)場(chǎng)，究竟是你快一點(diǎn)，還是我慢一點(diǎn)……此時(shí)，虛擬仿真系統能對人流進(jìn)行模擬，為鬧矛盾的不同部門(mén)給出一個(gè)最優(yōu)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(huì )開(kāi)閉幕式，是北京理工大學(xué)這支數字表演與虛擬仿真團隊的又一次“實(shí)戰”。他們已經(jīng)為多場(chǎng)大型活動(dòng)提供了科技支撐：2008年奧運會(huì )開(kāi)幕式的“擊缶而歌”，2018年平昌冬奧會(huì )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(huì )的仿真建模和現場(chǎng)服務(wù)，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(lǐng)域的領(lǐng)軍者，技術(shù)達到國際國內領(lǐng)先水平。他們還手握多項核心專(zhuān)利：涉及人群行為規劃和人群行為仿真方法的系列專(zhuān)利，大型活動(dòng)人群仿真的核心技術(shù)，涉及虛擬攝像和直播方案仿真的系列專(zhuān)利，涉及虛擬舞臺的系列專(zhuān)利……

北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式結束了，它展現了中國人的浪漫美學(xué)，必將在奧運會(huì )開(kāi)幕式的歷史上留下濃重的印記。接下來(lái)，讓我們將目光投向奧運健兒們，祝愿他們能夠為國爭光，開(kāi)創(chuàng )中國冬奧新的篇章。