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探秘冬奥——北京理工大学利用虚幻引擎助力冬奥会冬残奥会开闭幕式

原创 2022-04-07


冬奥会开幕式鸟巢仿真图

 

2022年2月4日在北京鸟巢国家体育馆举办的2022冬季奥林匹克运动会开幕式中,计算机学院数字表演仿真团队使用虚幻引擎开发了一套“智能化创编排演一体化”系统,按照主创和导演组的要求打造了全仿真的“虚拟鸟巢”。通过三维仿真技术,模拟出冬奥会开幕式全流程,对演员、灯光、音乐、烟花、奥运火炬,甚至转播机位等全要素进行全方位“排兵布阵”,为开幕式的策划、设计和排练提供了有力的科技支撑。


大型活动的筹备周期长、难度高,因此前期的虚拟预演必不可少。预演系统可以将各种表演方案的真实效果进行三维呈现,协助导演决策及完善表演方案,确定最终方案。同时还能以可视化的界面和图纸、视频等多种数据输出载体,帮助重要环节排演。


冬奥会开幕式《倒计时》仿真效果


在与导演和主创团队的不断磨合中,数字表演仿真团队在虚幻引擎的平台上突破了数字化训练彩排方案生成技术、表演预演技术等关键技术,研发了“冬奥会、冬残奥会开闭幕式仿真与排练系统”。在四场仪式主创团队的领导下,科技冬奥项目研究成果自2020年12月服务主创团队前期创意和方案论证工作。针对仪式环节,团队对开闭幕式领导入场、运动员入场、火炬传递、致辞、奥运圣火点燃等环节测算执行时间,系统规划人员流线,优化流程方案;同时集成灯光、机械、道具、音视频、服装、演员、烟花、转播机位等要素,完成四场仪式从开场到奥运圣火的全流程内容可视化仿真。在仿真团队成员的共同努力下,四场仪式的仿真系统迭代总计81版,仿真要素11231个,实现特效32种,给予了主创一个可视化平台,使创意迭代更加迅速、有效,借助仿真系统可找到理想状态下各环节的最佳衔接,大幅降低后期排练中的试错成本。


地屏展示画面仿真(五环展示场次)


提及为什么使用虚幻引擎,数字表演仿真团队认为虚幻引擎有强大的实时渲染能力,能够快速将导演主创的演出创意方案快速可视化,为导演组及时提供方案评估。而且作为开源引擎,虚幻的扩展能力极强,很适合应用为大型活动的群体行为、舞美机械调度等应用场景开发特定算法和功能模块。此外虚幻提供的虚拟摄像机的参数和拍摄效果,可以最大程度为拍摄、转播、直播提供技术服务,模拟不同机位在不同时间点的拍摄效果。


冬奥会开幕式的开场《立春》是开幕式上最有难度的表演之一,393名表演者手持9.5米长的荧光长杆,营造出拂动变幻的绿色生机。这个节目的初始创意很好,但呈现的效果却是未知的。为了解决这个创意设计难、落实难、排练难等诸多问题,仿真团队需要配合导演完成大量方案的生成和评估验证。为此,团队发挥虚幻引擎易扩展、模块化的优势,针对《立春》单独开发了一套方案生成与验证模块。仿真团队对演员挥舞细杆的行为模式进行分解,配合原创的点位排布生成算法,通过数学建模实现了有规律的群体控制,为导演设计了整体式、分组式、传导式等百余种表演方案。在历经大半年的调整后,最终在仿真系统中设计出了杨柳、蒲公英等画面,展现了春意盎然的意象,而这个在仿真系统中打磨了千百遍的“最优解”方案也终于通过了总导演张艺谋的审核,进入了排练阶段。


冬奥会开幕式《立春》仿真效果


冬残奥会闭幕式《熄火》仿真效果

2021年10月,团队派驻仿真工作组进入北京国家体育场、大兴排练场开展辅助排练工作,在排练现场使用虚幻引擎全面服务开闭幕式各环节排演。针对重要表演环节,生成演员排练素材15720份,优化生成表演方案百余个,其中包括开幕式《立春》表演方案120个、《雪花》表演方案42个、闭幕式《缅怀》表演方案33个、冬残奥《倒计时》方案12个……在虚幻引擎强大的实时渲染能力的支撑下,仿真团队紧密配合编导团队和各个部门快速提供各类表演方案、行为数据和效果预览。使得排练效果更加真实,表演数据更加准确,演员排练更加高效,方案调整更加快速。


UE5中开幕式仿真系统开发界面


团队在鸟巢现场工作照


数字表演团队开发的仿真平台,就是演出的大脑,能把导演创作团队的创意进行拆解、细化,通过仿真数据,提炼成训练手册指导训练。可指导演员、机器人、视频投影等表演要素排练,保证表演在时间、空间上的一致性与准确性,帮助导演实时观察演员和道具的姿态与队形,演员也能迅速调整自身动作,实时、快速地熟悉表演方案。在数字表演仿真团队的领头人,北京理工大学计算机学院丁刚毅教授看来,演出或者仪式的顺利进行,就是声音、演员和画面的配合,时间和空间的吻合,多要素的卡点,全流程地推进。虚拟仿真技术,大大提升了大型演出的排演效率。而虚幻引擎,无疑是实现这一平台的一个利器。


冬奥会开幕式《雪花》仿真效果

 

利用虚拟仿真智能技术,他们协助导演团队实现北京冬奥会“简约、安全、精彩”的办赛要求。“我们也在建设智能表演交叉学科,培养人才,锻炼队伍,继续服务国家大型活动。”丁刚毅表示,未来,他们希望以多种形式,用技术推动演出产业升级和生产模式变革,让虚幻引擎能够发挥其潜力,辅助创造更多优秀的文艺演出作品,让世界变得更加美好。


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