一文看懂北京冬奧會開幕式上的科技亮點與創新
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導讀：從“雪花”火炬臺到超高清地面顯示屏、懂北的科點創再到“冰立方”，京冬技亮元宇宙、開幕黑科技加持的式上北京冬奧會開幕式，是懂北的科點創一場驚艷的藝術盛宴，其中蘊藏的京冬技亮現代科技正開啟著華麗的篇章。
巨型“雪花”主火炬臺、開幕超過1萬平方米的式上光影地屏、60米高的懂北的科點創冰瀑屏、三維運動追蹤技術……借助電子信息技術和產品，京冬技亮北京為世界奉上了一場融合科技感、開幕體驗感、式上唯美感的懂北的科點創視聽盛宴。這場美輪美奐開幕式的京冬技亮完美呈現，離不開LED屏幕、開幕超高清視頻、三維仿真技術等科技創新的“鼎力相助”。
萬平巨型光影地屏占據C位
光電顯示產品的大量應用打造了一個流光溢彩的開幕式。其中，開幕式地屏配合節目的進行不斷變換著畫面，時而細膩，時而空曠，占據了絕對的C位。開幕式視效總監王志鷗在接受媒體采訪時對其贊不絕口：“如今這塊地屏成為奧運史上最大的‘冰面’，也是開幕式最大亮點之一，展現出中國科技和演藝技術的迅猛發展。”
據記者了解，此次開幕式的舞臺地面整體面積超過10000平方米，是目前全球最大的8K超高清地面顯示系統，采用多個8K+級分辨率的畫面融合技術，超大規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，可實現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。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下，地面顯示系統依然能實現穩定運行，在開幕式當天向世界完美呈現夢幻逼真的科技之美。
巨型“雪花”形主火炬臺熠熠生輝
踐行低碳、環保理念，本屆北京冬奧會創新采用奧運火炬代替主火炬點燃的儀式。在兩位運動員將奧運火炬放進雪花形態主火炬臺時，巨型雪花屏由中心向四周輻射開來，閃耀出波浪般層層遞進的璀璨光芒，快速變換。巨型雪花型主火炬臺閃耀著晶瑩剔透的光芒緩緩升空，將整個開幕式氣氛推向高潮。
記者了解到，“雪花”直徑達14.89米，由96塊小雪花形態和6塊橄欖枝形態的LED雙面屏創意組成，采用雙面鏤空設計，嵌有55萬余顆LED燈珠，每一顆燈珠都由驅動芯片的單一信道獨立控制。
據介紹，主火炬臺的硬件支撐和軟件系統由BOE（京東方）自主研發設計。團隊成員通過500多張設計圖紙和近10輪的制樣，研發出目前行業內發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，成功將導演組的藝術創意變為現實。
冰立方“雕刻”冰雪五環惟妙惟肖
在開幕式的“冰雪五環”章節中，由“冰立方”雕刻而來的冰雪五環環節令人印象深刻。冰立方破冰的43秒虛實結合的演出凝聚了數百人的科技智慧。
北京長征天民專項團隊解釋稱，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，降低了五環展示環境設計過程中的實物投產成本。據悉，五環的結構特點是異形、大跨距、低剛度，其設計與火箭研制異曲同工。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，讓奧運五環也跟火箭的箭體一樣既堅又輕。
“‘雕刻’的視覺是在激光與冰立方3D視效的結合下產生的。”開幕式LED供應商利亞德集團董事長李軍介紹。冰立方長22米、寬7米、高10米，是由LED屏組成的。奧運五環亮相時，位于看臺4層的激光照射在冰立方上，對冰立方進行“雕刻”，隨著冰立方上部的頂蓋的下翻，配合著激光的“雕刻”，底部的五環緩緩上升，冰立方四面的LED屏一邊緩緩下降，一邊播放冰碴四濺的三維視覺效果，三方面完美配合，就形成了五環被一點點“雕刻”出來的視覺效果。
虛擬仿真系統是幕后的隱形英雄
作為一項復雜的系統工程，冬奧會開幕式設置了16個環節，涉及演員約3000名、工作人員和觀眾30000余名。為保證冬奧會順利進行和演出效果的完美呈現，北京理工大學計算機學院數字表演與仿真技術團隊基于原創的“智能化創編排演一體化”系統，打造了冬奧開幕式仿真系統。
“我們通過三維仿真技術，模擬出冬奧會開幕式全流程，對演員、燈光、音樂、煙花、奧運火炬，甚至轉播機位等全要素進行全方位‘排兵布陣’。這個平臺相當于電影預演系統，幫助導演團隊等直觀了解開幕式的整體效果。”數字表演與仿真技術團隊負責人、北理工計算機學院丁剛毅教授介紹說。
開幕式系統仿真已經精確到開幕式的每分每秒，甚至精確到每一位演員的位置、動作步伐速度。例如，北理工團隊成員，對《立春》節目中的每一位演員的動作效果逐一進行了仿真，為每一位表演者提供了“定制”表演手冊，將節目細節一一標注清晰，對節目效果進行了上萬次修改，助力節目呈現最佳效果。
據介紹，在2月4日開幕式隆重舉行之前，開幕式已經在仿真系統上排演了約12次。冬奧開幕式仿真系統為開幕式的策劃、設計和排練提供了有力的科技支撐。
三維運動追蹤技術確保表演0失誤
伴隨著音樂，運動員們在冰雪中“暢游”，所到之處瞬間“冰雪消融”，風雪特效與運動員仿佛融為一體。開幕式上“雪花”表演環節的壯觀場景，令全球觀眾驚嘆。
借助AI算法以及3DAT三維運動員追蹤技術協助，開幕式僅依靠4臺攝像機就覆蓋了全場，并實現演員與現場鋪設的大屏實時互動，將唯美藝術和奧林匹克精神傳遞給了世界。
“目前光學動捕或慣性動捕相關技術已經相對成熟，國內外已經有很多公司在提供相關的商業服務。然而，基于計算機視覺的人體動捕技術還處于學術研究階段，目前市場上與此有關的商用產品也很少。現有的視覺動捕技術也存在人體姿態跟蹤的精度不高、空間定位不穩定、易出現人體姿態結果異常等問題。”英特爾研發人員向《中國電子報》記者表示。
據了解，為了達到“暢游”特效0失誤、提高數據信號傳輸實時性以及傳輸效率，英特爾團隊克服了重重困難。例如，在設計算法時，要盡可能避免對錯誤姿態或不合理姿態的輸出，利用前后幀視頻運動信息增加時空一致性，減少時序抖動。在視頻圖像和三維數據中，要參考人體運動的相關知識，使AI模型具備從圖像到三維空間的推理能力。最后，再利用算法強大的糾錯能力，從嵌入人體運動學及動力學等方面對信息進行約束，從而保證最終輸出人體運動信息準確無誤。
此外，記者了解到，除開幕式中的亮相以外，3DAT技術還被應用于運動員的訓練、比賽、賽后分析等應用中。例如，3DAT解決方案能夠將運動視頻數據以每秒60幀的速度發送到云端，在若干秒計算中實時處理、校驗、統計和分析復雜而龐大的訓練數據信息，生成運動軌跡和運動員骨骼分析報告和圖表，為運動員訓練和教練員指導提供詳細概述，幫助運動員釋放全部運動潛力。
巨型“雪花”主火炬臺、開幕超過1萬平方米的式上光影地屏、60米高的懂北的科點創冰瀑屏、三維運動追蹤技術……借助電子信息技術和產品，京冬技亮北京為世界奉上了一場融合科技感、開幕體驗感、式上唯美感的懂北的科點創視聽盛宴。這場美輪美奐開幕式的京冬技亮完美呈現，離不開LED屏幕、開幕超高清視頻、三維仿真技術等科技創新的“鼎力相助”。
萬平巨型光影地屏占據C位
光電顯示產品的大量應用打造了一個流光溢彩的開幕式。其中，開幕式地屏配合節目的進行不斷變換著畫面，時而細膩，時而空曠，占據了絕對的C位。開幕式視效總監王志鷗在接受媒體采訪時對其贊不絕口：“如今這塊地屏成為奧運史上最大的‘冰面’，也是開幕式最大亮點之一，展現出中國科技和演藝技術的迅猛發展。”
據記者了解，此次開幕式的舞臺地面整體面積超過10000平方米，是目前全球最大的8K超高清地面顯示系統，采用多個8K+級分辨率的畫面融合技術，超大規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，可實現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。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下，地面顯示系統依然能實現穩定運行，在開幕式當天向世界完美呈現夢幻逼真的科技之美。
巨型“雪花”形主火炬臺熠熠生輝
踐行低碳、環保理念，本屆北京冬奧會創新采用奧運火炬代替主火炬點燃的儀式。在兩位運動員將奧運火炬放進雪花形態主火炬臺時，巨型雪花屏由中心向四周輻射開來，閃耀出波浪般層層遞進的璀璨光芒，快速變換。巨型雪花型主火炬臺閃耀著晶瑩剔透的光芒緩緩升空，將整個開幕式氣氛推向高潮。
記者了解到，“雪花”直徑達14.89米，由96塊小雪花形態和6塊橄欖枝形態的LED雙面屏創意組成，采用雙面鏤空設計，嵌有55萬余顆LED燈珠，每一顆燈珠都由驅動芯片的單一信道獨立控制。
據介紹，主火炬臺的硬件支撐和軟件系統由BOE（京東方）自主研發設計。團隊成員通過500多張設計圖紙和近10輪的制樣，研發出目前行業內發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，成功將導演組的藝術創意變為現實。
冰立方“雕刻”冰雪五環惟妙惟肖
在開幕式的“冰雪五環”章節中，由“冰立方”雕刻而來的冰雪五環環節令人印象深刻。冰立方破冰的43秒虛實結合的演出凝聚了數百人的科技智慧。
北京長征天民專項團隊解釋稱，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，降低了五環展示環境設計過程中的實物投產成本。據悉，五環的結構特點是異形、大跨距、低剛度，其設計與火箭研制異曲同工。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，讓奧運五環也跟火箭的箭體一樣既堅又輕。
“‘雕刻’的視覺是在激光與冰立方3D視效的結合下產生的。”開幕式LED供應商利亞德集團董事長李軍介紹。冰立方長22米、寬7米、高10米，是由LED屏組成的。奧運五環亮相時，位于看臺4層的激光照射在冰立方上，對冰立方進行“雕刻”，隨著冰立方上部的頂蓋的下翻，配合著激光的“雕刻”，底部的五環緩緩上升，冰立方四面的LED屏一邊緩緩下降，一邊播放冰碴四濺的三維視覺效果，三方面完美配合，就形成了五環被一點點“雕刻”出來的視覺效果。
虛擬仿真系統是幕后的隱形英雄
作為一項復雜的系統工程，冬奧會開幕式設置了16個環節，涉及演員約3000名、工作人員和觀眾30000余名。為保證冬奧會順利進行和演出效果的完美呈現，北京理工大學計算機學院數字表演與仿真技術團隊基于原創的“智能化創編排演一體化”系統，打造了冬奧開幕式仿真系統。
“我們通過三維仿真技術，模擬出冬奧會開幕式全流程，對演員、燈光、音樂、煙花、奧運火炬，甚至轉播機位等全要素進行全方位‘排兵布陣’。這個平臺相當于電影預演系統，幫助導演團隊等直觀了解開幕式的整體效果。”數字表演與仿真技術團隊負責人、北理工計算機學院丁剛毅教授介紹說。
開幕式系統仿真已經精確到開幕式的每分每秒，甚至精確到每一位演員的位置、動作步伐速度。例如，北理工團隊成員，對《立春》節目中的每一位演員的動作效果逐一進行了仿真，為每一位表演者提供了“定制”表演手冊，將節目細節一一標注清晰，對節目效果進行了上萬次修改，助力節目呈現最佳效果。
據介紹，在2月4日開幕式隆重舉行之前，開幕式已經在仿真系統上排演了約12次。冬奧開幕式仿真系統為開幕式的策劃、設計和排練提供了有力的科技支撐。
三維運動追蹤技術確保表演0失誤
伴隨著音樂，運動員們在冰雪中“暢游”，所到之處瞬間“冰雪消融”，風雪特效與運動員仿佛融為一體。開幕式上“雪花”表演環節的壯觀場景，令全球觀眾驚嘆。
借助AI算法以及3DAT三維運動員追蹤技術協助，開幕式僅依靠4臺攝像機就覆蓋了全場，并實現演員與現場鋪設的大屏實時互動，將唯美藝術和奧林匹克精神傳遞給了世界。
“目前光學動捕或慣性動捕相關技術已經相對成熟，國內外已經有很多公司在提供相關的商業服務。然而，基于計算機視覺的人體動捕技術還處于學術研究階段，目前市場上與此有關的商用產品也很少。現有的視覺動捕技術也存在人體姿態跟蹤的精度不高、空間定位不穩定、易出現人體姿態結果異常等問題。”英特爾研發人員向《中國電子報》記者表示。
據了解，為了達到“暢游”特效0失誤、提高數據信號傳輸實時性以及傳輸效率，英特爾團隊克服了重重困難。例如，在設計算法時，要盡可能避免對錯誤姿態或不合理姿態的輸出，利用前后幀視頻運動信息增加時空一致性，減少時序抖動。在視頻圖像和三維數據中，要參考人體運動的相關知識，使AI模型具備從圖像到三維空間的推理能力。最后，再利用算法強大的糾錯能力，從嵌入人體運動學及動力學等方面對信息進行約束，從而保證最終輸出人體運動信息準確無誤。
此外，記者了解到，除開幕式中的亮相以外，3DAT技術還被應用于運動員的訓練、比賽、賽后分析等應用中。例如，3DAT解決方案能夠將運動視頻數據以每秒60幀的速度發送到云端，在若干秒計算中實時處理、校驗、統計和分析復雜而龐大的訓練數據信息，生成運動軌跡和運動員骨骼分析報告和圖表，為運動員訓練和教練員指導提供詳細概述，幫助運動員釋放全部運動潛力。