冬奧會(huì )開(kāi)幕式震撼刷屏，這些黑科技立了大功！

作者 |  楊暢
編輯 |  心緣
芯東西2月5日報道，昨晚，2022年北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式圓滿(mǎn)舉行，在這立春時(shí)節，向世界人民奉獻了一場(chǎng)無(wú)與倫比的視覺(jué)盛宴。北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式總導演張藝謀用了4個(gè)詞來(lái)形容今晚的開(kāi)幕式“空靈、浪漫、現代、科技”。據他介紹，北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式和點(diǎn)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(lèi)的雪花。

北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式全程都使用了數字表演與仿真技術(shù)，在虛擬的鳥(niǎo)巢（國家體育場(chǎng)）先模擬呈現，最后才落地到現實(shí)世界中，并通過(guò)綜合運用人工智能、5G、AR、裸眼3D和云等多種科技成果，實(shí)現了“人少而不空，空靈而浪漫”的效果。這也是全球首次規?；瘧?K技術(shù)進(jìn)行開(kāi)幕式直播和重點(diǎn)賽事報道，將聯(lián)合5G網(wǎng)絡(luò )全方位呈現一場(chǎng)身臨其境的冰雪視覺(jué)盛宴。

此外，整個(gè)鳥(niǎo)巢超大地屏首次實(shí)現全LED影像，以取代傳統的地屏投影，畫(huà)質(zhì)達到16K。在長(cháng)達5個(gè)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(shí)現穩定運行，向世界完美呈現夢(mèng)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(shí)結合，冰立方破冰成奧運五環(huán)

本屆冬奧開(kāi)幕式力求簡(jiǎn)約、安全、精彩。開(kāi)幕式全程接近2小時(shí)，參與人員約3000人，遠少于2008年北京奧運會(huì )時(shí)的1.5萬(wàn)人。在開(kāi)幕式前的熱場(chǎng)環(huán)節中，深圳展示出多番科技大秀。其10萬(wàn)流明激光投射燈投射出各式團，點(diǎn)亮深圳夜空，隨后2022架無(wú)人機隊伍緩緩升起，展現出漫天的雪花，通過(guò)矩陣組合變換，組成“冰墩墩”和“雪容融”兩個(gè)冬奧吉祥物。與此同時(shí)，深圳城市樓宇燈光變化，形成了裸眼3D視覺(jué)效果。最后冬奧運動(dòng)智能機器人身著(zhù)56個(gè)民族服飾，揮動(dòng)著(zhù)冬奧旗幟登場(chǎng)，有的還化身滑雪滑冰運動(dòng)員，為冬奧會(huì )開(kāi)幕式先行暖場(chǎng)。

杭州的四足機器人“?；ⅰ眲t是排成“冬奧會(huì )”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(diǎn)04分，別出心裁的24節氣倒計時(shí)歸零，北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式在鳥(niǎo)巢正式開(kāi)始。第一個(gè)開(kāi)幕式節目以綠意盎然的表演來(lái)代表立春節氣，表演者穿著(zhù)綠衣組成方陣，揮舞著(zhù)綠色的長(cháng)枝條，配合燈光等特效，模擬出小草蓬勃生長(cháng)，預示著(zhù)萬(wàn)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(gè)小男孩的剪影出現在地面屏幕左側，只見(jiàn)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(mǎn)大地。

在國旗入場(chǎng)和奏國歌環(huán)節之后，現場(chǎng)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(gè)場(chǎng)地都奔騰著(zhù)滾滾而來(lái)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(fēng)，秋冬季節的場(chǎng)內風(fēng)速足以將屏幕撕爛，為此技術(shù)團隊記錄了一兩百種風(fēng)況來(lái)攻堅這一技術(shù)難題。此次開(kāi)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(gè)8K+級分辨率的畫(huà)面融合技術(shù)，超大規模的光學(xué)校正算法可對每個(gè)顯示畫(huà)面進(jìn)行像素點(diǎn)級的光學(xué)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(huà)面。蓬勃的黃河之水慢慢冰凍，然后出現了一個(gè)巨大的近3層樓高的立方體冰塊（冰立方），歷屆冬奧會(huì )的標志隨著(zhù)激光刻刀逐一被雕刻出來(lái)。

最后顯示的是北京冬奧會(huì )的名字，這時(shí)出現6位冰球運動(dòng)員，他們揮動(dòng)冰球桿將虛擬冰球擊向冰立方。

隨著(zhù)虛擬冰球來(lái)回撞擊之后，冰立方開(kāi)始碎裂，一個(gè)晶瑩剔透的冰雪五環(huán)破冰而出。這個(gè)冰雪五環(huán)內部裝有電池，全部為內部供電。破冰，寓意著(zhù)打破隔閡，互相走近，大家融為一體。冰立方破冰，不過(guò)僅僅43秒。但在這個(gè)虛實(shí)結合的演出背后，離不開(kāi)200多人、700多天經(jīng)歷上百次仿真試驗的日夜奮戰。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(chē)重量的120倍。在這個(gè)84m x 42m x 10m的基坑內，要實(shí)現的升降載荷超過(guò)了一般劇院大型升降臺的8倍，是整個(gè)開(kāi)閉幕式最大功率的驅動(dòng)設備。負責冬奧開(kāi)幕式舞臺總承的長(cháng)征天民研制團隊，在場(chǎng)地受限的情況下，通過(guò)精確控制電機驅動(dòng)16條鏈條、16條鋼絲繩組成的4套同步傳動(dòng)單元，讓冰立方的升降定位精度控制在±1mm。北京長(cháng)征天民專(zhuān)項團隊解釋稱(chēng)，在設計過(guò)程中，設計團隊通過(guò)利用三維虛擬設計、演出視覺(jué)效果渲染對比、半實(shí)物仿真技術(shù)等方式，降低了五環(huán)展示環(huán)境設計過(guò)程中的實(shí)物投產(chǎn)成本。奧運五環(huán)的驚艷亮相，還離不開(kāi)航天技術(shù)的支撐。據悉，五環(huán)的結構特點(diǎn)是異形、大跨距、低剛度，其設計與火箭研制異曲同工。因此，長(cháng)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L(fǎng)ED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(jué)技術(shù)首創(chuàng )！超600人AI實(shí)時(shí)動(dòng)捕互動(dòng)

每個(gè)國家或地區的代表隊入場(chǎng)時(shí)都有一個(gè)雪花形狀的引導牌，在中國代表隊入場(chǎng)后，引導員手拿雪花引導牌匯聚在一起，此時(shí)虛擬的雪花也開(kāi)始顯現。

隨著(zhù)引導員的動(dòng)作變化，近百朵寫(xiě)著(zhù)各國（地區）名字的虛擬雪花也開(kāi)始匯聚在一起，橄欖枝將小雪花變化成大雪花，大雪花在鳥(niǎo)巢中自由飛舞，一個(gè)虛擬地球慢慢顯現。

虛擬的大雪花慢慢消失一個(gè)大雪花形態(tài)的主火炬臺慢慢升起，這個(gè)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(zhù)超55萬(wàn)顆LED燈珠，每個(gè)LED燈珠都由驅動(dòng)芯片的單一信道獨立控制。為實(shí)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(guò)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(chǎn)品，充分呈現雪花的線(xiàn)條感和細膩的畫(huà)面顯示效果。在《讓世界充滿(mǎn)愛(ài)》的歌聲中，幾十名來(lái)自世界各地的年輕人并肩而行，他們走過(guò)之處，一幅影像長(cháng)河追隨著(zhù)行走速度實(shí)時(shí)展開(kāi)。

隨后，四組滑雪運動(dòng)員在場(chǎng)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(cháng)長(cháng)的滑冰軌跡上逐漸呈現。通過(guò)搭載京東方自主研發(fā)的超大規模顯示模組控制與同步系統，地面可實(shí)時(shí)捕捉演員行進(jìn)軌跡。

接下來(lái)的《雪花》節目中，超過(guò)600多位小朋友揮舞著(zhù)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(guò)600人進(jìn)行集體實(shí)時(shí)人工智能動(dòng)作捕捉、渲染。

這背后是英特爾3DAT計算機視覺(jué)動(dòng)作捕捉技術(shù)、北京電影學(xué)院聲音學(xué)院師生團隊AI實(shí)時(shí)視頻特效等技術(shù)工作的支持，憑借先進(jìn)的AI算法，技術(shù)團隊僅通過(guò)4部攝像機便覆蓋全場(chǎng)，實(shí)現演員與現場(chǎng)鋪設大屏之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)。但更難的如何縮短從數據采集到屏幕反饋之間的反映時(shí)間，研究團隊根據鳥(niǎo)巢自身的場(chǎng)地環(huán)境對算法進(jìn)行了有針對性的優(yōu)化，此外還優(yōu)化了美術(shù)渲染生成的圖案和圖案的觸發(fā)方式，讓觀(guān)眾看到的視覺(jué)效果更靈動(dòng)。最后，最激動(dòng)人心的點(diǎn)火儀式到了！經(jīng)過(guò)多位國家隊運動(dòng)員輪番傳遞，越野滑雪運動(dòng)員衣拉木江和北歐兩項運動(dòng)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(gè)在大雪花中心繼續燃燒的火炬，就是我們的主火炬！火炬點(diǎn)燃那一刻，巨型雪花屏由中心向四周輻射開(kāi)來(lái)?？焖僮儞Q、完美同步的顯示畫(huà)面背后，是京東方AIoT技術(shù)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(shí)間內將大規模視頻內容快速下發(fā)，同步集控確保102塊雙面屏幕實(shí)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(shí)，通過(guò)采用LoRa（遠距離無(wú)線(xiàn)電）低延遲控制系統搭配同步播放時(shí)間校正技術(shù)，進(jìn)一步確保視頻畫(huà)面完美協(xié)同。微火雖微，永恒綿長(cháng)，生生不息。大雪花緩緩升起，載著(zhù)奧林匹克之火，飛至鳥(niǎo)巢上空！

03.中國前沿科技持續亮相奧運會(huì )

在北京冬奧會(huì )舉行開(kāi)幕式的同時(shí)，鳥(niǎo)巢外的北京街頭多個(gè)8K超高清大屏也在對北京冬奧會(huì )開(kāi)幕進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。其實(shí)保證這場(chǎng)精彩開(kāi)幕式順利完成的最重要的工程是對“鳥(niǎo)巢”的智慧化改造，通過(guò)建設鳥(niǎo)巢的數字模型，動(dòng)態(tài)采集設備的運行情況、人流情況、環(huán)境情況，進(jìn)而建成基于人工智能的鳥(niǎo)巢數字孿生體。建設虛擬的鳥(niǎo)巢不僅解決了表演中的問(wèn)題，其實(shí)在表演創(chuàng )排階段，仿真技術(shù)更是起到了重要的作用，例如開(kāi)幕式第一個(gè)節目《立春》，如何讓近400名演員同時(shí)揮舞發(fā)光棒互不干擾就是一個(gè)難題，而這些都是通過(guò)數字孿生仿真技術(shù)模擬實(shí)際效果，進(jìn)而實(shí)現的。回顧之前的2018年平昌冬奧會(huì )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(luò )。平昌冬奧會(huì )閉幕式上“北京8分鐘”中其實(shí)就運用到了LED、機器人、AR等技術(shù)。

“北京8分鐘”中有近乎透明的LED屏幕“冰屏”實(shí)現了透明圖像顯示，達到了更通透靈動(dòng)的效果，肉眼看上去雪花潔白、冰花透明；有24個(gè)移動(dòng)機器人通過(guò)自己動(dòng)作編排，實(shí)現了與現場(chǎng)演員、地面投影的聯(lián)動(dòng)表演。“北京8分鐘”還有兩只靈活進(jìn)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(shí)智能眼鏡，使演員在大熊貓道具內部無(wú)差別的觀(guān)測到外部的環(huán)境，完美流暢的完成規定動(dòng)作。
04.結語(yǔ)：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(shí)節，2022年北京冬奧會(huì )正式開(kāi)幕。在北京冬奧會(huì )開(kāi)幕式及整個(gè)賽事籌備運行中，我們看到人工智能、云計算、數字孿生技術(shù)等各種數字化技術(shù)已經(jīng)在大規模地應用。這場(chǎng)必將被載入史冊的奧運盛會(huì )，正燃燒著(zhù)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(fēng)范，“一起向未來(lái)”。