奧運(yùn)開幕式:仿真技術(shù)與數(shù)字表演藝術(shù)完美融合
2008年8月8日晚，鳥巢內(nèi)缶聲雷動(dòng)，數(shù)千樂師整齊劃一，分毫不亂，用傳統(tǒng)的中華之音帶來對(duì)世界的祝福；展現(xiàn)古老文明活字印刷術(shù)的“文字”極具韻律的跳 動(dòng)更是強(qiáng)烈地沖擊著每個(gè)中華兒女的心；數(shù)千白衣舞者帶來的太極八卦之韻如行云流水，一氣呵成……當(dāng)觀眾都沉醉于開幕式宏大壯闊的場(chǎng)面中，為一次次精美的演出而驚嘆時(shí)，誰(shuí)又會(huì)想到這一切與開幕式背后一個(gè)默默付出的科技團(tuán)隊(duì)密不可分。
當(dāng)晚，當(dāng)李寧點(diǎn)燃神圣的奧林匹克圣火的一剎那，丁剛毅懸著的心終于放了下來，300個(gè)日日夜夜的忙碌后，他終于看到了自己努力付出的結(jié)果，他一直緊繃的臉上露出了久違的笑容。
丁剛毅是北京理工大學(xué)軟件學(xué)院的副院長(zhǎng)，也是為此次奧運(yùn)開閉幕式提供主要技術(shù)支持的數(shù)字表演 與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。導(dǎo)演們關(guān)于人群變化的想法與創(chuàng)意，大都是通過他們的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)字模擬仿真，驗(yàn)證可行后提供具體的解決方案，最后付諸實(shí)施的。 可以說，他們是導(dǎo)演意圖最直接的執(zhí)行者，是奧運(yùn)會(huì)開幕式一幕幕精彩場(chǎng)景的架構(gòu)師。
為了揭示北京奧運(yùn)會(huì)開幕式中那些宏大而扣人心弦的節(jié)目是如何誕生的，是如何在直播當(dāng)晚分毫不差地實(shí)現(xiàn)的，他們是如何讓IT技術(shù)與表演藝術(shù)完美融合的，本報(bào)“新聞評(píng)論周刊”記者走近北京奧運(yùn)會(huì)開幕式數(shù)字表演與仿真技術(shù)團(tuán)隊(duì)，為大家揭開了北京奧運(yùn)會(huì)開幕式驚艷全球的秘密。
數(shù)字表演與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)工作中采用了AMD集群系統(tǒng)
克服重重困難進(jìn)軍奧運(yùn)舞臺(tái)
30分鐘征服奧運(yùn)會(huì)開幕式導(dǎo)演組
早在2005年，丁剛毅利用為舞臺(tái)表演做仿真模擬，積累了大型活動(dòng)人群仿真模擬的寶貴經(jīng)驗(yàn)。不久后的十運(yùn)會(huì)上，丁剛毅的團(tuán)隊(duì)開始介入大型廣場(chǎng)演出，雖然只是負(fù)責(zé)開幕式的輔助編排工作，但獲得了導(dǎo)演組的一致認(rèn)可。當(dāng)時(shí)十運(yùn)會(huì)的總導(dǎo)演，正是奧運(yùn)副總導(dǎo)演陳維亞。
由于之前良好的合作，2006年，奧運(yùn)導(dǎo)演組找到了丁剛毅，要他為奧運(yùn)輔助編排工作進(jìn)行技術(shù)上的準(zhǔn)備。能得到這份信任丁剛毅非常自豪，但他也清楚地認(rèn)識(shí)到研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不足：“那時(shí)我們的原型系統(tǒng)只能勉強(qiáng)滿足奧運(yùn)表演需求的30％，萬(wàn)人級(jí)別的人群渲染還不成熟。”
歌劇院和十運(yùn)會(huì)上幾十人、幾百人的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)在導(dǎo)演們千人、萬(wàn)人級(jí)別的宏大藝術(shù)構(gòu)想下顯得 有些捉襟見肘，“這意味著模擬仿真系統(tǒng)需要大規(guī)模的升級(jí)，這在當(dāng)時(shí)無疑是非常艱巨的任務(wù)。”為了在技術(shù)上盡快達(dá)標(biāo)，他們借鑒了法國(guó)一個(gè)先進(jìn)引擎，采用 AMD提供的硬件系統(tǒng)，彌補(bǔ)原始大型仿真系統(tǒng)在大規(guī)模人群渲染上的不足。更重要的是，在往屆奧運(yùn)會(huì)中，由于場(chǎng)面相對(duì)簡(jiǎn)單，多采用動(dòng)畫手段進(jìn)行模擬處理，還 原現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，仿真編排往往是處于一個(gè)輔助的地位。而“要滿足萬(wàn)人級(jí)別的人群動(dòng)態(tài)模擬，必須借助數(shù)字模擬仿真系統(tǒng)”。擺在丁剛毅面前的難題又多了一個(gè)——技 術(shù)和操作上往屆奧運(yùn)會(huì)并沒有可循之道，“等于是在摸著石頭過河”。
除了本身技術(shù)上的短板，讓丁剛毅感到不安的還有外部的壓力，“在人群仿真領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)還有五六家單位擁有自己獨(dú)立的系統(tǒng)，他們也在為奧運(yùn)做技術(shù)上的準(zhǔn)備。”這些潛在的對(duì)手讓丁剛毅身上的擔(dān)子又重了一些。
2007年4月，一些已經(jīng)確定下來的開幕式節(jié)目在北京周邊開始封閉式訓(xùn)練，丁剛毅的團(tuán)隊(duì)也隨行提供技術(shù)支持。隨著訓(xùn)練的逐步深入，問題也漸漸暴露出來。
數(shù)字表演與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控系統(tǒng)
“當(dāng)時(shí)導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)分為高臺(tái)導(dǎo)演和現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演，高臺(tái)導(dǎo)演總攬全局，負(fù)責(zé)整體上的指揮，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演則分 插到演員中間，進(jìn)行細(xì)節(jié)上的指導(dǎo)?，F(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演由于置身于人群之中，缺乏整體感，無法準(zhǔn)確地理解高臺(tái)導(dǎo)演的意圖，排練效率不高”，數(shù)字表演與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì) 的張龍飛老師介紹道。為了解決這樣的問題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過組建無線局域網(wǎng)系統(tǒng)和監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)的全角度拍攝，完成導(dǎo)演們的同步交互指揮。 現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演們通過PDA，接收到來自高臺(tái)的全景圖，并可以對(duì)地圖的任意一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)縮放、拉伸，“如此一來，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演有了全局概念，更容易貫徹高臺(tái)導(dǎo)演的指 令。” #p#page_title#e#
正是這個(gè)不起眼的監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，讓團(tuán)隊(duì)得到了導(dǎo)演組的初步認(rèn)可，獲得了一個(gè)不錯(cuò)的印象分。
去年8月24日，北京理工大學(xué)組織技術(shù)項(xiàng)目的匯報(bào)與研討，才真正讓丁剛毅吃下了定心丸，為了 驗(yàn)證這套系統(tǒng)的精確性與實(shí)用性，團(tuán)隊(duì)特意將雅典奧運(yùn)會(huì)的開幕式進(jìn)行了模擬仿真，用數(shù)字模型還原雅典現(xiàn)場(chǎng)。“當(dāng)時(shí)張和平部長(zhǎng)、張藝謀總導(dǎo)演、陳維亞副總導(dǎo) 演、張繼鋼副總導(dǎo)演聽取了報(bào)告。沒想到會(huì)如此順利，我們演示了30分鐘，匯報(bào)了10分鐘，導(dǎo)演組便一致通過了，9月18日奧組委便下達(dá)了任務(wù)書。”從此， 數(shù)字表演與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)正式擔(dān)負(fù)起了奧運(yùn)開閉幕式仿真模擬工作的重任。
開幕式精彩節(jié)目背后的故事
印刷術(shù)模擬與排練對(duì)比圖
“凹凸文字”：細(xì)小誤差曾讓編導(dǎo)一籌莫展
“節(jié)目‘文字’是這套系統(tǒng)編排上的一個(gè)難點(diǎn)”，提到軟件研發(fā)和內(nèi)容支持上遇到的困難，丁剛毅坦率地說。“‘文字’的創(chuàng)意提供的是3D動(dòng)畫，但導(dǎo)演給出的只是一個(gè)整體上的構(gòu)思，如何建模、如何落實(shí)到排練中的具體操作，這其中的工作量非常大。”
丁剛毅在系統(tǒng)中分解重現(xiàn)了“文字”的構(gòu)思，生成數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存分析，將每個(gè)字模的動(dòng)作量化，僅這項(xiàng)工作便耗費(fèi)了整個(gè)團(tuán)隊(duì)一個(gè)星期的時(shí)間。其間經(jīng)常加班到凌晨四五點(diǎn)鐘。動(dòng)態(tài)數(shù)字模型搭建好后，除了對(duì)演員進(jìn)行編號(hào)外，還繪制了八拍的口令表，方便演練時(shí)的指揮。
“仿真模擬是在絕對(duì)理想的狀態(tài)下進(jìn)行的，在實(shí)際演練的過程中，新的問題又出現(xiàn)了”，張龍飛老 師介紹道，由于訓(xùn)練器械設(shè)計(jì)特性，字模支架在上升的過程中較省力，而下降的過程卻比較費(fèi)力，這就出現(xiàn)了上升快、下降慢的問題。這一微小的誤差幾乎讓團(tuán)隊(duì)兩 周的辛苦付諸東流。經(jīng)過小組研討，最后決定采取補(bǔ)救措施——實(shí)際測(cè)算了平均用力下字模上升和下降的時(shí)間后，修改了仿真模型，并重新繪制了口令表，提高了仿 真模擬的指導(dǎo)性。
在軟件學(xué)院的研究室里，記者有幸見到了最初的“文字”節(jié)目數(shù)字模擬創(chuàng)意展示，和開幕式上呈獻(xiàn)給大家的有所不同，原始創(chuàng)意中包括更為復(fù)雜的颶風(fēng)、漩渦、律動(dòng)等元素，“這些環(huán)節(jié)由于實(shí)際演練的可操作性太低，最后都被舍棄了，非常可惜”，負(fù)責(zé)仿真系統(tǒng)研發(fā)的黃天羽老師感嘆道。
據(jù)了解，由于操練過程中大家反映難度過大，今年3月，團(tuán)隊(duì)就將“文字”設(shè)計(jì)過程中的12級(jí)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為9級(jí)數(shù)據(jù)，并幾次刪減了部分環(huán)節(jié)。盡管如此，開幕式為求穩(wěn)妥，表演方案與最后定板的模擬方案仍然有一定的出入。
演員們根據(jù)數(shù)字表演與仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)提供的平面鳥巢方案進(jìn)行排練
“人體鳥巢”：大家看到的是第N套方案
由演員舒展身體搭建起的人體鳥巢無疑是開幕式的一大亮點(diǎn)，“這個(gè)創(chuàng)意是今年2月提出的，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，不過設(shè)計(jì)方案變換了很多次”，團(tuán)隊(duì)的李紅松老師打趣道：“大家看到的是第N套方案。”
事實(shí)也正是如此，今年2月團(tuán)隊(duì)從導(dǎo)演組接到通知，希望在開幕式的過程中添加一些鳥巢的元素，具體的方案非常簡(jiǎn)單——“最開始是想由雜技演員借助梯子、長(zhǎng)凳等工具來實(shí)現(xiàn)四五百人規(guī)模的一個(gè)鳥巢造型，但是數(shù)字模擬后的結(jié)果并不好”。
由于這些大型工具破壞了整體上的藝術(shù)美感，第一套方案不得不擱置。第二套比較完整的方案是平 面鳥巢圖形，由近千名演員成一字形、大字形、人字形在地面上鋪開，構(gòu)成一個(gè)平面鳥巢。“可行性比較高，不過模擬出來后導(dǎo)演們又提出了意見——缺乏立體感和 層次感，與水平線夾角小于30°的觀眾無法看出鳥巢的輪廓”……在否定了若干套方案之后，才有了這第N套方案——人體鳥巢。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，演員規(guī)模也 一步步擴(kuò)大，達(dá)到最后2000人的規(guī)格。 #p#page_title#e#
最終采納的人體燈光鳥巢演示效果圖
“鳥巢對(duì)系統(tǒng)來講也是一個(gè)重大的考驗(yàn)”，丁剛毅感嘆道，看似靜態(tài)的鳥巢實(shí)際比擊缶、文字這些動(dòng)態(tài)的模擬更難以掌握。
“難點(diǎn)主要在燈光的控制調(diào)節(jié)上，模擬仿真系統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)在于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理，處理?yè)趔具@類動(dòng)態(tài)模擬 得心應(yīng)手，但人體鳥巢的重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)和燈光上，燈光部分的工作給我們帶來了很大的麻煩”。另外，倉(cāng)促的時(shí)間安排和頻繁的方案改換也是人體鳥巢棘手的原因所 在。在原始創(chuàng)意演示文本中，記者看到人體鳥巢的演員身上燈光有規(guī)律、有層次地閃爍著，極具美感。但由于排練時(shí)間倉(cāng)促，演員身上的燈光最終只能隨機(jī)閃爍，這 不能不說是一個(gè)小小的遺憾。
說起時(shí)間的倉(cāng)促，其實(shí)人體鳥巢并不為最，開幕式的“星光”中和平鴿振翅飛翔的造型，從創(chuàng)意到最終演出，共經(jīng)歷了不到10天的時(shí)間。“突擊很辛苦，不過現(xiàn)在看到節(jié)目分毫不差地展現(xiàn)出來，心里就很滿足了”，李紅松老師笑著說。
“太極八卦”：從1到2008
開幕式中太極八卦模擬方案
太極——中國(guó)功夫和陰陽(yáng)五行的完美結(jié)合，最能體現(xiàn)中國(guó)文化動(dòng)靜相宜的運(yùn)動(dòng)與藝術(shù)的融合，導(dǎo)演們準(zhǔn)確地抓住了這一元素。
不過如何將以單人為主的太極完美地表現(xiàn)在2008人組成的八卦陣上，團(tuán)隊(duì)的成員們花費(fèi)了很大 的心血。他們特意找來一位太極高手，穿上動(dòng)作捕捉服，跟蹤捕捉到這位全國(guó)冠軍的每個(gè)動(dòng)作細(xì)節(jié)，錄入數(shù)據(jù)庫(kù)并加以分析，最后總結(jié)一套適合團(tuán)體操練的太極 拳，“這是一個(gè)從個(gè)體到普遍的過程，也是一個(gè)從1到2008的過程”。對(duì)太極表演排練的過程和最終演出的結(jié)果，團(tuán)隊(duì)成員均表示滿意。
太極仿真模擬的另一個(gè)難點(diǎn)是在隊(duì)形轉(zhuǎn)換時(shí)如何嚴(yán)格保持圖案的完整性。如表演階段的分組方案、 組行進(jìn)路線規(guī)劃等是團(tuán)隊(duì)工作的重點(diǎn)。為了整體效果達(dá)到最好，“我們對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行了量化，每隔0.5秒做一幅圖片，每個(gè)演員在某一時(shí)間點(diǎn)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)到哪 里我們都有標(biāo)記，演員們只要嚴(yán)格按照這個(gè)模擬來進(jìn)行操練就可以了”。
技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在根據(jù)太極大師的表演捕捉動(dòng)作細(xì)節(jié)
團(tuán)隊(duì)的工作壓力不僅來源于技術(shù)研發(fā)和排練方案上的難點(diǎn)，還有來自導(dǎo)演們的突發(fā)工作任務(wù)。“導(dǎo)演們頭腦很靈活，藝術(shù)靈感一閃即現(xiàn)，而每一個(gè)突發(fā)的靈感都將給我們帶來巨大的工作量。因?yàn)檫\(yùn)用這套系統(tǒng)是導(dǎo)演們驗(yàn)證方案可行性最簡(jiǎn)便、最快捷的方式。”
以往靠動(dòng)畫手段來模擬還原活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，雖然細(xì)節(jié)上更為逼真，但耗時(shí)太久，“他們1個(gè)月才能完成的模擬工作，我們1~2天就可以基本做完”，丁剛毅介紹道，在大型活動(dòng)模擬的速度和現(xiàn)場(chǎng)感上，大型廣場(chǎng)文藝表演計(jì)算機(jī)三維智能仿真編排系統(tǒng)占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
隨著研發(fā)人員逐漸熟練，一個(gè)方案的模擬周期也越來越短，“開始的時(shí)候一兩個(gè)禮拜，后來只要1天左右就可以完成，部分簡(jiǎn)單方案修改工作在現(xiàn)場(chǎng)就可以做好，最快的一次我們只花了3分鐘，讓導(dǎo)演們感嘆道‘你們這么快就完成了啊！’”
