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复刻一个虚拟的国家体育场,需要几步?

2022-02-18

虚拟数字孪生

从艺术性、技术性,

直到社会价值生成一个闭环。


2022年,“双奥之城”北京为世界开启了一场惊艳的开幕式:2月4日晚, 开幕式“冰雪五环”破冰而出,璀璨夺目;主火炬以“一叶知秋”的诗意浪漫情怀点燃伟大的奥林匹克精神;烟花绚烂,谱写中国人对全世界敞开怀抱共奔未来的美好祝愿。瞩目全球的国家体育场“鸟巢”,在全球人民心中烙印下了中国科技的足迹。


北京2022年冬奥会开幕式鸟巢现场 | 图源视觉中国


演员、观众、灯光、音乐、烟花、奥运火炬……冰雪盛宴的巨大舞台之上,众多要素如何和谐、有序、高效地实现配合?智能化创编排演一体化服务平台,为冬奥会开幕式提供科技支撑。



“北京冬奥会开幕式最大的难点是,每一个节目都需要把音乐、舞美和地上屏幕特效完全耦合,但由于这三个要素由不同团队分别设计,而且基本都是全新创作,需要先在仿真系统中把三者拼在一起,再一遍遍调整、模拟。多个元素需要同时进行修改,有时很难找出主要矛盾。”北京理工大学数字表演与仿真技术实验室主任丁刚毅说。


例如,通过三维仿真技术,可模拟出冬奥会开幕式全流程,全方位的对舞台上的演员、灯光、音乐甚至转播机位等进行“排兵布阵”,类似于电影预演系统,可帮助导员团队直观了解节目整体效果。



两年来,虚拟仿真团队通过智能化创编排演一体化服务平台,获得开幕式的上帝视角,进入一个复刻国家体育场的虚拟世界。开幕式前,已经在系统上排演了约12次,正是该仿真系统的出色发挥。


作为数字化舞台的表现技术之一,智能化创编排演一体化的背后,有哪些技术支撑和应用方向?


从2008年北京奥运会开始,北京理工大学教授、博士生导师丁刚毅及其团队便开始从事数字表演活动工作,并将智能仿真技术正式被引入奥运会开幕式的创作工作中,这一套环境、装备、人群建模算法技术,加上二维三维仿真技术不断推陈出新。



智能仿真表演的核心是智能数字表演,在计算机、光学、设计等学科相互交织之下,构建了一套交叉学科的知识体系。人工智能网络很多技术,包括大脑智能,网络智能,一直到现在的所谓智能泛化,叫智能数字表演。



人机协同智能涌现,它既是某些复杂系统的负面特征,也是艺术创作的正面特征,什么时候应该涌现,台上台下还是网络里,或者屏幕上如何展示出来,这非常具有挑战性。


创意仿真技术目前主要聚焦在三个方向:智能媒体与创意,智能表演与仿真,虚拟表演工程。

在全媒体领域之前,智能媒体一直是一个基础平台,从创意、思路,到形成文本,再从文本延伸到形象、形象发展为要素,音乐、舞美、动作、网络传播,这都是跟创意紧密相关的。


智能表演与仿真则利用仿真技术的相似性、重复性和交互性,来帮助人的创意表演,目前的应用主要针对大规模人群表演。


虚拟表演工程在前两个基础上,针对不同的表演空间、不同表演行为、不同表演传播途径,把表演虚拟性一面放大,从而使很多内容涌现。


当前,行业的发展正在论证第四个方向,即虚拟孪生系统与技术。



智能媒体与创意,依托人工智能、大数据、云计算、智能仿真等新技术手段,数据集很丰富。比如影视中大量场景,都可以用算法很简单提炼出来。利用智能手段来增强实现艺术创意,也能使传统表演艺术演变出新的形式。更大的需求在于研究智能媒体、全媒体情况下,媒体与意识之间的演化规律,研究的整个内涵在于从艺术性、技术性,直到社会价值生成一个闭环。



智能表演与仿真,针对各类表演生产流程的创意、编排、演出、推广等环节来构建松散的孪生体,用于实现智能化创意、编排、演出一直到推广,其基础就是用计算机模型描述表演的空间、实体、行为。其次是解决大规模人群的问题。不过引擎和渲染技术发展得非常快,如2018年冬奥会北京八分钟,采用24个快速运动轮滑运动员,加24个可自由移动的冰屏交互表演,把虚拟现实技术和机器人技术,以及人机协同表演技术展示出来。


2018年冬奥会“北京八分钟”



丁教授和他的团队一直在研究VR表现、舞台的动作+音乐+情节的表现。相当于把人的思维逻辑交给算法,发现问题再解决。针对万人以上,甚至十万人级别的大型活动,群体行为具有复杂性和不确定性。于是,发明动态网格的算法——单多人群多样性建模,使得几万人的活动通过一套系统,用可视化与交互方式交代给大家,包括孪生平行仿真,电视直播仿真,包括情感反馈人机交互等。



这套仿真技术系统可以支撑和服务大会的政治、艺术、工程设计。例如,针对鸟巢的庆典活动,首先是整个现场舞台大舞美的论证,包括屏幕的宽度、高度,C位之间的观影关系。其次丁教授团队配合央视做了集群渲染。最后还要集成。最终广场大会和鸟巢演出都达到了盛大庄严、气势恢宏的效果作用。


在开幕式的全过程中,数字表演与仿真技术得到大量使用。通过综合运用人工智能、5G、AR、裸眼3D和云等多种科技成果,实现了“人少而不空,空灵而浪漫”的效果。充满中华元素的画面,美轮美奂,惊艳世界。



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