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冬奥会开幕式震撼刷屏,这些黑科技立了大功!



看得见的中国崛起,冬奥开幕式背后黑科技起底。
作者 |  杨畅

编辑 |  心缘

芯东西2月5日报道,昨晚,2022年北京冬奥会开幕式圆满举行,在这立春时节,向世界人民奉献了一场无与伦比的视觉盛宴。
北京冬奥会开幕式总导演张艺谋用了4个词来形容今晚的开幕式“空灵、浪漫、现代、科技”。据他介绍,北京冬奥会开幕式和点火都是雪花的故事,完全不同的雪花汇聚到北京,成为一朵人类的雪花。

北京冬奥会开幕式全程都使用了数字表演与仿真技术,在虚拟的鸟巢(国家体育场)先模拟呈现,最后才落地到现实世界中,并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。
这也是全球首次规模化应用8K技术进行开幕式直播和重点赛事报道,将联合5G网络全方位呈现一场身临其境的冰雪视觉盛宴。

此外,整个鸟巢超大地屏首次实现全LED影像,以取代传统的地屏投影,画质达到16K。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,地面显示系统依然能实现稳定运行,向世界完美呈现梦幻逼真的科技之美。

目前已知这些黑科技背后涉及到京东方、英特尔、国家航天系统和石油系统的科技企业等国内外多家科技公司,国内公司的贡献尤其亮眼。


01.
虚实结合,冰立方破冰成奥运五环


本届冬奥开幕式力求简约、安全、精彩。开幕式全程接近2小时,参与人员约3000人,远少于2008年北京奥运会时的1.5万人。
在开幕式前的热场环节中,深圳展示出多番科技大秀。其10万流明激光投射灯投射出各式团,点亮深圳夜空,随后2022架无人机队伍缓缓升起,展现出漫天的雪花,通过矩阵组合变换,组成“冰墩墩”和“雪容融”两个冬奥吉祥物。
与此同时,深圳城市楼宇灯光变化,形成了裸眼3D视觉效果。最后冬奥运动智能机器人身着56个民族服饰,挥动着冬奥旗帜登场,有的还化身滑雪滑冰运动员,为冬奥会开幕式先行暖场。

杭州的四足机器人“福虎”则是排成“冬奥会”队列“热情”地跳起了舞,将科技元素与欢庆气氛融为一体。

20点04分,别出心裁的24节气倒计时归零,北京冬奥会开幕式在鸟巢正式开始。
第一个开幕式节目以绿意盎然的表演来代表立春节气,表演者穿着绿衣组成方阵,挥舞着绿色的长枝条,配合灯光等特效,模拟出小草蓬勃生长,预示着万物复苏,生机勃勃。

慢慢地,绿色枝条变成白色,与地面屏幕结合“变化”出一朵蒲公英。

随后,一个小男孩的剪影出现在地面屏幕左侧,只见他轻吹一口气,虚拟的蒲公英种子便飞向夜空,幻化作璀璨的烟火,洒满大地。

在国旗入场和奏国歌环节之后,现场竖屏上,一滴冰蓝色的水墨从天而降,它幻化成黄河之水,倾泻而下,整个场地都奔腾着滚滚而来的黄河之水。

这块竖屏是一块近60米高、20米宽的LED屏,名为“冰瀑”。要在平地竖起这样一块大屏,一大考验是大风,秋冬季节的场内风速足以将屏幕撕烂,为此技术团队记录了一两百种风况来攻坚这一技术难题。
此次开幕式的舞台地面是目前最大的8K超高清地面显示系统,整体面积达10393平方米,京东方采用多个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,可呈现出100000:1超高对比度,3840Hz超高刷新率,以及29900×15096超高分辨率的超高清绚丽画面。
蓬勃的黄河之水慢慢冰冻,然后出现了一个巨大的近3层楼高的立方体冰块(冰立方),历届冬奥会的标志随着激光刻刀逐一被雕刻出来。

最后显示的是北京冬奥会的名字,这时出现6位冰球运动员,他们挥动冰球杆将虚拟冰球击向冰立方。

随着虚拟冰球来回撞击之后,冰立方开始碎裂,一个晶莹剔透的冰雪五环破冰而出。这个冰雪五环内部装有电池,全部为内部供电。
破冰,寓意着打破隔阂,互相走近,大家融为一体。
冰立方破冰,不过仅仅43秒。但在这个虚实结合的演出背后,离不开200多人、700多天经历上百次仿真试验的日夜奋战。
通体冰莹的冰立方,总重量400吨,升降重量达180吨,大约是一辆小汽车重量的120倍。在这个84m x 42m x 10m的基坑内,要实现的升降载荷超过了一般剧院大型升降台的8倍,是整个开闭幕式最大功率的驱动设备。
负责冬奥开幕式舞台总承的长征天民研制团队,在场地受限的情况下,通过精确控制电机驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元,让冰立方的升降定位精度控制在±1mm。

北京长征天民专项团队解释称,在设计过程中,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。
奥运五环的惊艳亮相,还离不开航天技术的支撑。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。因此,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,让五环也跟火箭的箭体一样既坚又轻。
设计人员采用双屏异性拼接LED可编程显示装置,并做好了显示方面的备份,供电和播控系统也都是两套,保证奥运五环的成果展示。





02.
视觉技术首创!超600人AI实时动捕互动


每个国家或地区的代表队入场时都有一个雪花形状的引导牌,在中国代表队入场后,引导员手拿雪花引导牌汇聚在一起,此时虚拟的雪花也开始显现。

随着引导员的动作变化,近百朵写着各国(地区)名字的虚拟雪花也开始汇聚在一起,橄榄枝将小雪花变化成大雪花,大雪花在鸟巢中自由飞舞,一个虚拟地球慢慢显现。

虚拟的大雪花慢慢消失一个大雪花形态的主火炬台慢慢升起,这个主火炬台直径有14.89米,由96块小雪花形状和6块橄榄枝形状的LED双面屏组成,上面嵌着超55万颗LED灯珠,每个LED灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制。
为实现导演组火炬台要像“钻石般璀璨闪耀”的创意理念,京东方核心研发团队通过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。
在《让世界充满爱》的歌声中,几十名来自世界各地的年轻人并肩而行,他们走过之处,一幅影像长河追随着行走速度实时展开。

随后,四组滑雪运动员在场地上滑出浪波,“更快、更高、更强、更团结”这一奥林匹克格言在长长的滑冰轨迹上逐渐呈现。通过搭载京东方自主研发的超大规模显示模组控制与同步系统,地面可实时捕捉演员行进轨迹。

接下来的《雪花》节目中,超过600多位小朋友挥舞着和平鸽灯童声合唱,使得每位孩子脚下的雪花都如影随形。这是世界上首次对超过600人进行集体实时人工智能动作捕捉、渲染。

这背后是英特尔3DAT计算机视觉动作捕捉技术、北京电影学院声音学院师生团队AI实时视频特效等技术工作的支持,凭借先进的AI算法,技术团队仅通过4部摄像机便覆盖全场,实现演员与现场铺设大屏之间的实时互动。
但更难的如何缩短从数据采集到屏幕反馈之间的反映时间,研究团队根据鸟巢自身的场地环境对算法进行了有针对性的优化,此外还优化了美术渲染生成的图案和图案的触发方式,让观众看到的视觉效果更灵动。
最后,最激动人心的点火仪式到了!
经过多位国家队运动员轮番传递,越野滑雪运动员衣拉木江和北欧两项运动员赵嘉文一起,将最后一棒火炬插在大雪花火炬台的中心。

这个在大雪花中心继续燃烧的火炬,就是我们的主火炬!
火炬点燃那一刻,巨型雪花屏由中心向四周辐射开来。快速变换、完美同步的显示画面背后,是京东方AIoT技术体系及自主研发的同/异步兼容信发系统,异步集控能在极短时间内将大规模视频内容快速下发,同步集控确保102块双面屏幕实现毫秒级响应。此外,“主路+环路”备份的高冗余控制系统确保了火炬台播控系统的超高可靠性。
同时,通过采用LoRa(远距离无线电)低延迟控制系统搭配同步播放时间校正技术,进一步确保视频画面完美协同。
微火虽微,永恒绵长,生生不息。大雪花缓缓升起,载着奥林匹克之火,飞至鸟巢上空!





03.
中国前沿科技持续亮相奥运会


在北京冬奥会举行开幕式的同时,鸟巢外的北京街头多个8K超高清大屏也在对北京冬奥会开幕进行实时直播。
其实保证这场精彩开幕式顺利完成的最重要的工程是对“鸟巢”的智慧化改造,通过建设鸟巢的数字模型,动态采集设备的运行情况、人流情况、环境情况,进而建成基于人工智能的鸟巢数字孪生体。
建设虚拟的鸟巢不仅解决了表演中的问题,其实在表演创排阶段,仿真技术更是起到了重要的作用,例如开幕式第一个节目《立春》,如何让近400名演员同时挥舞发光棒互不干扰就是一个难题,而这些都是通过数字孪生仿真技术模拟实际效果,进而实现的。
回顾之前的2018年平昌冬奥会闭幕式上“北京8分钟”文艺表演,我们还能看到中国科技不断发展的脉络。
平昌冬奥会闭幕式上“北京8分钟”中其实就运用到了LED、机器人、AR等技术。

“北京8分钟”中有近乎透明的LED屏幕“冰屏”实现了透明图像显示,达到了更通透灵动的效果,肉眼看上去雪花洁白、冰花透明;有24个移动机器人通过自己动作编排,实现了与现场演员、地面投影的联动表演。
“北京8分钟”还有两只灵活进行滑冰表演的熊猫木偶,外部装有外挂摄像头和云台,内部演员佩戴增强现实智能眼镜,使演员在大熊猫道具内部无差别的观测到外部的环境,完美流畅的完成规定动作。


04.
结语:冬奥背后,中国智能科技正在腾飞


2022年2月4日,农历正月初四,立春时节,2022年北京冬奥会正式开幕。
在北京冬奥会开幕式及整个赛事筹备运行中,我们看到人工智能、云计算、数字孪生技术等各种数字化技术已经在大规模地应用。
这场必将被载入史册的奥运盛会,正燃烧着光明永驻的奥林匹克之火,携其背后的科技力量展示属于中国的大国风范,“一起向未来”。

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