虛擬融入現實，點亮冬奧科技之光！

文章轉載自：中國電子報

筑夢冰雪，一起向未來。北京冬奧會正在如火如荼地開展。五環旗下，來自世界各地的運動健兒們在賽場上不斷超越自我、奮力拼搏。而作為全球首個“雙奧之城”，北京也在傾力奉上一場又一場科技與體育交織的冰雪視聽盛宴，彰顯著令世界矚目的中國力量。其中，虛擬現實（VR）技術猶如一粒火種，貫穿著北京冬奧會的各個環節，點亮了科技冬奧之光。

開幕式上的“驚鴻一瞥”

“空靈” “浪漫”“科技”……這場由張藝謀導演的開幕式以卓越之姿驚艷了全球，究竟哪個瞬間成就了開幕式上的“驚鴻一瞥”？以氫能為燃料的“微火火炬”首次亮相，以“一葉知秋”的詩意情懷點燃激情澎湃的奧林匹克精神；冰雪“五環”破冰而出，以璀璨奪目之景傳遞“打破隔閡、融為一體”的寓意；手拿和平鴿的小朋友腳踏飄舞的“雪花”而來，象征著和平與未來……短短不到200分鐘的開幕式表演幀幀皆是經典，在開幕式結束一周后依然頻繁登上熱搜。

計算機學院數字表演與仿真技術團隊所打造的冬奧開幕式仿真系統中的“鳥巢”

“人少而不空，空靈而浪漫”是多數觀眾給予開幕式的評價。據了解，北京理工大學計算機學院數字表演與仿真技術團隊采用原創的“智能化創編排演一體化”系統打造的全仿真“虛擬鳥巢”功不可沒。開幕式前，他們已經在“虛擬鳥巢”上排演了約12次，精確到每一位演員的位置、動作、步伐速度，甚至每一分、每一秒，并且根據模擬結果為參演者精心準備了“定制”的表演手冊，確保節目創意得以最大程度的實現。

令人印象深刻的還有近一萬平方米、畫質達到16K、鋪滿了整個國家體育場中心區域的“大地屏”。漫天飛舞的瑩瑩雪花、奔涌而來的巨浪、雪霧繚繞的丘巒、緩緩綻放的龐大花蕾、在地球表面熠熠生輝的五角星……“大地屏”配合著地面表演呈現出一幕幕夢幻逼真的畫面，身臨其境之感十足。

“如此絢麗的動態視覺效果背后意味著海量的數據計算和復雜的計算機圖形渲染，稍有差池，便會失之千里。”一位業內人士對《中國電子報》記者表示。據悉，北京理工大學和中央電視臺自主研發的渲染集群管理軟件將集群渲染速度提高到30倍以上。為保障“大地屏”視頻呈現、表演者動作、背景音樂三者實時配合，冬奧會開幕式仿真系統以可視化界面和圖紙、視頻等多種數據輸出載體將各種表演方案的真實效果進行三維呈現，將每一個要素的時空變化精準至0.01秒，最終使視覺震撼效果達到“極致”。

《立春》節目仿真效果圖

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稱：“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。” 這種數字表演依托人工智能、大數據、云計算、智能仿真等新技術手段增強實現藝術創意，通過提供感官復合的視覺效果和虛擬交互能力豐富表演呈現和制作手段，從而全面提升了文藝演出的表現效果。

冬奧場館的“高光時刻”

“在《黑客帝國》中使用的子彈時間出現在了北京冬奧會上，但在更高等級的版本中，它被稱為360°VR技術，可以捕捉整個區域的3D數據，來進行360°回放。”一位外國UP主（賬號：歪國看中國）在YouTube網站上傳的視頻中驚嘆道。

“也就是說在多臺VR全景攝像機的加持下，廣播員可以在各個攝像機之間來回切換選出不同的角度，這樣才能呈現出高質量的定格圖像。試想一下，從各個角度欣賞這場傳奇體育賽事中的高光時刻，從某些方面來講，看電視直播會比在現場觀看的體驗更好。”他說。

5G+VR技術應用打破了傳統的定點觀賽模式，為觀眾帶來了自由視角、子彈時間、沉浸式觀賽、VR互動等多種創新觀賽體驗，觀眾不僅可以通過調整觀看視角動態追蹤自己想看的內容，還可以隨時捕捉稍縱即逝的定格畫面，猶如坐在“特等席”一樣，不會錯過任何精彩瞬間。同時，這項技術還能輔助裁判判罰，保障賽事公平性。

與此同時，北京冬奧會場館還創新應用了虛擬場館仿真系統（VSS），通過可視化“數字孿生”模型，對賽事場館進行了1:1的3D場景還原，這是奧運賽歷史上首次使用虛擬場館仿真方式進行運行設計和轉播規劃的系統平臺。

北京冬奧會開幕式仿真系統界面

“該系統是給賽事活動提供基于場館三維模型的可視化協作平臺，利用數字孿生技術給活動組織方提供三維虛擬圖紙（無紙化辦公）、活動編輯和推演、虛擬測試活動、沉浸式培訓、經驗與資產傳承等服務的綜合解決方案。”視伴科技執行副總裁宋昊明對《中國電子報》記者介紹說。基于VSS系統，場館運營方可獲得高度精準的信息，對場館設計、賽道模擬、攝像機位模擬、觀眾座位觀賽視角模擬等進行智慧管理。

北京電影學院未來影像高精尖創新中心虛擬制作實驗室主任、場館仿真系統研發負責人王春水在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“這會有效解決奧運賽會辦賽復雜程度高、資源分散、工作界面不直觀等問題，尤其為新冠肺炎疫情防疫工作做出了突出貢獻。”

同時他也指出，該系統在電影制作領域的應用已經趨向成熟，在虛擬場景中進行影視預演，可以完善外景布置、機位擺設、攝影角度、演員走位等細節方案，大幅降低成本，縮短電影制作周期，未來還將在防疫、安保、票務、游戲等領域進一步拓展應用空間。

訓練場上的“隱形教練”

今年，運動員的訓練場上出現了一大批神秘的“隱形教練”。“現在我們看到的是五臺六自由度電動模擬體育訓練系統。我們將航空的模擬訓練理念引入體育領域，然后通過六自由度平臺的技術，包括虛擬現實技術、體育項目的數字仿真技術為運動員提供和賽道一樣逼真的訓練環境。”順著北京體育大學二七國家冰雪運動訓練科研基地、六自由度團隊負責人宋小東手指的方向看去，鋼架雪山訓練系統、越野滑雪訓練系統、雪山訓練系統、高山回轉訓練系統，以及多功能訓練系統赫然出現在眼前。

其中，鋼架雪山訓練系統由一架雪車與前方三塊呈環形圍繞的高清大屏組成，能夠1:1還原國家雪車雪橇中心的賽道模型。據宋小東介紹，該訓練系統能夠幫助運動員呈幾何級倍數地增加訓練次數，對賽道形成肌肉記憶。教練員也可以根據模擬器監控數據對運動員發力的時間、大小進行評判，從而制定更具針對性的訓練方案。

位于張家口的冬奧賽場上有一款身高只有30厘米的小機器人正在忙碌著。它是由東北大學機械學院王宏教授團隊研發，能夠精準捕捉雪場環境數據，通過虛擬現實系統實時模擬賽場環境，讓運動員或者體驗者能夠在不同環境下進行訓練。據了解，這款滑雪道多模態環境要素和滑行速度測量機器人自去年7月份開始就在輔助中國自由式滑雪空中技巧隊進行夏訓和冬訓了。

東北大學力學系攻關小組研發的“旱雪魔毯”也是世界首創，于去年夏季投入使用。據說站在“魔毯”上的滑行感覺、落地應力與在真雪上的相似度高達90%以上，不僅解決了此前非雪季無法進行著陸訓練的難題，還大大提高了訓練效率和質量。

中國工業合作協會仿真技術產業分會會長、北京航空航天大學教授張霖在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“基于這些虛擬仿真應用，可以更好地了解運動員的生理、心理特點，提高訓練效率和水平；更全面地了解對手的技術特點，并通過虛擬對抗訓練，提高運動員或運動隊的實戰和應變能力；提前體驗比賽場館和賽場氣氛，快速適應比賽環境。”

“虛”技術點燃“真”熱情

步入北京冬奧村占地1000平方米的娛樂中心，VR體驗區總是不缺到訪者。在這里，可以坐進4D載人深海模擬器或者太空模擬艙，沉浸式體驗上天入地的快感；也可以站上3D模擬滑雪機，來一場讓腎上腺素飆升的雪上競賽；還可以帶上VR裝備，開啟激情四射的模擬實戰。實際上不止是這里，各大商場、影院附近的線下VR游戲體驗區也是頗受歡迎。

圖為游戲場景中的“滑雪大跳臺”

各大游戲廠商聞風而動，爭相推出VR冬奧系列IP，《和平精英》《奇幻滑雪》等爆款游戲紛紛增加了與滑雪項目相關的內容，引來大量關注。VR技術與游戲場景的結合，正吸引著更多的人來了解冰雪文化、感受冬奧魅力。

“中國隊奪金了！”在舉國上下為中國隊在冬奧會上的精彩表現歡呼雀躍之時，插畫師石珊珊正在埋頭作畫，只不過她手中的畫筆是VR手柄。其為定格中國隊摘得首金瞬間制作的VR繪畫作品在網絡上走紅。她說：“我想通過VR作畫的形式，向每一位拼搏在賽場的奧運健兒致敬，也祝愿他們都能取得滿意的成績。”

此外，在咪咕演播室閃亮登場的谷愛凌、徐夢桃、隋文靜等一眾冬奧運動員的“數字分身”，首位數字人奧林匹克公益宣傳大使熱愛REAI，“相約北京”奧林匹克文化節開幕式上中國虛擬歌手洛天依，播報冬奧會新聞的虛擬人航天員、記者小諍，在淘寶直播帶貨的冬奧“宣推官”數字人冬冬……冬奧會的場內、場外遍布前來“打工”的虛擬人。這些虛擬人成為近兩年虛擬現實技術在國內快速落地的一個縮影，悄然掀開了元宇宙的序幕。

張霖指出，虛擬仿真技術還有極大的發展空間。“未來，在視覺感知方面最終需要擺脫眼鏡和頭盔，在視覺之外更需進一步發展物理建模仿真技術，最終構造內外真實的虛擬物體、虛擬環境、虛擬人、虛擬社會、虛擬世界、虛擬宇宙，并建立人、真實世界和虛擬世界之間的無縫融合和自由交互。”