[数字表演打造“精确”视觉盛宴] 表达视觉盛宴的句子

　　彩旗飘扬的国庆广场游行，绚烂华美的国庆晚会光立方及奥运开闭幕式上无以伦比的梦幻演出，给人们呈现了饕餮视觉盛宴。那精准的控制，每位演员的全心投入，各个方面的无间配合，不仅是表演的成功，也在世界上每位中国人的心里增添了诸多激动与自豪。看到这些近乎完美的大型广场文艺表演，人们不禁惊叹于演员和导演们的精湛技艺，以及国家的强大。而隐藏在这些视觉盛宴之后的数字表演科技力量，却知之甚少。
　　在国庆游行、晚会乃至奥运开闭幕式表演幕后，活跃着一直鲜为人知的科技队伍，他们以数字表演为旗帜，着力打造一个全新的学科，并为实现“精确”的视觉盛宴而全力以赴。这就是以北京理工大学软件学院丁刚毅教授为首的“数字表演与仿真技术”科研团队。
　　
　　强大的研究力量建设数字表演
　　
　　说起数字表演，不仅仅是将表演数字化，而是指数字信息和计算机直接参与表演生产服务流程，将数字化表演与现代仿真技术相结合，从而全面提升文艺演出创意、编排、演出、推广等创新能力的新型交叉学科。
　　20年来，国外很多大学和多媒体研究机构都展开了相关研究，并逐步完善了数字表演的理论、技术和艺术体系。国外很多著名的舞台表演、舞蹈表演、戏剧表演已经将数字表演技术应用其中，取得了极大的展示效果和经济效益。在近三年代表图形学最高成就的SIGGRAPH大会上，数字表演的优秀作品层出不穷，赢得了众多艺术家和科学家的关注。
　　但数字表演涉及面如此广泛，以至于没有一个单独的学科可以担负起该学科的建设任务。其学科构成如下图所示：
　　以丁刚毅教授为首的数字表演团队，是由来自军用仿真、计算机、光学工程、设计、人文、艺术、舞蹈等各个方面的专家学者组成的具备国际先进水平的团队，其中不乏大名鼎鼎的长江学者王涌天教授、国家歌舞团陈维亚导演、沈晨导演等人物。为了能在新的表演中融入最新的数字技术，他们孜孜以求，共同奋斗。
　　数字表演的根基在于技术和艺术的完美结合，众多的科技手段被应用进来。其中包括能将真实场景上叠加虚拟场景并交互的增强现实技术、有来自于军事武器验证计算的仿真技术、有自动人物识别和事件发现的计算机视觉技术、有能模拟出数十万人不同姿态和状况的大规模人群实时渲染技术、还有能将世界各种信息管理起来的地理信息系统、将世界连接起来的物联网技术等等。这些技术无疑将对数字表演的未来添上美好的一笔。
　　在数字表演的发展过程中，一场场震撼的世界性演出给了数字表演充分的表现机会。奥运会开闭幕式、国庆群众游行、国庆焰火晚会……一个个成功的脚印随着数字表演的建设里程而走来。
　　
　　智能仿真编排系统服务奥运
　　
　　为使科技为2008北京奥运会服务，实现“科技奥运”的目标，自2006年开始，北京理工大学软件学院的科研人员与北京2008奥运会开闭幕式导演组合作，为开闭幕式的编排开展了大量的调研和研究工作，经过一年多的努力，完成了编排系统的原型设计和开发。
　　北京理工大学项目组与奥运会组委会开闭幕式运营中心先后组织了三次原型系统的汇报与讨论，得到了导演组的肯定，他们一致认为编排系统将对北京奥运会开闭幕式的排练、表演和仪式工作提高工作效率，缩短实施周期，降低工程风险起到重要作用，是“科技奥运”的具体体现。
　　2007年9月13日，奥组委开闭幕式运营中心向北京理工大学下达了“北京奥运会开闭幕式智能仿真编排系统项目任务书”。9月20日成立“计算机仿真编排技术小组”进驻开闭幕式运营中心，作为首次成立的技术部门正式开始参与创意、编排和仪式等工作。
　　开闭幕式智能仿真编排系统将为北京奥运会开闭幕式的排练、表演、仪式工作从以下方面提供技术支持和工程服务：
　　1、利用人工智能和人机交互等技术，辅助导演进行开闭幕式方案的创作、修改和调整；
　　2、利用虚拟现实技术，帮助导演随时调整预案和全景展示三维的、动态的表演方案，并为领导预审和电视导播等其他部门提供参考依据；
　　3、利用无线通信和多媒体技术，实现导演和各分场地编导之间实现音／视频的交流通信，帮助场地编导第一时间实现导演意图；
　　4、利用信息管理技术，实现演出流程管理，演出人员管理，服装道具管理，实施进度管理，参演团队集结调度等。
　　一年多的服务过程中，计算机仿真编排技术小组利用所开发的系统为开闭幕式的编排和排练提供服务，同时还完成了奥运会开闭幕式运营中心及导演组提出的对运动员、演员出入场、紧急疏散预案评估和高空动作设计方针等需求。
　　
　　国庆游行剪影
　　
　　2099年10月1日中午12点10分，千万个炫彩气球飞向空中，数千少年儿童如彩虹泄地般涌向金水桥，天地间成为欢乐的海洋。“41方阵中心到达中心线、建议涌场开始……40方阵离开疏散线……，游行队伍行进综合误差为45秒、……游行行进监控结束”，随着耳机里传来的清脆的声音，东小台、101指挥室等各个岗位上的工作人员相互拥抱着、握手、拍照留念，庆祝游行活动的伟大成功。而这时，游行监控组的耳机里依然传出各个监控线上北京理工大学国庆游行仿真编排组成员的即时队伍行进数据播报、一排排计算机的屏幕上记录着国庆游行在各个行进监控点上的综合行进数据的辉煌，也标志着国庆游行智能仿真编排组各项工作的圆满成功。
　　回想2009年2月份，一个来自奥运大厦的国庆60周年群众游行筹备委员会热情的电话把北京理工大学国庆游行智能仿真编排组全体成员调动起来，北京市委常委梁伟同志深切的对编排组负责人――北京理工大学软件学院院长丁刚毅同志说，希望能充分利用高技术手段，保障群众游行活动的顺利进行。在接下来的日子里，50余位技术人员开始真正参与到各项筹备工作中，经历了数百次的会议、数干次的方案策划制定与修改、队容队形设计与计算、仿真系统设计与实现、辅助训练系统、辅助指挥系统的设计实现与现场实施、方阵训练、分指合练、复训、十一当天的辅助指挥等等工作。
　　
　　群众游行仿真设计训练与指挥系统服务国庆
　　国庆60周年群众游行训练与指挥系统建立的意义是明显的，如果没有高效的计算机仿真系统支持，首先在训练之前对群众游行活动包括集结疏散方案的设计、计划无法提供直观的仿真手段，从而科学地保证游行活动组织的合理性；其次，在训练过程中，无法及时给出训练效果报告，从而无法保证及时更正，提高训练效率，降低训练成本；最后，在游行实施过程无法实时指挥保证游行队伍、背景展示、音乐配套的一致性，有效保障游行的成功。
　　由于国庆群众游行活动时间紧、任务重。以高技术手段，保障包括游行方案设计、方案预演评估、集结疏散方案评估和优化、方阵训练、现场指挥等工作高效有序进行是十分必要的。
　　游行方案和集结疏散方案的设计由于参与人数众多，设计任务繁重，采用计算机辅助设计可以实现快速设计、方便修改从而保证设计工作的及时高 质量交付。
　　方案预演评估是群众游行成功的关键环节，过去没有仿真系统设计的效果评估，只能依赖经验，最多也就是通过训练和彩排来验证，但是效果评估不准确，发现问题也只能局部改进，而通过仿真手段则可以在方案设计完成，甚至是设计过程中就可以通过计算机展示方案的实际效果，从而实现评估在前，实施在后，绝对保证方案设计质量。
　　集结疏散方案涉及所有参加游行人员从远端上车区登车出发到疏散上车区登车离开的全部过程。该方案需要明确所有人员集结和疏散的具体时间、地点、路线等信息，工作量巨大。同时，准确及时的集结和疏散是圆满完成游行活动的保证。本次活动要求“以人为本”，尽量减少游行群众的等待时间和行走距离，为集结疏散过程的指挥和管理提出了更高的要求。计算机仿真技术可以全面模拟推演集结疏散的组织指挥工作流程，检验工作方案的科学合理性和可操作性，为集结疏散的组织指挥工作提供科学的数据参数。
　　游行训练是费时费力的工作，传统的训练只能依赖教练人员的经验和眼力，只能依靠大家吃苦耐劳，有了辅助训练系统就可以及时准确地记录整个训练过程，及时发现训练过程中的问题，及时提出训练改进意见，甚至可以做到针对局部人群的训练跟踪，从而大大提高了训练效率，减少了训练时间，降低了训练成本，保证了训练质量。
　　游行现场的实时指挥一直是大型游行活动的困难问题，如何保证游行队伍与环境背景、音乐背景同步过去仅通过人工指挥保障可靠性差、协调环节多、实际效果不理想，而有了现场指挥系统，通过实时采集游行队伍信息，获取实际游行行进过程中的时差等信息，现场指挥通过指挥系统自动调整背景控制，从而保证实际有形过程的完全同步，完全达到预先设计和演练的效果，保证游行的成功。
　　理工大学软件学院仿真组承担的第一项任务就是智能仿真系统的设计与实现。从二月份接到任务开始，便投入了大量的人力与物力开展工作。由于奥运会仿真系统的成功经验，工作开展比较顺利，有经验的系统设计师，高端配置的工作站，这项工作有条不紊地进行着。经过大半年无数次的需求变更后，如今的仿真系统已经非常成熟。从前期模型制作到后期实时交互，该系统容纳了十万多人，六十多辆彩车，各式道具，背景图案，其复杂程度、技术含量之高绝对称得上世界第一。上至中央领导，下至具体工作人员，全都审阅过这套系统。这套系统逼真地模拟出天安门的实景，为全体工作人员提供了理论依据，为策划工作节省了大量宝贵时间。
　　在初期创意阶段，仿真服务的工作是将导演和核心创意人员的创意想法，以图形和图像的方式展现出来，通过使用二维动画制作手段将表演效果快速、形象、直观的表达出来，为导演确定表演内容提供直观的依据，同时也为核心表演区的动态变化表演提供创作素材。在创意实施阶段，仿真服务的工作通过采集各个表演要素的真实数据，在虚拟三维空间中建立尽可能的真实的表演环境，包括表演场地(天安门广场周边及前门地区三维场景)、装饰物、表演人员(群众区人物、表演区演员)、表演道具(彩球、鸽子板、合唱台)等进行三维建模。
　　三维场地数据采用航片相对立体测图和实地近景拍摄相结合的方法，获取建筑物三维几何结构及表面纹理，采用三维建模软件分别建立各个建筑物的三维模型，并转化为三维系统指定格式载入系统集成显示。为保证仿真的真实程度，对演员、道具模型采用层次细节建模方式。
　　为了能够直观、真实、经济、快速的展现导演的创意和表演要求，三维仿真工作将表演的时间和空间要素用计算机仿真的技术展现出来，使导演在未开始实际演员排练之前就可以直观的看到表演的整体效果，包括演员、道具、灯光、音乐等。
　　除了仿真系统，理工大学软件学院接到的另一项任务是辅助训练与指挥系统。从第一次良乡机场演练到国庆当天，理工大学全体仿真组在丁刚毅院长的带领下，日夜奋战，身体力行着“我与祖国共奋进”的伟大口号。8月2日进驻良乡机场时，陌生的野外环境与艰苦的条件，着实慌乱了一阵。还好在丁刚毅院长的带领，以及团市委同志的大力保障下顺利度过了“难产期”，两天后一切工作就有条不紊地展开了。从三分指到四分指、五分指再到分指、二分指，是为时一个星期的良乡机场第一次分指训练，而在这期间，理工大学软件学院全体仿真组成员用两张表格征服了所有的人，一张是群众游行方阵训练行进时间数据采集表，它精确地给出了当前方阵到达每一条线时的准确时间根据理论值给出误差，这些数据是精确到秒的，同时给出方阵行进速度变化跟踪图，更是用二维图形清晰明了地绘制出了一条曲线；另一张是群众游行方阵训练队容队形数据采集表，它更是准确的给出了当前方阵长度与角度变化值，同时截取队容、队形最大差异图，以及区域、排面、标兵框的队形差异度都提供了精确的数值。只要方阵行进结束表格随即打出，各方阵负责人都会来到中心监控站领取各自的两张表格，然后回到主席台认真分析，为下次行进做出及时调整。
　　
　　智能仿真系统服务国庆晚会
　　
　　提到晚会，自然是美妙绝伦的光立方了。光立方表演的特点是“道具多、动作多、节奏快”，整场表演涉及到道具15种，光立方的颜色变化频率是30fps，演员的动作节拍是每秒4拍，这意味着任一表演元素20毫秒的延时都将给最终表演效果带来很大折扣。对于N制视频文件来说，无论是电脑设备播放还是计算机设备播放，每六分钟的篇章表演都将造成半个甚至一个节拍的延迟或提前。项目组经过仔细分析、反复实验，提出了一种时间同步码校正方案，在第二次彩排结束后实验成功，从而实现了发光树变化、演员动作、表演道具、口令音乐、焰火的同步配合，保证了国庆联欢晚会光立方表演的完美呈现。
　　光立方效果修正是在国庆晚会光立方表演准备过程中遇到的最严峻的问题之一。由于光立方是一个分辨率低(62像素×66像素)、显示尺寸大(93米×99米)的特殊屏幕。每一个像素由一个发光树来表示，每一个发光树由120个发光LED芯片组成，每个LED芯片包含4个发光点。视频素材经过分辨率压缩和编码压缩后，任一像素的微小颜色值变化都会被发光树发大到无数倍，从而造成了图像边界模糊和图像色彩变异等失真问题。项目组提出了“色彩修正、边界修正、抽点校正”的程序方法，在视频播放软件和光立方信号解析硬件两个层级上对发光信号进行了修正处理，从而保证了国庆联欢晚会光立方表演清晰、高纯度的精彩呈现。
　　在国庆联欢晚会上，项目组承担了又一项光荣而艰巨的任务――光立方演播控制。光立方是国庆60周年联欢晚会的核心，它位于广场中央紧紧包围国旗杆。为了保证光立方表演效果的准确完整，我们采用“多层次、多级别”光立方播控预案，应对由于天气、线路、信号、程序、恐怖破坏、误操作等因素而造成的表演错误和中断。最终，保证了国庆联欢晚会光立方表演的达到了预期最佳效果。
　　北京理工大学“数字表演与仿真”团队以高度负责的态度，继续发扬奥运精 神，整合资源，挖掘潜力，调整学院的工作重心，积极认真完成指挥部交办的各类工作，圆满地完成了国庆六十周年联欢晚会仿真服务这项光荣而神圣的任务。
　　推广
　　目前，我国每年举办的大型广场文艺表演在千次以上。拿奥运、国庆来说，奥运会开闭幕式，每场演出近万人。而国庆群众游行达数十万人，集结疏散近三十万人。如此大规模人群的活动，在策划及训练阶段投入的人力、物力、财力可以说不计其数。然而，这其中的效率如何?举个简单的例子，在50周年国庆游行时，因为没有计算机辅助，仅背景部分的群众排位，十年前的坐标图完全靠人工绘制，十几个人花了三个多月才完成。还有游行方阵的排练、指挥，游行时队伍的集结，游行结束人群的疏散，焰火晚会的设计排练。50周年国庆游行，从策划到实施，整个过程历时近两年。然而，60周年国庆群众游行工作历时不到一年，除了以往的经验，更重要的是科技力量在其中发挥的重大作用。
　　北京理工大学软件学院设计制作的智能仿真系统为20余万人进行了数字建模，连每个人的服装和现场演奏的音乐都包含了进去。建模人数如此庞大的仿真系统，在全世界也属首次应用。指挥部领导也明确表示这是群众游行的历史上第一次利用仿真技术，从策划、训练到最后现场的控制，大大减少了策划中的失误，提高了训练的效率，提高了指挥精度。
　　在系统研发的三年时间里和奥运服务项目、国庆联欢晚会服务项目完成的过程中，我们锻炼和形成了一支多学科融合的高水平学术队伍。该队伍汇集了计算机技术、光电技术、表演艺术、影视制作以及艺术设计等学科的优秀管理者和青年人才，建立了一支队伍知识、年龄、专业技术与艺术职称结构合理，具有创新与团结协作精神的团队。未来我们将坚持把学科梯队建设作为学科建设与发展的一项根本性任务，建设成为支国内一流、国际知名、专兼结合、勇于创新的学科队伍。
　　通过2008北京奥运会、残奥会开闭式全景式智能仿真编排系统的全面系统地应用，以及国庆六十周年联欢晚会的全面系统完善，特别是茌此过程中与国内一流导演的合作交流，摸索和总结出了大型文艺演出导演创意编排的技术需求，形成了大型广场文艺表演仿真编排的核心技术体系和系统。该系统技术应用前景广泛，在未来多项重大广场仪式活动及今后部队训练、反恐疏散和城市建设等领域中得到重要应用。