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看得見的中國崛起，冬奧開幕式背后黑科技起底。
芯東西2月5日報道，昨晚，2022年北京冬奧會開幕式圓滿舉行，在這立春時節(jié)，向世界人民奉獻了一場無與倫比的視覺盛宴。北京冬奧會開幕式總導演張藝謀用了4個詞來形容今晚的開幕式“空靈、浪漫、現代、科技”。據他介紹，北京冬奧會開幕式和點火都是雪花的故事，完全不同的雪花匯聚到北京，成為一朵人類的雪花。
北京冬奧會開幕式全程都使用了數字表演與仿真技術，在虛擬的鳥巢（國家體育場）先模擬呈現，最后才落地到現實世界中，并通過綜合運用人工智能、5G、AR、裸眼3D和云等多種科技成果，實現了“人少而不空，空靈而浪漫”的效果。這也是全球首次規(guī)?；瘧?K技術進行開幕式直播和重點賽事報道，將聯合5G網絡全方位呈現一場身臨其境的冰雪視覺盛宴。
此外，整個鳥巢超大地屏首次實現全LED影像，以取代傳統的地屏投影，畫質達到16K。在長達5個月的高強度排演及冬季零下30攝氏度的極端低溫雨雪天氣，地面顯示系統依然能實現穩(wěn)定運行，向世界完美呈現夢幻逼真的科技之美。
目前已知這些黑科技背后涉及到京東方、英特爾、國家航天系統和石油系統的科技企業(yè)等國內外多家科技公司，國內公司的貢獻尤其亮眼。
01.虛實結合，冰立方破冰成奧運五環(huán)
本屆冬奧開幕式力求簡約、安全、精彩。開幕式全程接近2小時，參與人員約3000人，遠少于2008年北京奧運會時的1.5萬人。在開幕式前的熱場環(huán)節(jié)中，深圳展示出多番科技大秀。其10萬流明激光投射燈投射出各式團，點亮深圳夜空，隨后2022架無人機隊伍緩緩升起，展現出漫天的雪花，通過矩陣組合變換，組成“冰墩墩”和“雪容融”兩個冬奧吉祥物。與此同時，深圳城市樓宇燈光變化，形成了裸眼3D視覺效果。最后冬奧運動智能機器人身著56個民族服飾，揮動著冬奧旗幟登場，有的還化身滑雪滑冰運動員，為冬奧會開幕式先行暖場。
杭州的四足機器人“?；?rdquo;則是排成“冬奧會”隊列“熱情”地跳起了舞，將科技元素與歡慶氣氛融為一體。
20點04分，別出心裁的24節(jié)氣倒計時歸零，北京冬奧會開幕式在鳥巢正式開始。第一個開幕式節(jié)目以綠意盎然的表演來代表立春節(jié)氣，表演者穿著綠衣組成方陣，揮舞著綠色的長枝條，配合燈光等特效，模擬出小草蓬勃生長，預示著萬物復蘇，生機勃勃。
慢慢地，綠色枝條變成白色，與地面屏幕結合“變化”出一朵蒲公英。
隨后，一個小男孩的剪影出現在地面屏幕左側，只見他輕吹一口氣，虛擬的蒲公英種子便飛向夜空，幻化作璀璨的煙火，灑滿大地。
在國旗入場和奏國歌環(huán)節(jié)之后，現場豎屏上，一滴冰藍色的水墨從天而降，它幻化成黃河之水，傾瀉而下，整個場地都奔騰著滾滾而來的黃河之水。
這塊豎屏是一塊近60米高、20米寬的LED屏，名為“冰瀑”。要在平地豎起這樣一塊大屏，一大考驗是大風，秋冬季節(jié)的場內風速足以將屏幕撕爛，為此技術團隊記錄了一兩百種風況來攻堅這一技術難題。
此次開幕式的舞臺地面是目前最大的8K超高清地面顯示系統，整體面積達10393平方米，京東方采用多個8K+級分辨率的畫面融合技術，超大規(guī)模的光學校正算法可對每個顯示畫面進行像素點級的光學校正，可呈現出100000:1超高對比度，3840Hz超高刷新率，以及29900x15096超高分辨率的超高清絢麗畫面。
蓬勃的黃河之水慢慢冰凍，然后出現了一個巨大的近3層樓高的立方體冰塊（冰立方），歷屆冬奧會的標志隨著激光刻刀逐一被雕刻出來。
最后顯示的是北京冬奧會的名字，這時出現6位冰球運動員，他們揮動冰球桿將虛擬冰球擊向冰立方。
隨著虛擬冰球來回撞擊之后，冰立方開始碎裂，一個晶瑩剔透的冰雪五環(huán)破冰而出。這個冰雪五環(huán)內部裝有電池，全部為內部供電。破冰，寓意著打破隔閡，互相走近，大家融為一體。冰立方破冰，不過僅僅43秒。但在這個虛實結合的演出背后，離不開200多人、700多天經歷上百次仿真試驗的日夜奮戰(zhàn)。
通體冰瑩的冰立方，總重量400噸，升降重量達180噸，大約是一輛小汽車重量的120倍。在這個84m x 42m x 10m的基坑內，要實現的升降載荷超過了一般劇院大型升降臺的8倍，是整個開閉幕式最大功率的驅動設備。負責冬奧開幕式舞臺總承的長征天民研制團隊，在場地受限的情況下，通過精確控制電機驅動16條鏈條、16條鋼絲繩組成的4套同步傳動單元，讓冰立方的升降定位精度控制在±1mm。
北京長征天民專項團隊解釋稱，在設計過程中，設計團隊通過利用三維虛擬設計、演出視覺效果渲染對比、半實物仿真技術等方式，降低了五環(huán)展示環(huán)境設計過程中的實物投產成本。奧運五環(huán)的驚艷亮相，還離不開航天技術的支撐。據悉，五環(huán)的結構特點是異形、大跨距、低剛度，其設計與火箭研制異曲同工。
因此，長征天民參照航天結構設計的一些方法，以鋁合金桁架結構為骨骼，以LED顯示屏為衣服，以擴散板為外套，讓五環(huán)也跟火箭的箭體一樣既堅又輕。設計人員采用雙屏異性拼接LED可編程顯示裝置，并做好了顯示方面的備份，供電和播控系統也都是兩套，保證奧運五環(huán)的成果展示。
02.視覺技術首創(chuàng)！超600人AI實時動捕互動
每個國家或地區(qū)的代表隊入場時都有一個雪花形狀的引導牌，在中國代表隊入場后，引導員手拿雪花引導牌匯聚在一起，此時虛擬的雪花也開始顯現。
隨著引導員的動作變化，近百朵寫著各國（地區(qū)）名字的虛擬雪花也開始匯聚在一起，橄欖枝將小雪花變化成大雪花，大雪花在鳥巢中自由飛舞，一個虛擬地球慢慢顯現。
虛擬的大雪花慢慢消失一個大雪花形態(tài)的主火炬臺慢慢升起，這個主火炬臺直徑有14.89米，由96塊小雪花形狀和6塊橄欖枝形狀的LED雙面屏組成，上面嵌著超55萬顆LED燈珠，每個LED燈珠都由驅動芯片的單一信道獨立控制。
為實現導演組火炬臺要像“鉆石般璀璨閃耀”的創(chuàng)意理念，京東方核心研發(fā)團隊通過500多張設計圖紙和近10輪的制樣，研發(fā)出目前行業(yè)內發(fā)光面最窄的單像素可控異形顯示產品，充分呈現雪花的線條感和細膩的畫面顯示效果。在《讓世界充滿愛》的歌聲中，幾十名來自世界各地的年輕人并肩而行，他們走過之處，一幅影像長河追隨著行走速度實時展開。
隨后，四組滑雪運動員在場地上滑出浪波，“更快、更高、更強、更團結”這一奧林匹克格言在長長的滑冰軌跡上逐漸呈現。通過搭載京東方自主研發(fā)的超大規(guī)模顯示模組控制與同步系統，地面可實時捕捉演員行進軌跡。
接下來的《雪花》節(jié)目中，超過600多位小朋友揮舞著和平鴿燈童聲合唱，使得每位孩子腳下的雪花都如影隨形。這是世界上首次對超過600人進行集體實時人工智能動作捕捉、渲染。
這背后是英特爾3DAT計算機視覺動作捕捉技術、北京電影學院聲音學院師生團隊AI實時視頻特效等技術工作的支持，憑借先進的AI算法，技術團隊僅通過4部攝像機便覆蓋全場，實現演員與現場鋪設大屏之間的實時互動。但更難的如何縮短從數據采集到屏幕反饋之間的反映時間，研究團隊根據鳥巢自身的場地環(huán)境對算法進行了有針對性的優(yōu)化，此外還優(yōu)化了美術渲染生成的圖案和圖案的觸發(fā)方式，讓觀眾看到的視覺效果更靈動。
最后，最激動人心的點火儀式到了！經過多位國家隊運動員輪番傳遞，越野滑雪運動員衣拉木江和北歐兩項運動員趙嘉文一起，將最后一棒火炬插在大雪花火炬臺的中心。
這個在大雪花中心繼續(xù)燃燒的火炬，就是我們的主火炬！火炬點燃那一刻，巨型雪花屏由中心向四周輻射開來?？焖僮儞Q、完美同步的顯示畫面背后，是京東方AIoT技術體系及自主研發(fā)的同/異步兼容信發(fā)系統，異步集控能在極短時間內將大規(guī)模視頻內容快速下發(fā)，同步集控確保102塊雙面屏幕實現毫秒級響應。
此外，“主路+環(huán)路”備份的高冗余控制系統確保了火炬臺播控系統的超高可靠性。同時，通過采用LoRa（遠距離無線電）低延遲控制系統搭配同步播放時間校正技術，進一步確保視頻畫面完美協同。微火雖微，永恒綿長，生生不息。大雪花緩緩升起，載著奧林匹克之火，飛至鳥巢上空！
03.中國前沿科技持續(xù)亮相奧運會
在北京冬奧會舉行開幕式的同時，鳥巢外的北京街頭多個8K超高清大屏也在對北京冬奧會開幕進行實時直播。其實保證這場精彩開幕式順利完成的最重要的工程是對“鳥巢”的智慧化改造，通過建設鳥巢的數字模型，動態(tài)采集設備的運行情況、人流情況、環(huán)境情況，進而建成基于人工智能的鳥巢數字孿生體。建設虛擬的鳥巢不僅解決了表演中的問題，其實在表演創(chuàng)排階段，仿真技術更是起到了重要的作用，例如開幕式第一個節(jié)目《立春》，如何讓近400名演員同時揮舞發(fā)光棒互不干擾就是一個難題，而這些都是通過數字孿生仿真技術模擬實際效果，進而實現的?；仡欀暗?018年平昌冬奧會閉幕式上“北京8分鐘”文藝表演，我們還能看到中國科技不斷發(fā)展的脈絡。平昌冬奧會閉幕式上“北京8分鐘”中其實就運用到了LED、機器人、AR等技術。
“北京8分鐘”中有近乎透明的LED屏幕“冰屏”實現了透明圖像顯示，達到了更通透靈動的效果，肉眼看上去雪花潔白、冰花透明；有24個移動機器人通過自己動作編排，實現了與現場演員、地面投影的聯動表演。“北京8分鐘”還有兩只靈活進行滑冰表演的熊貓木偶，外部裝有外掛攝像頭和云臺，內部演員佩戴增強現實智能眼鏡，使演員在大熊貓道具內部無差別的觀測到外部的環(huán)境，完美流暢的完成規(guī)定動作。
04.結語：冬奧背后，中國智能科技正在騰飛
2022年2月4日，農歷正月初四，立春時節(jié)，2022年北京冬奧會正式開幕。在北京冬奧會開幕式及整個賽事籌備運行中，我們看到人工智能、云計算、數字孿生技術等各種數字化技術已經在大規(guī)模地應用。這場必將被載入史冊的奧運盛會，正燃燒著光明永駐的奧林匹克之火，攜其背后的科技力量展示屬于中國的大國風范，“一起向未來”。
作者 | 楊暢
編輯 | 心緣
