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　　2018年2月25日晚，第23屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)在韓國平昌落下帷幕。按照慣例，奧運(yùn)會(huì)閉幕式上會(huì)為下一屆奧運(yùn)主辦城市預(yù)留出8分鐘的表演展示時(shí)間。

　　作為2022年冬奧會(huì)的主辦城市，北京此次帶來了一場(chǎng)名為“2022，相約北京”的視覺盛宴：不僅綜合運(yùn)用了輪滑演員、地面投影、動(dòng)態(tài)視頻和玩偶等表演元素，還首次使用了24個(gè)隱形機(jī)器人參與表演，以此展現(xiàn)出冰雪運(yùn)動(dòng)和中國文化的特點(diǎn)，完美地詮釋了2022年北京冬奧會(huì)的“人文奧運(yùn)”和“科技奧運(yùn)”精神。

　　人們?yōu)椤氨本?分鐘”的精彩絕倫拍手叫好，但卻不知道，這8分鐘的成功，是一群人努力的結(jié)果。其中，有一支來自北京理工大學(xué)的科技團(tuán)隊(duì)，他們憑借源于軍工品質(zhì)的過硬技術(shù)，推動(dòng)學(xué)科深度交叉融合，用數(shù)不清的8分鐘攻堅(jiān)克難、自主創(chuàng)新，最終成功為“北京8分鐘”保駕護(hù)航。他們就是北理工虛擬仿真團(tuán)隊(duì)。

“8分鐘”的背后

丁剛毅團(tuán)隊(duì)與總導(dǎo)演張藝謀合影

　　2017年6月，基于北理工多年來服務(wù)國家重大活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合表演任務(wù)的特點(diǎn)，北京冬奧組委會(huì)找到了北理工丁剛毅教授領(lǐng)銜的虛擬仿真團(tuán)隊(duì)，希望其能夠聯(lián)合北京電影學(xué)院，為北京在2018年冬奧會(huì)閉幕式上的表演提供技術(shù)支持與保障。

　　這次表演任務(wù)的意義可謂深遠(yuǎn)而重大：它既是向世人展示無與倫比的新時(shí)代中國風(fēng)采，又代表著北京正式發(fā)出相約2022年的邀請(qǐng)函，標(biāo)志著冬奧會(huì)進(jìn)入北京周期。

　　因此，接到任務(wù)后的北理工團(tuán)隊(duì)不敢有絲毫懈怠，認(rèn)真準(zhǔn)備，在半年時(shí)間內(nèi)不斷細(xì)化預(yù)演系統(tǒng)的功能需求，力求完美演繹總導(dǎo)演及其團(tuán)隊(duì)的作品創(chuàng)意。尤其是自去年12月以來，技術(shù)團(tuán)隊(duì)更是克服嚴(yán)寒困難，連續(xù)2個(gè)多月堅(jiān)持在室外低溫作業(yè)，協(xié)助導(dǎo)演組完成排演訓(xùn)練方案設(shè)計(jì)與實(shí)施工作。

　　針對(duì)“北京8分鐘”參演要素多、創(chuàng)意過程復(fù)雜、排練關(guān)聯(lián)度高等特點(diǎn)，北理工虛擬仿真團(tuán)隊(duì)利用影視虛擬制作技術(shù)和數(shù)字表演與仿真技術(shù)，自主研發(fā)了兩套全新的系統(tǒng)：文藝表演預(yù)演系統(tǒng)以及訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)。

張藝謀總導(dǎo)演使用北理工研發(fā)的文藝表演預(yù)演系統(tǒng)進(jìn)行講解

　　“其中，文藝表演預(yù)演系統(tǒng)以可視化的界面和圖紙、視頻等多種數(shù)據(jù)輸出載體，將各種待選表演方案的真實(shí)效果進(jìn)行呈現(xiàn)，幫助導(dǎo)演把控、決策及完善表演方案，從而確定最終方案。”丁剛毅教授介紹說。

“北京8分鐘”的演員運(yùn)用訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)學(xué)習(xí)滑行路線

　　而訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)則可將創(chuàng)意數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為執(zhí)行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)表演要素進(jìn)行排練，并保證數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間上的一致性與準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還能將執(zhí)行中修改的執(zhí)行數(shù)據(jù)在表演要素中同步，幫助導(dǎo)演實(shí)時(shí)觀察演員和道具的隊(duì)形狀態(tài)以及演員的姿態(tài)，以便指導(dǎo)后續(xù)節(jié)目的編排；演員也能迅速直觀地了解自身與理想運(yùn)動(dòng)軌跡之間的偏差并及時(shí)糾正，得以實(shí)時(shí)、快速地熟悉表演方案。

　　由于這兩套系統(tǒng)能夠根據(jù)表演創(chuàng)意方案，將整場(chǎng)文藝表演的過程全部仿真，較好地保證了前期創(chuàng)意設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)排練工作的順利進(jìn)行，因而得到了導(dǎo)演組和參演團(tuán)隊(duì)的一致好評(píng)。

　　從觀眾的角度而言，在此次“北京8分鐘”的表演中，最讓人印象深刻的還要數(shù)兩只萌萌的“大熊貓”了。事實(shí)上，它們的背后同樣有這支全能團(tuán)隊(duì)的技術(shù)支持。

　　虛擬仿真團(tuán)隊(duì)以北理工自主研發(fā)的雙目增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能眼鏡為基礎(chǔ)，創(chuàng)新性地對(duì)此次表演中的大熊貓道具進(jìn)行了“視覺改造”：為大熊貓道具的外掛攝像頭加裝云臺(tái)，并將其與內(nèi)部演員的智能眼鏡相結(jié)合，從而使演員在道具內(nèi)部也能無差別地觀測(cè)到外部環(huán)境。

排演現(xiàn)場(chǎng)的倒計(jì)時(shí)小程序

　　北理工團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了整個(gè)表演的數(shù)秒倒計(jì)時(shí)任務(wù)，確保排練過程中各項(xiàng)設(shè)備的時(shí)間統(tǒng)一；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還“略施小計(jì)”，開發(fā)了赴平昌倒計(jì)時(shí)專用小工具，以此鼓勵(lì)整個(gè)表演團(tuán)隊(duì)，并營造一個(gè)積極向上的排練氛圍。值得一提的是，這個(gè)小程序還設(shè)置了“每日之星”功能——系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)研判，可自動(dòng)提取前一天表現(xiàn)最佳的演員予以展示。

8分鐘，從2008走來

　　“數(shù)字表演仿真技術(shù)其實(shí)是由北京奧運(yùn)會(huì)帶動(dòng)起來的。” 團(tuán)隊(duì)成員李鵬老師介紹道。

　　2006年，當(dāng)北京奧運(yùn)會(huì)開閉幕式籌備工作全面啟動(dòng)之際，導(dǎo)演組便找到了丁剛毅，希望北理工能夠發(fā)揮科研優(yōu)勢(shì)，為奧運(yùn)輔助編排工作進(jìn)行技術(shù)上的準(zhǔn)備。能得到這份信任,丁剛毅非常自豪，但他也清楚地認(rèn)識(shí)到當(dāng)時(shí)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不足：“那時(shí)我們的原型系統(tǒng)只能勉強(qiáng)滿足奧運(yùn)表演需求的30％，萬人級(jí)別的人群渲染還不成熟。”

　　面向劇場(chǎng)和十運(yùn)會(huì)的幾十人、幾百人的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)在北京奧運(yùn)會(huì)導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)千人、萬人級(jí)別的宏大藝術(shù)構(gòu)想下顯得有些捉襟見肘，“這意味著模擬仿真系統(tǒng)需要大規(guī)模的升級(jí)，這在當(dāng)時(shí)無疑是非常艱巨的任務(wù)。”為了在技術(shù)上盡快達(dá)標(biāo)，他們升級(jí)了系統(tǒng)引擎和硬件系統(tǒng)，彌補(bǔ)原始大型仿真系統(tǒng)在大規(guī)模人群渲染上的不足。除此之外，他們還與導(dǎo)演組一起，讓仿真系統(tǒng)在奧運(yùn)會(huì)的排演設(shè)計(jì)中“唱主角”。在往屆奧運(yùn)會(huì)中，由于場(chǎng)面相對(duì)簡(jiǎn)單，多采用動(dòng)畫手段進(jìn)行模擬處理，還原現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，仿真編排往往是處于一個(gè)輔助的地位，而北京奧運(yùn)會(huì)“要滿足萬人級(jí)別的人群動(dòng)態(tài)模擬，必須借助數(shù)字模擬仿真系統(tǒng)”。擺在丁剛毅面前的難題又多了一個(gè)——技術(shù)和操作上往屆奧運(yùn)會(huì)并沒有可循之道，“等于是在摸著石頭過河”。

　　除了技術(shù)上需要盡快實(shí)現(xiàn)突破，讓丁剛毅感到壓力的還有業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)，“在人群仿真領(lǐng)域，國內(nèi)還有五、六家單位擁有自己獨(dú)立的系統(tǒng)，他們也在為奧運(yùn)做技術(shù)上的準(zhǔn)備。”這些潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手讓北理工團(tuán)隊(duì)的擔(dān)子又重了一些。

　　2007年4月，一些已經(jīng)確定下來的開幕式節(jié)目在北京周邊開始封閉式訓(xùn)練，丁剛毅帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)隨行提供技術(shù)支持。隨著訓(xùn)練的逐步深入，一些排演中的實(shí)際問題也漸漸暴露出來。“當(dāng)時(shí)導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)分為高臺(tái)導(dǎo)演和現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演，高臺(tái)導(dǎo)演總攬全局，負(fù)責(zé)整體上的指揮，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演則分插到演員中間，進(jìn)行細(xì)節(jié)上的指導(dǎo)。現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演由于置身于人群之中，缺乏整體感，無法準(zhǔn)確地理解高臺(tái)導(dǎo)演的意圖，排練效率不高。”團(tuán)隊(duì)成員張龍飛老師介紹道。

　　此時(shí)，北理工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和軍工作風(fēng)顯露出來，團(tuán)隊(duì)結(jié)合排演中的實(shí)際問題，迅速研發(fā)了一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過組建無線局域網(wǎng)系統(tǒng)和監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)的全角度拍攝，完成導(dǎo)演們的同步交互指揮。現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演們通過平板電腦，直接接收來自高臺(tái)的全景圖，并可以對(duì)地圖的任意一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)縮放、拉伸，“如此一來，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演有了全局概念，更容易貫徹高臺(tái)導(dǎo)演的指令。”正是這個(gè)看似不起眼，但卻很實(shí)用的監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，讓團(tuán)隊(duì)得到了導(dǎo)演組的初步認(rèn)可，獲得了一個(gè)不錯(cuò)的印象分。

　　2007年8月24日，北京理工大學(xué)組織技術(shù)項(xiàng)目的匯報(bào)與研討，為了驗(yàn)證這套系統(tǒng)的精確性與實(shí)用性，團(tuán)隊(duì)特意對(duì)雅典奧運(yùn)會(huì)的開幕式進(jìn)行了模擬仿真，用數(shù)字模型還原雅典現(xiàn)場(chǎng)。“當(dāng)時(shí)開閉幕式工作部張和平部長(zhǎng)、張藝謀總導(dǎo)演、陳維亞副總導(dǎo)演、張繼鋼副總導(dǎo)演聽取了報(bào)告。沒想到會(huì)如此順利，我們演示了30分鐘，匯報(bào)了10分鐘，導(dǎo)演組便一致通過了，9月18日奧組委便下達(dá)了任務(wù)書。”從此，北理工團(tuán)隊(duì)正式擔(dān)負(fù)起了奧運(yùn)開閉幕式仿真模擬工作的重任。

　　2008年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上，“文字”“太極”“星光”和人體“鳥巢”等亮點(diǎn)節(jié)目成功的背后，都有北理工團(tuán)隊(duì)的努力與汗水。正是以北京奧運(yùn)會(huì)為起點(diǎn)，從2008到2018，丁剛毅帶著最初用于軍事戰(zhàn)場(chǎng)仿真的“黑科技”，走向國家重大活動(dòng)，走向國際化，在更加寬廣的舞臺(tái)上，演繹款款精彩。

8年聚力 錘煉硬功

　　一場(chǎng)完美演出的背后，一定有一支杰出的導(dǎo)演及技術(shù)團(tuán)隊(duì)的默默付出；而一支優(yōu)秀技術(shù)團(tuán)隊(duì)的身后，也一定有自己不同凡響的故事。

　　正所謂“臺(tái)上8分鐘，臺(tái)下8年功”。2010年，北京市教育委員會(huì)聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于增補(bǔ)北京地區(qū)普通高等學(xué)校北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的通知》，數(shù)字表演與仿真技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批立項(xiàng)，這對(duì)團(tuán)隊(duì)來說是一座發(fā)展建設(shè)史上的里程碑。

　　提到數(shù)字表演與仿真技術(shù)，很多人依舊感到陌生。這項(xiàng)技術(shù)是軟件工程、光學(xué)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等工程科學(xué)和藝術(shù)學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等人文學(xué)科的交匯點(diǎn)，可謂是一個(gè)發(fā)展中的全新交叉學(xué)科。

　　“近年來，國家格外重視發(fā)展文化產(chǎn)業(yè)和科技產(chǎn)業(yè)，學(xué)校也高度重視推動(dòng)新型學(xué)科交叉發(fā)展，我們積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)大有可為。”丁剛毅帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室以數(shù)字表演與仿真技術(shù)為主要研究方向，以面向未來文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的重要科學(xué)問題為牽引，針對(duì)數(shù)字表演與仿真交叉學(xué)科方向自身特點(diǎn)，瞄準(zhǔn)國際發(fā)展前沿，探索數(shù)字表演、智能創(chuàng)意的新概念、新理論、新方法和新技術(shù)，廣泛開展國際學(xué)術(shù)交流，加強(qiáng)交叉學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，構(gòu)建一流學(xué)術(shù)隊(duì)伍，致力于為北京社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)建設(shè)作出更多突出貢獻(xiàn)。

　　在8年的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)室可謂碩果累累：擁有完整的數(shù)字表演理論體系與先進(jìn)的技術(shù)支撐平臺(tái)，在數(shù)字媒體、演藝科技、人群仿真等領(lǐng)域特色優(yōu)勢(shì)顯著；取得了包括論文、專利、獎(jiǎng)勵(lì)等多項(xiàng)成果，培養(yǎng)了大批新型復(fù)合型人才；成立了與中央電視臺(tái)、中央歌劇院的協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，對(duì)我國文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的支撐促進(jìn)作用。

　　正是有了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的支持，虛擬仿真團(tuán)隊(duì)厚積薄發(fā)，技術(shù)實(shí)力不斷增長(zhǎng)，陸續(xù)承擔(dān)了多項(xiàng)國家大型活動(dòng)的數(shù)字仿真系統(tǒng)的研發(fā)，用北理工人扎實(shí)的技術(shù)實(shí)力為國家盛典保駕護(hù)航。

　　北京奧運(yùn)會(huì)后，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了包括“國慶60周年群眾游行仿真設(shè)計(jì)、訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)”“國慶60周年聯(lián)歡晚會(huì)數(shù)字仿真系統(tǒng)”“國家科技支撐計(jì)劃——舞美設(shè)計(jì)與布景彩排關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)”“抗戰(zhàn)70周年紀(jì)念大會(huì)觀禮人員服務(wù)管理系統(tǒng)研發(fā)和服務(wù)”以及“抗戰(zhàn)70周年紀(jì)念大會(huì)氣球施放設(shè)計(jì)和控制仿真系統(tǒng)”等在內(nèi)的一系列重大項(xiàng)目和任務(wù)，并連續(xù)9年科技助力春晚。

北理工為抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵活動(dòng)提供技術(shù)保障

　　這其中，讓團(tuán)隊(duì)記憶猶新的一場(chǎng)“硬仗”，當(dāng)屬2015年為抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵活動(dòng)提供技術(shù)保障，團(tuán)隊(duì)成員李立杰把它比喻成“一場(chǎng)速度與智力的比拼”。此次閱兵活動(dòng)中，由于觀禮人群規(guī)模較大，如何使人群安全有序的集結(jié)與疏散，是影響閱兵活動(dòng)成敗的關(guān)鍵因素之一。因此，團(tuán)隊(duì)要開發(fā)出一套全新的觀眾人員信息管理和坐席安排分配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀禮人群的科學(xué)合理布局。但是，前所未有的挑戰(zhàn)也擺在了團(tuán)隊(duì)面前，由于保密要求，留給團(tuán)隊(duì)4名師生的開發(fā)時(shí)間僅有1個(gè)月，并且要進(jìn)行無網(wǎng)化封閉式開發(fā)，這意味著代碼要從“0字符”寫起，北理工人的“硬功夫”，經(jīng)受住了考驗(yàn)。

　　“我們每天都會(huì)熬夜，通宵也成了工作的常態(tài)。原來的工作模式是各部委用近一個(gè)月的時(shí)間碰頭，把人員進(jìn)行上報(bào)、篩查、歸檔直至確認(rèn)，我們的系統(tǒng)試運(yùn)行后，僅用1天時(shí)間就完成了對(duì)4萬觀禮人員信息的去重和坐席分配，極大節(jié)約了時(shí)間和人力成本。”李立杰回憶起當(dāng)時(shí)的情景，感慨而自豪。經(jīng)此一戰(zhàn)，北理工團(tuán)隊(duì)的高效和水平，獲得了各方認(rèn)可，“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗”也成為了北理工人閃亮的標(biāo)簽。

　　2022年，北京將舉行冬奧會(huì)，北京也將成為歷史上第一個(gè)既舉辦夏奧會(huì)又舉辦冬奧會(huì)的城市，北理工將接續(xù)奮進(jìn)，瞄準(zhǔn)世界科技前沿、服務(wù)國家重大戰(zhàn)略，書寫“奧運(yùn)有我”的輝煌。在新時(shí)代，北理工人將把初心和使命，化作頻傳的捷報(bào)，成為建設(shè)中國特色世界一流大學(xué)最堅(jiān)實(shí)的基石。

　　（本文素材來源于《科學(xué)新聞》雜志、人民日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)、電腦報(bào)等，由黨委宣傳部整理、補(bǔ)充采訪而成。）