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看得見的中國(guó)崛起，冬奧開幕式背后黑科技起底。
芯東西2月5日?qǐng)?bào)道，昨晚，2022年北京冬奧會(huì)開幕式圓滿舉行，在這立春時(shí)節(jié)，向世界人民奉獻(xiàn)了一場(chǎng)無(wú)與倫比的視覺(jué)盛宴。北京冬奧會(huì)開幕式總導(dǎo)演張藝謀用了4個(gè)詞來(lái)形容今晚的開幕式“空靈、浪漫、現(xiàn)代、科技”。據(jù)他介紹，北京冬奧會(huì)開幕式和點(diǎn)火都是雪花的故事，完全不同的雪花匯聚到北京，成為一朵人類的雪花。
北京冬奧會(huì)開幕式全程都使用了數(shù)字表演與仿真技術(shù)，在虛擬的鳥巢（國(guó)家體育場(chǎng)）先模擬呈現(xiàn)，最后才落地到現(xiàn)實(shí)世界中，并通過(guò)綜合運(yùn)用人工智能、5G、AR、裸眼3D和云等多種科技成果，實(shí)現(xiàn)了“人少而不空，空靈而浪漫”的效果。這也是全球首次規(guī)?；瘧?yīng)用8K技術(shù)進(jìn)行開幕式直播和重點(diǎn)賽事報(bào)道，將聯(lián)合5G網(wǎng)絡(luò)全方位呈現(xiàn)一場(chǎng)身臨其境的冰雪視覺(jué)盛宴。
此外，整個(gè)鳥巢超大地屏首次實(shí)現(xiàn)全LED影像，以取代傳統(tǒng)的地屏投影，畫質(zhì)達(dá)到16K。在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的高強(qiáng)度排演及冬季零下30攝氏度的極端低溫雨雪天氣，地面顯示系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，向世界完美呈現(xiàn)夢(mèng)幻逼真的科技之美。
目前已知這些黑科技背后涉及到京東方、英特爾、國(guó)家航天系統(tǒng)和石油系統(tǒng)的科技企業(yè)等國(guó)內(nèi)外多家科技公司，國(guó)內(nèi)公司的貢獻(xiàn)尤其亮眼。
01.虛實(shí)結(jié)合，冰立方破冰成奧運(yùn)五環(huán)
本屆冬奧開幕式力求簡(jiǎn)約、安全、精彩。開幕式全程接近2小時(shí)，參與人員約3000人，遠(yuǎn)少于2008年北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)的1.5萬(wàn)人。在開幕式前的熱場(chǎng)環(huán)節(jié)中，深圳展示出多番科技大秀。其10萬(wàn)流明激光投射燈投射出各式團(tuán)，點(diǎn)亮深圳夜空，隨后2022架無(wú)人機(jī)隊(duì)伍緩緩升起，展現(xiàn)出漫天的雪花，通過(guò)矩陣組合變換，組成“冰墩墩”和“雪容融”兩個(gè)冬奧吉祥物。與此同時(shí)，深圳城市樓宇燈光變化，形成了裸眼3D視覺(jué)效果。最后冬奧運(yùn)動(dòng)智能機(jī)器人身著56個(gè)民族服飾，揮動(dòng)著冬奧旗幟登場(chǎng)，有的還化身滑雪滑冰運(yùn)動(dòng)員，為冬奧會(huì)開幕式先行暖場(chǎng)。
杭州的四足機(jī)器人“福虎”則是排成“冬奧會(huì)”隊(duì)列“熱情”地跳起了舞，將科技元素與歡慶氣氛融為一體。
20點(diǎn)04分，別出心裁的24節(jié)氣倒計(jì)時(shí)歸零，北京冬奧會(huì)開幕式在鳥巢正式開始。第一個(gè)開幕式節(jié)目以綠意盎然的表演來(lái)代表立春節(jié)氣，表演者穿著綠衣組成方陣，揮舞著綠色的長(zhǎng)枝條，配合燈光等特效，模擬出小草蓬勃生長(zhǎng)，預(yù)示著萬(wàn)物復(fù)蘇，生機(jī)勃勃。
慢慢地，綠色枝條變成白色，與地面屏幕結(jié)合“變化”出一朵蒲公英。
隨后，一個(gè)小男孩的剪影出現(xiàn)在地面屏幕左側(cè)，只見他輕吹一口氣，虛擬的蒲公英種子便飛向夜空，幻化作璀璨的煙火，灑滿大地。
在國(guó)旗入場(chǎng)和奏國(guó)歌環(huán)節(jié)之后，現(xiàn)場(chǎng)豎屏上，一滴冰藍(lán)色的水墨從天而降，它幻化成黃河之水，傾瀉而下，整個(gè)場(chǎng)地都奔騰著滾滾而來(lái)的黃河之水。
這塊豎屏是一塊近60米高、20米寬的LED屏，名為“冰瀑”。要在平地豎起這樣一塊大屏，一大考驗(yàn)是大風(fēng)，秋冬季節(jié)的場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速足以將屏幕撕爛，為此技術(shù)團(tuán)隊(duì)記錄了一兩百種風(fēng)況來(lái)攻堅(jiān)這一技術(shù)難題。
此次開幕式的舞臺(tái)地面是目前最大的8K超高清地面顯示系統(tǒng)，整體面積達(dá)10393平方米，京東方采用多個(gè)8K+級(jí)分辨率的畫面融合技術(shù)，超大規(guī)模的光學(xué)校正算法可對(duì)每個(gè)顯示畫面進(jìn)行像素點(diǎn)級(jí)的光學(xué)校正，可呈現(xiàn)出100000:1超高對(duì)比度，3840Hz超高刷新率，以及29900x15096超高分辨率的超高清絢麗畫面。
蓬勃的黃河之水慢慢冰凍，然后出現(xiàn)了一個(gè)巨大的近3層樓高的立方體冰塊（冰立方），歷屆冬奧會(huì)的標(biāo)志隨著激光刻刀逐一被雕刻出來(lái)。
最后顯示的是北京冬奧會(huì)的名字，這時(shí)出現(xiàn)6位冰球運(yùn)動(dòng)員，他們揮動(dòng)冰球桿將虛擬冰球擊向冰立方。
隨著虛擬冰球來(lái)回撞擊之后，冰立方開始碎裂，一個(gè)晶瑩剔透的冰雪五環(huán)破冰而出。這個(gè)冰雪五環(huán)內(nèi)部裝有電池，全部為內(nèi)部供電。破冰，寓意著打破隔閡，互相走近，大家融為一體。冰立方破冰，不過(guò)僅僅43秒。但在這個(gè)虛實(shí)結(jié)合的演出背后，離不開200多人、700多天經(jīng)歷上百次仿真試驗(yàn)的日夜奮戰(zhàn)。
通體冰瑩的冰立方，總重量400噸，升降重量達(dá)180噸，大約是一輛小汽車重量的120倍。在這個(gè)84m x 42m x 10m的基坑內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)的升降載荷超過(guò)了一般劇院大型升降臺(tái)的8倍，是整個(gè)開閉幕式最大功率的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。負(fù)責(zé)冬奧開幕式舞臺(tái)總承的長(zhǎng)征天民研制團(tuán)隊(duì)，在場(chǎng)地受限的情況下，通過(guò)精確控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)16條鏈條、16條鋼絲繩組成的4套同步傳動(dòng)單元，讓冰立方的升降定位精度控制在±1mm。
北京長(zhǎng)征天民專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)解釋稱，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用三維虛擬設(shè)計(jì)、演出視覺(jué)效果渲染對(duì)比、半實(shí)物仿真技術(shù)等方式，降低了五環(huán)展示環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)物投產(chǎn)成本。奧運(yùn)五環(huán)的驚艷亮相，還離不開航天技術(shù)的支撐。據(jù)悉，五環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是異形、大跨距、低剛度，其設(shè)計(jì)與火箭研制異曲同工。
因此，長(zhǎng)征天民參照航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些方法，以鋁合金桁架結(jié)構(gòu)為骨骼，以LED顯示屏為衣服，以擴(kuò)散板為外套，讓五環(huán)也跟火箭的箭體一樣既堅(jiān)又輕。設(shè)計(jì)人員采用雙屏異性拼接LED可編程顯示裝置，并做好了顯示方面的備份，供電和播控系統(tǒng)也都是兩套，保證奧運(yùn)五環(huán)的成果展示。
02.視覺(jué)技術(shù)首創(chuàng)！超600人AI實(shí)時(shí)動(dòng)捕互動(dòng)
每個(gè)國(guó)家或地區(qū)的代表隊(duì)入場(chǎng)時(shí)都有一個(gè)雪花形狀的引導(dǎo)牌，在中國(guó)代表隊(duì)入場(chǎng)后，引導(dǎo)員手拿雪花引導(dǎo)牌匯聚在一起，此時(shí)虛擬的雪花也開始顯現(xiàn)。
隨著引導(dǎo)員的動(dòng)作變化，近百朵寫著各國(guó)（地區(qū)）名字的虛擬雪花也開始匯聚在一起，橄欖枝將小雪花變化成大雪花，大雪花在鳥巢中自由飛舞，一個(gè)虛擬地球慢慢顯現(xiàn)。
虛擬的大雪花慢慢消失一個(gè)大雪花形態(tài)的主火炬臺(tái)慢慢升起，這個(gè)主火炬臺(tái)直徑有14.89米，由96塊小雪花形狀和6塊橄欖枝形狀的LED雙面屏組成，上面嵌著超55萬(wàn)顆LED燈珠，每個(gè)LED燈珠都由驅(qū)動(dòng)芯片的單一信道獨(dú)立控制。
為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演組火炬臺(tái)要像“鉆石般璀璨閃耀”的創(chuàng)意理念，京東方核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)500多張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙和近10輪的制樣，研發(fā)出目前行業(yè)內(nèi)發(fā)光面最窄的單像素可控異形顯示產(chǎn)品，充分呈現(xiàn)雪花的線條感和細(xì)膩的畫面顯示效果。在《讓世界充滿愛(ài)》的歌聲中，幾十名來(lái)自世界各地的年輕人并肩而行，他們走過(guò)之處，一幅影像長(zhǎng)河追隨著行走速度實(shí)時(shí)展開。
隨后，四組滑雪運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)地上滑出浪波，“更快、更高、更強(qiáng)、更團(tuán)結(jié)”這一奧林匹克格言在長(zhǎng)長(zhǎng)的滑冰軌跡上逐漸呈現(xiàn)。通過(guò)搭載京東方自主研發(fā)的超大規(guī)模顯示模組控制與同步系統(tǒng)，地面可實(shí)時(shí)捕捉演員行進(jìn)軌跡。
接下來(lái)的《雪花》節(jié)目中，超過(guò)600多位小朋友揮舞著和平鴿燈童聲合唱，使得每位孩子腳下的雪花都如影隨形。這是世界上首次對(duì)超過(guò)600人進(jìn)行集體實(shí)時(shí)人工智能動(dòng)作捕捉、渲染。
這背后是英特爾3DAT計(jì)算機(jī)視覺(jué)動(dòng)作捕捉技術(shù)、北京電影學(xué)院聲音學(xué)院師生團(tuán)隊(duì)AI實(shí)時(shí)視頻特效等技術(shù)工作的支持，憑借先進(jìn)的AI算法，技術(shù)團(tuán)隊(duì)僅通過(guò)4部攝像機(jī)便覆蓋全場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)演員與現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)大屏之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)。但更難的如何縮短從數(shù)據(jù)采集到屏幕反饋之間的反映時(shí)間，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)鳥巢自身的場(chǎng)地環(huán)境對(duì)算法進(jìn)行了有針對(duì)性的優(yōu)化，此外還優(yōu)化了美術(shù)渲染生成的圖案和圖案的觸發(fā)方式，讓觀眾看到的視覺(jué)效果更靈動(dòng)。
最后，最激動(dòng)人心的點(diǎn)火儀式到了！經(jīng)過(guò)多位國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員輪番傳遞，越野滑雪運(yùn)動(dòng)員衣拉木江和北歐兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員趙嘉文一起，將最后一棒火炬插在大雪花火炬臺(tái)的中心。
這個(gè)在大雪花中心繼續(xù)燃燒的火炬，就是我們的主火炬！火炬點(diǎn)燃那一刻，巨型雪花屏由中心向四周輻射開來(lái)。快速變換、完美同步的顯示畫面背后，是京東方AIoT技術(shù)體系及自主研發(fā)的同/異步兼容信發(fā)系統(tǒng)，異步集控能在極短時(shí)間內(nèi)將大規(guī)模視頻內(nèi)容快速下發(fā)，同步集控確保102塊雙面屏幕實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)。
此外，“主路+環(huán)路”備份的高冗余控制系統(tǒng)確保了火炬臺(tái)播控系統(tǒng)的超高可靠性。同時(shí)，通過(guò)采用LoRa（遠(yuǎn)距離無(wú)線電）低延遲控制系統(tǒng)搭配同步播放時(shí)間校正技術(shù)，進(jìn)一步確保視頻畫面完美協(xié)同。微火雖微，永恒綿長(zhǎng)，生生不息。大雪花緩緩升起，載著奧林匹克之火，飛至鳥巢上空！
03.中國(guó)前沿科技持續(xù)亮相奧運(yùn)會(huì)
在北京冬奧會(huì)舉行開幕式的同時(shí)，鳥巢外的北京街頭多個(gè)8K超高清大屏也在對(duì)北京冬奧會(huì)開幕進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。其實(shí)保證這場(chǎng)精彩開幕式順利完成的最重要的工程是對(duì)“鳥巢”的智慧化改造，通過(guò)建設(shè)鳥巢的數(shù)字模型，動(dòng)態(tài)采集設(shè)備的運(yùn)行情況、人流情況、環(huán)境情況，進(jìn)而建成基于人工智能的鳥巢數(shù)字孿生體。建設(shè)虛擬的鳥巢不僅解決了表演中的問(wèn)題，其實(shí)在表演創(chuàng)排階段，仿真技術(shù)更是起到了重要的作用，例如開幕式第一個(gè)節(jié)目《立春》，如何讓近400名演員同時(shí)揮舞發(fā)光棒互不干擾就是一個(gè)難題，而這些都是通過(guò)數(shù)字孿生仿真技術(shù)模擬實(shí)際效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的。回顧之前的2018年平昌冬奧會(huì)閉幕式上“北京8分鐘”文藝表演，我們還能看到中國(guó)科技不斷發(fā)展的脈絡(luò)。平昌冬奧會(huì)閉幕式上“北京8分鐘”中其實(shí)就運(yùn)用到了LED、機(jī)器人、AR等技術(shù)。
“北京8分鐘”中有近乎透明的LED屏幕“冰屏”實(shí)現(xiàn)了透明圖像顯示，達(dá)到了更通透靈動(dòng)的效果，肉眼看上去雪花潔白、冰花透明；有24個(gè)移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)自己動(dòng)作編排，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)場(chǎng)演員、地面投影的聯(lián)動(dòng)表演。“北京8分鐘”還有兩只靈活進(jìn)行滑冰表演的熊貓木偶，外部裝有外掛攝像頭和云臺(tái)，內(nèi)部演員佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能眼鏡，使演員在大熊貓道具內(nèi)部無(wú)差別的觀測(cè)到外部的環(huán)境，完美流暢的完成規(guī)定動(dòng)作。
04.結(jié)語(yǔ)：冬奧背后，中國(guó)智能科技正在騰飛
2022年2月4日，農(nóng)歷正月初四，立春時(shí)節(jié)，2022年北京冬奧會(huì)正式開幕。在北京冬奧會(huì)開幕式及整個(gè)賽事籌備運(yùn)行中，我們看到人工智能、云計(jì)算、數(shù)字孿生技術(shù)等各種數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)在大規(guī)模地應(yīng)用。這場(chǎng)必將被載入史冊(cè)的奧運(yùn)盛會(huì)，正燃燒著光明永駐的奧林匹克之火，攜其背后的科技力量展示屬于中國(guó)的大國(guó)風(fēng)范，“一起向未來(lái)”。
作者 | 楊暢
編輯 | 心緣
