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一文读懂冬奥开幕式上的“硬科技”

巨型“雪花”主火炬台、超过1万平方米的光影地屏、60米高的冰瀑屏、三维运动追踪技术……借助电子信息技术和产品,北京为世界奉上了一场融合科技感、体验感、唯美感的视听盛宴。这场美轮美奂开幕式的完美呈现,离不开LED屏幕、超高清视频、三维仿真技术等科技创新的“鼎力相助”。

万平巨型光影地屏占据C位

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光电显示产品的大量应用打造了一个流光溢彩的开幕式。其中,开幕式地屏配合节目的进行不断变换着画面,时而细腻,时而空旷,占据了绝对的C位。开幕式视效总监王志鸥在接受媒体采访时对其赞不绝口:“如今这块地屏成为奥运史上最大的‘冰面’,也是开幕式最大亮点之一,展现出中国科技和演艺技术的迅猛发展。”

据记者了解,此次开幕式的舞台地面整体面积超过10000平方米,是目前全球最大的8K超高清地面显示系统,采用多个8K+级分辨率的画面融合技术,超大规模的光学校正算法可对每个显示画面进行像素点级的光学校正,可实现100000:1超高对比度、3840Hz超高刷新率,以及29900x15096超高分辨率的超高清绚丽画面。在长达5个月的高强度排演及冬季零下30摄氏度的极端低温雨雪天气下,地面显示系统依然能实现稳定运行,在开幕式当天向世界完美呈现梦幻逼真的科技之美。

巨型“雪花”形主火炬台熠熠生辉

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践行低碳、环保理念,本届北京冬奥会创新采用奥运火炬代替主火炬点燃的仪式。在两位运动员将奥运火炬放进雪花形态主火炬台时,巨型雪花屏由中心向四周辐射开来,闪耀出波浪般层层递进的璀璨光芒,快速变换。巨型雪花型主火炬台闪耀着晶莹剔透的光芒缓缓升空,将整个开幕式气氛推向高潮。

记者了解到,“雪花”直径达14.89米,由96块小雪花形态和6块橄榄枝形态的LED双面屏创意组成,采用双面镂空设计,嵌有55万余颗LED灯珠,每一颗灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制。

据介绍,主火炬台的硬件支撑和软件系统由BOE(京东方)自主研发设计。团队成员通过500多张设计图纸和近10轮的制样,研发出目前行业内发光面最窄的单像素可控异形显示产品,充分呈现雪花的线条感和细腻的画面显示效果,成功将导演组的艺术创意变为现实。

冰立方“雕刻”冰雪五环惟妙惟肖

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在开幕式的“冰雪五环”章节中,由“冰立方”雕刻而来的冰雪五环环节令人印象深刻。冰立方破冰的43 秒虚实结合的演出凝聚了数百人的科技智慧。

北京长征天民专项团队解释称,设计团队通过利用三维虚拟设计、演出视觉效果渲染对比、半实物仿真技术等方式,降低了五环展示环境设计过程中的实物投产成本。据悉,五环的结构特点是异形、大跨距、低刚度,其设计与火箭研制异曲同工。长征天民参照航天结构设计的一些方法,以铝合金桁架结构为骨骼,以LED显示屏为衣服,以扩散板为外套,让奥运五环也跟火箭的箭体一样既坚又轻。

“‘雕刻’的视觉是在激光与冰立方3D视效的结合下产生的。”开幕式LED供应商利亚德集团董事长李军介绍。冰立方长22米、宽7米、高10米,是由LED屏组成的。奥运五环亮相时,位于看台4层的激光照射在冰立方上,对冰立方进行“雕刻”,随着冰立方上部的顶盖的下翻,配合着激光的“雕刻”,底部的五环缓缓上升,冰立方四面的LED屏一边缓缓下降,一边播放冰碴四溅的三维视觉效果,三方面完美配合,就形成了五环被一点点“雕刻”出来的视觉效果。

虚拟仿真系统是幕后的隐形英雄

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作为一项复杂的系统工程,冬奥会开幕式设置了16个环节,涉及演员约3000名、工作人员和观众30000余名。为保证冬奥会顺利进行和演出效果的完美呈现,北京理工大学计算机学院数字表演与仿真技术团队基于原创的“智能化创编排演一体化”系统,打造了冬奥开幕式仿真系统。

“我们通过三维仿真技术,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’。这个平台相当于电影预演系统,帮助导演团队等直观了解开幕式的整体效果。”数字表演与仿真技术团队负责人、北理工计算机学院丁刚毅教授介绍说。

开幕式系统仿真已经精确到开幕式的每分每秒,甚至精确到每一位演员的位置、动作步伐速度。例如,北理工团队成员,对《立春》节目中的每一位演员的动作效果逐一进行了仿真,为每一位表演者提供了“定制”表演手册,将节目细节一一标注清晰,对节目效果进行了上万次修改,助力节目呈现最佳效果。

据介绍,在2月4日开幕式隆重举行之前,开幕式已经在仿真系统上排演了约12次。冬奥开幕式仿真系统为开幕式的策划、设计和排练提供了有力的科技支撑。

三维运动追踪技术确保表演0失误

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伴随着音乐,运动员们在冰雪中“畅游”,所到之处瞬间“冰雪消融”,风雪特效与运动员仿佛融为一体。开幕式上“雪花”表演环节的壮观场景,令全球观众惊叹。

借助AI算法以及3DAT三维运动员追踪技术协助,开幕式仅依靠4台摄像机就覆盖了全场,并实现演员与现场铺设的大屏实时互动,将唯美艺术和奥林匹克精神传递给了世界。

“目前光学动捕或惯性动捕相关技术已经相对成熟,国内外已经有很多公司在提供相关的商业服务。然而,基于计算机视觉的人体动捕技术还处于学术研究阶段,目前市场上与此有关的商用产品也很少。现有的视觉动捕技术也存在人体姿态跟踪的精度不高、空间定位不稳定、易出现人体姿态结果异常等问题。”英特尔研发人员向《中国电子报》记者表示。

据了解,为了达到“畅游”特效0失误、提高数据信号传输实时性以及传输效率,英特尔团队克服了重重困难。例如,在设计算法时,要尽可能避免对错误姿态或不合理姿态的输出,利用前后帧视频运动信息增加时空一致性,减少时序抖动。在视频图像和三维数据中,要参考人体运动的相关知识,使AI模型具备从图像到三维空间的推理能力。最后,再利用算法强大的纠错能力,从嵌入人体运动学及动力学等方面对信息进行约束,从而保证最终输出人体运动信息准确无误。

此外,记者了解到,除开幕式中的亮相以外,3DAT技术还被应用于运动员的训练、比赛、赛后分析等应用中。例如,3DAT解决方案能够将运动视频数据以每秒60帧的速度发送到云端,在若干秒计算中实时处理、校验、统计和分析复杂而庞大的训练数据信息,生成运动轨迹和运动员骨骼分析报告和图表,为运动员训练和教练员指导提供详细概述,帮助运动员释放全部运动潜力。 

责任编辑:赵强


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