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实时渲染、3D视效、​三维追踪…解析冬奥会开幕式绝美瞬间背后的科技力量!

2022-02-08


*图片来源 央视频

11600平方米的高清LED显示屏,基于人工智能技术的影像识别跟踪、基于交互引擎技术的实时渲染,全球首次在超过一万平方米地面上对超过600名演员进行实时跟踪和互动……2022年北京冬奥会开幕式带来了太多绝美瞬间,其背后是用科技的手段将中国人的浪漫展现得淋漓尽致。


下面就跟着小编一起来看看,这些精彩的节目背后有哪些高科技在支撑吧~

01

世界最大的LED显示屏

呈现“黄河之水天上来”

采用多个8K+级分辨率的画面融合技术(图片来源/央视频)

一进鸟巢,观众首先会被一块超大的LED屏吸引。它平铺在鸟巢中心,一直延伸到跑道,约1.16万平方米,是目前建成的世界最大的LED显示屏,包含超过4万块的LED模块,不仅能完美地呈现各种特效,还可结合虚拟现实技术来使用,完全颠覆了传统的演出舞台空间结构,可变换成多面凸屏,延伸画面,增添空间感,打造出数字化高端演艺视效,是为此次开幕式量身打造的分辨率高、刷新率高的地屏展示项目。


此次开幕式流光溢彩的会发光的舞台采用了多个8K+级分辨率的画面融合技术超大规模的光学校正算法可对每个显示画面进行像素点级的光学校正,可呈现出100000:1超高对比度,3840Hz超高刷新率,以及29900x15096超高分辨率的超高清绚丽画面。同时,超大规模显示模组控制与同步系统,还可实时捕捉演员行进轨迹,实现画面与演员的无缝互动。

多个8K+级分辨率的画面融合技术呈现的“黄河之水天上来”(图片来源/央视频)

与地屏垂直的是一块近60米高、20米宽的LED屏,叫做冰瀑。开幕式中,一滴水墨滴下来,张艺谋解释,如同“黄河之水天上来”,铺满全场,呈现出具有中国美学的画面,令人惊艳。


负责演出装置的副经理刘记军表示,平地竖起这样一块大屏并非易事,第一个考验就是大风。冰瀑建好后正是秋冬季节,场内的风速足以把屏幕撕烂。冰瀑下面没有地基,塔架无法生根,这么大面积的屏会不会被吹倒?


安全是首位的,刘记军的团队开始研究鸟巢场内的风如何刮,记录了一两百种风况,设置模拟实验。最终考虑到风的影响,屏幕的宽度从30米调整到20米,采用了透风的格栅屏。


得益于团队的细致严谨,最终冰瀑的呈现效果非常抓人眼球。或许若干年后,当我们回忆起2022年的春节,脑海中的第一个画面就是从天而降的冰瀑。


02

激光与3D视效

“雕刻”冰立方

激光与冰立方3D视效的结合(图片来源/央视频)

对于许多观众来说,北京冬奥会开幕式上最吸引眼球的是冰雪五环的出现。


空中的一滴水墨凝结成冰,一块冰立方从地下升起,24道激光在上面回顾24届冬奥会,最终停在北京。6个冰球运动员快速击打,配合激光雕刻碎冰,最终一个冰五环显出形来。可以说,当“冰立方”缓缓被激光“雕刻”成晶莹璀璨的五环时,燃爆了现场,也点燃了屏幕前观众的激情。

冰立方(图片来源/人民文娱)

“雕刻的是真冰还是假冰”,在微博上,一些人就这一话题开始了激烈的讨论。


如此美轮美奂的“雕刻”视觉实际上是在激光与冰立方3D视效的结合下产生的。冰立方长22米、宽7米、高10米,是由LED屏组成的。五环本身也是一个LED屏,当它亮相的时候,位于看台4层的激光照射在冰立方上,对冰立方进行“雕刻”,随着冰立方上部的顶盖下翻,配合着激光的“雕刻”,底部的五环缓缓上升,冰立方四面的LED屏一边缓缓下降,一边播放冰渣四溅的三维视觉效果,三方面完美配合,就形成了五环被一点点“雕刻”出来的视觉效果。


据了解,整个冰立方的总重量有400吨,升降重量达180吨,在一个84m x 42m x 10m的坑内,升降载荷超过了一般剧院大型升降台的8倍,其过程是通过电机驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元,让冰立方的升降定位精度控制在±1mm。


03

三维追踪技术

与地面自然互动

三维运动员追踪技术(图片来源/央视频)

在《致敬人民》和《雪花》节目中,我们看到风雪特效和运动员的配合天衣无缝,运动员所到之处“风雪消融”,看到地面大屏随着表演者的走动出现新的画面,还看到雪花与孩子们如影随形,陪着孩子们在舞台上自由地移动……一个疑问产生了:为什么地面能够与表演者互动得如此自然?


这正是因为运用了“AI实时视频特效”的技术,它是一套实时捕捉和交互系统,能够捕捉演员实时位置及姿态,并渲染出相应的美术效果,这项技术的原理是通过图像进行识别,就是对需要扫描的区域放一台摄像机,将它拍摄到的图像通过AI系统进行实时分析,判定人的坐标。

(图片来源/新华社)

再具体点就是运用了3DAT技术(三维运动员追踪技术)。这套系统的运作过程大致如下:整个系统大致包括摄像机系统、进行计算机视觉和人工智能处理的服务器系统、后端进行渲染的渲染系统。运行时,技术团队通过安放在鸟巢看台6层的4台检测度极高的摄像机覆盖全场,以此采集场上演员的影像,判断他们的位置,然后把位置信息和动作信息反馈给渲染系统,渲染系统再按照导演设定的艺术效果,结合演员的位置、动作、姿态,进行实时的现场合成。


一般来说,3DAT技术多用于运动员训练,帮助教练员整理并提出科学训练计划和专业策略,本次冬奥会是首次将其运用在演出上,从视觉上看起来,渲染效果就像是跟随着演员一样,它给了导演们进行更多艺术创作的空间。


04

智慧系统

打造“雪花”形主火炬台

“雪花”形主火炬台缓缓升空(图片来源/央视频)

开幕式上,最受瞩目的巨型“雪花”形主火炬台闪耀着晶莹剔透的光芒缓缓升空,伴随圣火点亮,将整个开幕式气氛推向高潮,全球观众都为其唯美浪漫而惊艳震撼。据了解,主火炬台直径达14.89米,由96块小雪花形态和6块橄榄枝形态的LED双面屏创意组成,采用双面镂空设计,嵌有55万余颗LED灯珠,每一颗灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制。


为实现导演组火炬台要像“钻石般璀璨闪耀”的创意理念,主火炬台的核心研发团队通过500多张设计图纸和近10轮的制样,研发出目前行业内发光面最窄的单像素可控异形显示产品,充分呈现雪花的线条感和细腻的画面显示效果,成功将导演组的艺术创意变为现实。

点燃的主火炬(图片来源/央视频)

火炬点燃那一刻,巨型雪花屏由中心向四周辐射开来,闪耀出波浪般层层递进的璀璨光芒,快速变换、完美同步的显示画面背后,采用的是AIoT技术体系同/异步兼容信发系统,异步集控能在极短时间内将大规模视频内容快速下发,同步集控确保102块双面屏幕实现毫秒级响应;此外,“主路+环路”备份的高冗余控制系统确保了火炬台播控系统的超高可靠性。同时,通过采用LoRa(远距离无线电)低延迟控制系统搭配同步播放时间校正技术,进一步确保指令下发万无一失,实现视频画面完美协同。


05

5G+8K技术

转播冬奥舞台

开幕式上的高科技不仅集结在国家体育场,在北京市的220个8K转播落地点位都能看到开幕式盛况。身居北京的观众可以在全市户外大屏、商业场所大屏甚至是社区活动中心让“想看就看”成为可能。其中的关键是北京通过冬奥会的举办实现了8K技术规模化应用


北京冬奥会在全球首次规模化应用8K技术进行开幕式直播和赛事报道,联合5G网络全方位呈现出了一场身临其境的冰雪视觉盛宴。2月4日晚,国家大剧院对开幕式进行了8K直播。这次直播采用国内第一家面向终端用户的8K超高清电视频道—北京广播电视台冬奥纪实8K试验频道作为信号源,运用我国自主知识产权的AVS3编码技术,打通北京广播电视台到国家大剧院的传输路径,通过25000流明8K激光投影机和8K音频解嵌设备,实现了高质量8K电视节目的传输与展示。


总  结

北京冬奥会开幕式结束了,它展现了中国人的浪漫美学,是一场数字科技与美学创新的视觉盛宴。可以预见的是,随着中国数字化技术的飞速发展未来势必会有更多的高新技术被运用到舞台演出上,让我们拭目以待。



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