解密“北京8分钟”幕后的高科技

本文转载自机械设计杂志社(ID:jixieshejizazhishe)

擅长使用“人海战术”表现宏大场面的导演张艺谋,摒弃此前的创作方式,在当日的演出中精简演员数量,大量采用科技手段——世界上最大却又最轻的熊猫木偶、可以与人共舞的机器人、可以实现透明图像显示的冰屏……14年前雅典冬奥会上“北京8分钟”的京剧、红灯笼和茉莉花,传递的是上下五千年的中国文化;如今的互联网、机器人和人工智能,展现的却是更加自信的中国力量!

按照惯例,奥运会的闭幕式将为下一届主办城市留下8分钟的表演展示时间。在2018年平昌冬奥会闭幕式上“北京8分钟”就是由下一届冬奥会的主办城市——北京所带来的文艺表演,以此向世人展示无与伦比的新时代中国风采,发出相约2022年北京冬奥会的邀请函,标志着冬奥会正式进入北京周期。

视频:“北京8分钟”

擅长使用“人海战术”表现宏大场面的导演张艺谋,摒弃此前的创作方式,在当日的演出中精简演员数量,大量采用科技手段——世界上最大却又最轻的熊猫木偶、可以与人共舞的机器人、可以实现透明图像显示的冰屏、先进的影视虚拟制作技术和数字表演与仿真技术……14年前雅典冬奥会上“北京8分钟”的京剧、红灯笼和茉莉花,传递的是上下五千年的中国文化;如今的互联网、机器人和人工智能,展现的却是更加自信的中国力量!

灵动通透的“冰屏”

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在“北京八分钟”的舞台上,24块大屏幕呈现出新时代中国的美好形象,成为演出中的一大亮点,这些近乎透明的屏幕有个好听的名字——“冰屏”。这项源自中国本土的创新设计可以实现透明图像显示,效果更通透更灵动,获得过国内国际多项发明专利。

图:冰屏

“冰屏”研发团队负责人、深圳壹品广电股份有限公司北京文艺表演项目总监黄庆生表示,屏幕上要的效果是雪花洁白、冰花透明,这对LED显示屏技术来说是前所未有的难度。

“我们以前没有过这样的产品,常规不生产的。”黄庆生说,按照导演团队的要求,单屏幕尺寸达到1.5米的跨度,两块屏长3米,如果中间没有支柱,很难稳定。此外,LED屏越长,颜色的一致性越不好,到后面的灯颜色就不一样了。为参与8分钟演出,团队进行了专门的技术攻关,不仅生产出了规格更高、工艺更完善的产品,也同步实现了工艺的升级更新。“目前的‘冰屏’技术我们处于世界领先水平,这次做出了3米长的屏幕而且中间没有横梁,这种工艺目前在世界上我们应该是第一家。”

为保证屏幕可以抗风扛冻,所有屏幕都经过了风洞和冷库测试,风洞测试更是达到了15米/秒的风速要求。想要这么稳定,必须把背后的卡槽做好,结构非常精密,卡槽与屏幕之间的距离可以用微米计算。

北京8分钟表演所提出的技术要求,也推进了这项显示屏技术的革新。

机器人与演员共舞

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除了现场的24位轮滑运动员,载着“冰屏”跳出华丽舞步的是24个动作灵活的移动机器人,它们不仅完成了自己动作编排,更与现场演员、地面投影进行了联动表演,同样实现了技术领域的升级创新。

机器人研发团队负责人、沈阳新松机器人自动化股份有限公司移动机器人事业部总裁张雷告诉记者,这是中国新一代智能机器人第一次在国际赛事上表演高难度舞蹈动作,此次他们主要在技术方面实现了两点突破:

首先是机器人导航更加精准。从机器人控制的角度来讲,演员和机器人之间有频繁的穿梭互动,演出场地内的灯光干扰多,这就要求机器人要看得远、看得清,同时用最短的时间做出判断,并迅速做出适应和调整。

“这里面我们实际上使用了激光导航,我们使用了二维的leader导航技术,而且导航的距离非常远,跟以往所有的工程都不一样。演员会不断的在场景中穿插,我们机器人之间也会不断移动,所以他们经常有一些遮挡。那么我们就要克服这个困难,让我们的算法在任何情况下,不管有没有遮挡,还是目标有时候有丢失,我们都能很快的重新定位,这是一个突破。机器人完全按照编好的路线和计划去行走,人是完全不去操作它的。”

其次,相比常用的工业机器人,此次的“演员”机器人动作更复杂灵活,包括完成行进中旋转、摆动,配合演员做出花哨的动作等。

“这些技术上的新要求也为整个研发团队提出了挑战,要求我们在设计程序时不断地改进算法。”张雷说,“团队从确定参演到开始排练其间只有两个月时间,全体成员夜以继日地工作,才最终定制出可以参与演出的机器人。”

采用新材质的2.35米熊猫木偶仅重20斤

表演中贯穿始终的两只“滑冰”的熊猫木偶让人印象深刻。张艺谋阐述这一创作称,熊猫是中国的一个重要形象符号,是文化的使者。

舞台上,演员要穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶进行轮滑表演,所以木偶重量需要非常轻。四川南充大木偶剧院院长唐国良说,单是给大木偶减重一项要求就让他们的团队熬了好几个通宵。“我们初选的材料做出来的有七八十斤,远达不到标准,后来不断地尝试新材料,才把大木偶的体重慢慢降了下来。”

为达到预期效果,制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新。他们在选材上先后尝试了人造纸藤、天然白藤、竹篾条、铝合金丝、碳纤维条、PVC仿真藤条等多种材料,反复对比,进行了上百次测试,才最终确定用铝合金管材和碳纤维条相结合,配合上LED灯的制作工艺。

还有一个细节值得提及,北理工软件学院丁刚毅团队以北京理工大学自主研发的双目增强现实智能眼镜为基础,为表演道具“大熊猫”进行了“视觉改造”,对大熊猫道具的外挂摄像头加装云台,并与内部演员的智能眼镜相结合,从而解决了大熊猫道具里的演员在表演过程中,因内外光线差异导致对外部环境观察受限的问题,使演员在大熊猫道具内部能无差别观测到外部环境

石墨烯智能发热服帮演员抵抗严寒

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闭幕式上“北京8分钟”展示是在韩国当地时间晚上8点进行,此时现场气温已降到零下3度左右。为了做好演员的防寒保暖工作,主创团队采用了石墨烯智能发热服饰来确保演员在穿着较薄的演出服时不会被冻伤。

石墨烯是一种新型纳米材料,具有超高强度、超高导热系数,被业界誉为“新材料之王”。利用石墨烯的特性,我国科研人员研制出了超薄透明的石墨烯电热薄膜技术,用于智能装备制造,并在国外申请了专利保护。

“演员的服装要求轻薄,能让他们灵活地做动作,同时,无论是排练场地还是平昌闭幕式现场,天气都很寒冷,石墨烯服饰可以起到很好的保温发热效果。”石墨烯团队负责人、来自深圳烯旺新材料科技股份有限公司的李月秋说,根据环境要求,服饰也可以做出相应调节。“最初对我们的设计要求是在零下5度的环境中持续发热8分钟,后来考虑到候场等因素,调整到在零下20度的条件下发热4小时。”

李月秋说,团队曾在模拟零下20度的情况下进行真人实验,以确保调试的可靠性。“在发热效果符合要求的同时,还要保证材料的安全性、电池的续航能力和服饰的舒适度。”

影视虚拟制作技术和数字表演与仿真技术

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针对“北京8分钟”参演要素多、创意过程复杂、排练关联度高的特点,北理工虚拟视觉团队利用影视虚拟制作技术和数字表演与仿真技术,专门创新研发了文艺表演预演系统和训练彩排与数字验证系统。这两套系统能够根据表演创意方案,将整场文艺表演的过程全部仿真,较好地保证了前期创意设计与现场排练工作的顺利进行,得到了导演组和参加表演团队的一致好评。

文艺表演预演系统以可视化的界面和图纸、视频等多种数据输出载体将各种待选表演方案的真实效果进行呈现,帮助导演把控、决策及完善表演方案,从而确定最终方案。

训练彩排与数字验证系统将创意数据转化为执行数据,指导表演要素进行排练,并保证数据在时间、空间上的一致性与准确性,同时将执行中修改的执行数据在表演要素中同步,帮助导演实时观察到演员和道具的队形状态以及演员的姿态,以便指导后续节目的编排,演员也能迅速直观地了解自身和理想运动轨迹的偏差并纠正,实时、快速地熟悉表演方案。

最后,附上大大的欢迎辞~

冬奥会正式进入北京时间

让我们共同期待

四年后的盛会!

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