在2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”用中国智慧惊艳了世界。轮滑表演、地面投影、动态视频、熊猫玩偶、隐形机器人……众多要素完美结合，共同展现了冰雪运动和中国文化的魅力，诠释了2022年北京冬奥会“人文奥运”和“科技奥运”的精神。
这精彩的8分钟的呈现离不开幕后技术团队的强大支持，而北京理工大学也是其中之一。2017年6月，北京冬奥组委正式委托北理工软件学院丁刚毅团队组建虚拟仿真团队。他们利用精准高效的“黑科技”，为演出的前期创意设计和现场排练工作提供有力的技术保障，助力“北京8分钟”华丽登场。
两套系统充当“眼睛”和“指挥棒”
据北京理工大学软件学院院长、虚拟仿真团队负责人丁刚毅介绍，“北京8分钟”创意丰厚、炫酷精彩，但其效果的完美呈现面临众多技术上的难题。
“要用线条的延伸体现中国元素，线条应该怎么描绘？演员移动能否跟得上线条？每个演员不同时刻要到哪个位置、又该怎么滑？整个演出要做到灯光、音响和演出内容的配合，机器人车台和运动员的配合，人物运动和虚拟图案的配合，需要十几个工种共同完成，如何进行准确对接？演出方案每天都在变，人工操作来不及又该怎么办？所有这些问题都需要解决。”
针对参演要素多、创意过程复杂、排练关联复杂度高等特点，北理工团队利用了影视虚拟和数字表演与仿真技术，专门创新研发了广场表演预演系统和训练彩排与数字验证系统。其核心理念在于对表演创意进行数据化、模型化、系统化，从而将整场文艺表演的过程全部仿真，在各部门之间进行紧密协调，充当演出的“眼睛”和“指挥棒”。
“黑科技”到底怎么发挥作用？团队核心成员、软件学院教师李鹏介绍了它们的工作原理。两大系统中，训练彩排与数字验证系统负责将前期创意动画进行分析，将其转化为执行数据，一方面能够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、纠正动作偏差，另一方面能够快速对方案进行可行性验证，判断演员动作能否达到预期要求，从而帮助导演对难度过大的设计进行准确调整。
在这一系统的基础之上，文艺表演预演系统发挥着关键角色。它可以利用定位系统，加入演员真实排练数据，并融入灯光、音乐、道具、视频、场景等，对演出全要素进行同比例建模，从而用可视化的界面将各种方案的真实效果进行逼真的线上“彩排”，帮助导演把控、决策和完善表演方案。值得一提的是，系统还精确模拟了平昌表演场地的全部33个机位，得到不同角度、不同场景的模拟演出效果，从而在演出之前就可以帮助电视台进行现场转播镜头的分配。
李鹏说，两套系统协调运行，不仅保证了导演团队的创意思路贯彻到演出的各个环节中去，减少了导演、编导和演员对演出效果理解的偏差，让解决问题更具有针对性，同时也有效节省了人力和物力。“让一个演员滑一次，就能快速叠加、模拟出整体形状，这样排练的成本降低，效率大大提高。这两套系统能够帮助我们在演员的能力和导演的创意之间找到平衡，让演出方案既达到导演满意的效果，又具有实际的可操作性。要是没有这两个系统，这是很难快速实现的。”
台上八分钟，台下一年功
“回顾这一年的工作，要说不辛苦，那是不可能的。”团队成员、就读于北京理工大学软件学院的博士三年级学生吴玉峰说道。虽然作为深耕于电脑屏幕后的“码农”，他和其他几名实验室同学并没有在平昌奥运会闭幕式现场留下自己的身影，但这8分钟于他们而言、于整个技术团队而言，是将近一年心血的结晶。
自一年前北京冬奥组会开始进行“北京8分钟”的创意构想开始，实验室的教师和学生们就开始和张艺谋导演以及主创团队进行定期交流讨论。2017年6月，北京理工大学正式成立了虚拟仿真团队，开始熟悉导演团队创意思路，并对支持系统进行开发调试和准备，对原有软件架构进行创新和补充，使其满足功能需求。12月起，团队正式进驻位于北京昌平的“北京8分钟”文艺表演训练场地，全程参与了“北京8分钟”的全封闭排练工作。
“一共排练了两个月，每天一半的时间都在忙。那两个月正是北京最冷的时候，因为要在露天的场地进行模拟，我们和所有演员、工作人员一样，全程都在户外工作，电脑和设备也都搬到外面。有时候白天排练的数据和修改意见出来了，晚上还要加班加点，熬夜修改调试，保证不耽误第二天排练的进度。”吴玉峰说道。
演出方案每天都会调整好几次，成员们已经不知道修改过多少个版本，也不知道看了多少次8分钟的模拟动画。尽管画面的每一帧他们都已烂熟于心，但在2018年2月25日的晚上，电视机前的他们目睹着“北京8分钟”的最终呈现，依然心潮澎湃。“当熟悉的《歌唱祖国》的旋律响起的时候，我真的非常激动。我知道我们虽然付出了不少，但真的值了。我觉得非常荣幸能参与到这样一次国家的大事件中，更为中国的强大、科技文化的先进感到骄傲。”
“黑科技”服务国家需求
据了解，这支年轻的团队来自北京理工大学数字表演与仿真技术实验室，该实验室依托数字表演与仿真技术这一交叉学科，是软件工程、光学工程、计算机科学等工程科学和艺术学、心理学、社会学等人文学科的交汇点。
近年来，在不少国家级的重大重点活动中有这群年轻人的幕后耕耘。2008年北京奥运会开幕式上 “文字”“太极”“星光”和人体“鸟巢”等亮点节目的排练制作，国庆60周年群众游行的仿真设计，抗战70周年纪念大会气球施放设计，93阅兵的演练，2010-2018年央视春晚的编排……实验室最初用于军事战场仿真的“黑科技”，正在走向民间需求、走向国家重大活动，走向国际化的、更加宽广的舞台。
丁刚毅认为，伴随“黑科技”的推广而愈加显现的，是军民融合、学科交叉、文化科技融合等新趋势。“近年来，国家格外重视发展文化产业和科技产业，我们积累的技术和经验大有可为。”在这一背景下，高校和科研机构作为科技行业领军者，除了要瞄准国际前沿，继续坚持高水平人才的培养，推进技术进步和创新外，还要争取更多地、更有效地服务国家重大需求，用坚实的技术支撑国家重点任务和重大活动，承担高校应有的使命和责任。
“‘北京8分钟’的意义很大，这是一个全新的起点。展望未来的5年，无论是2019年的国庆70周年、2021年的党庆100年、还是2022年的北京冬奥会，我都希望我们的仿真技术能够继续服务国家的重大活动；我也相信，我们一定会做得更好。”丁刚毅说道。（人民日报中央厨房·半亩方塘 杨宁 宋润舟）
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