新京报快讯（记者 张璐）好的节目创意是否能呈现出惊艳的舞台效果？演员表演结束后几分钟可以离场使下一个节目无缝衔接？精彩绝伦的2022年北京冬奥会开幕式背后，北京理工大学团队利用仿真技术构建了一个演员、观众、设备等要素齐全的“虚拟”鸟巢，为演出的前期创意设计和现场排练工作提供技术保障。
闫大鹏为记者演示仿真系统。屏幕上，仿真演员正在进行表演。新京报记者 张璐 摄
仿真演员在虚拟鸟巢呈现演出效果
在北京理工大学计算机学院党委书记丁刚毅的电脑屏幕上，一个360度视角的仿真鸟巢精准呈现，上百名身穿不同颜色服装的虚拟“演员”正在地屏上表演，灯光效果、地屏上的画面绚丽夺目。屏幕右上方显示当前的节目场次、当年环节时间、下一场节目时间等信息，演员离场的速度和时间也精确到秒。虚拟彩排正在有条不紊进行。
“这是我们科技冬奥项目研制的大型表演智能创编排演一体化服务平台，实现表演全要素、全流程的集成与融合。”作为北京市数字表演与仿真技术重点实验室主任，丁刚毅告诉记者，平台集成了活动策划与智能创意系统、训练彩排方案生成系统、表演预演系统、装备协同控制系统、仿真转播关键技术等，形成表演全流程技术解决方案。
丁刚毅说，与动画一秒能呈现24帧画面不同，服务平台搭载了一个仿真虚拟世界，“从任何一个角度看，要素都是全的。”他把鼠标移动在某个观众坐席上，从这个座位看鸟巢的视角就真实地显现出来。
训练彩排系统辅助演员找位置
仿真技术提高了前期创意设计和现场排练的工作效率。丁刚毅举例说，没有仿真系统时，创编人员曾经想用“在纸上画点”的方法实现成百上千位演员在舞台上的效果。“那得画多少个点？而且大家的动作每时每刻都在变化，队形也在不断调整。”
所以早在2008年北京奥运会时，丁刚毅团队就开始研发针对大型活动的仿真系统，如今这套技术已经在国庆60周年至70周年、春晚、平昌冬奥会“北京8分钟”、建党百年庆祝大会和文艺演出等重大活动的编排中使用。
北京理工大学计算机学院博士研究生闫大鹏说，一些节目创意很好，但在舞台上呈现的效果是未知的，仿真系统不仅可以实现舞台效果，还能做出多种方案，供编导选择。他举例说，此次冬奥会上名为《立春》节目，需要近400名演员挥动9米左右高的柔性软杆，展现出杨柳、蒲公英等画面，营造春意盎然的景象。团队用数学方法给出队形动态点位，叠加出发光杆效果，提升了排演的效率。
“我们首先要把一个人的动作分解，再进行有规律的群体控制。为了展现出柔美的过渡效果，我们设计了各种方案，有整体的、分组的、传导式的，通过数学方法把各种波形进行叠加。”
在偌大的舞台上，训练彩排系统还可以确定每个时间点每个演员的位置、方向以及运动速度，为每个演员“量身定做”训练手册，帮助演员快速熟悉表演方案、识记动作路线。有的节目演员达到上百人，要不断变换队形。“他们具体如何走位，也是利用自主算法算出来的。”
上下节目的串联也有讲究。系统可以模拟出演员的离场和入场速度，使节目之间无缝衔接，防止舞台上出现“空白点”。
为16K大屏素材进行集群渲染，渲染时间缩短30倍
冬奥会开幕式还用上了16K的地屏，高分辨率的画质带来了震撼的视觉效果，但随之而来的是巨大的数据量。“投到地屏上的视频素材普通电脑带不动，需要进行渲染。”
闫大鹏说，渲染是指以软件由模型生成图像序列帧的过程，通过它得到模型与动画最终显示效果。对于高帧率16K的计算机图形动画生成任务，必须采用高性能GPU和CPU服务器集群。
他说，三分钟的素材约为3.5G，具体渲染时间根据素材的复杂程度，可能达到数十天。北京理工大学和中央电视台自主研发了渲染集群管理软件，可以实现任务自动分配、结果自动通知上传等功能，集群渲染速度提高了30倍以上。
据丁刚毅介绍，目前元宇宙的概念正火，未来，团队还将研究虚实混合的表演、观演人机界面，通过提供感官复合的视觉效果和虚拟交互能力，研究虚拟完备的“元宇宙”系统技术，丰富表演呈现和制作手段，增强艺术表现效果。
新京报记者 张璐
编辑 刘茜贤 校对 刘越
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