數(shù)字表演打造“精確”視覺盛宴

張龍飛 馬建東

彩旗飄揚(yáng)的國慶廣場游行，絢爛華美的國慶晚會(huì)光立方及奧運(yùn)開閉幕式上無以倫比的夢幻演出，給人們呈現(xiàn)了饕餮視覺盛宴。那精準(zhǔn)的控制，每位演員的全心投入，各個(gè)方面的無間配合，不僅是表演的成功，也在世界上每位中國人的心里增添了諸多激動(dòng)與自豪。看到這些近乎完美的大型廣場文藝表演，人們不禁驚嘆于演員和導(dǎo)演們的精湛技藝，以及國家的強(qiáng)大。而隱藏在這些視覺盛宴之后的數(shù)字表演科技力量，卻知之甚少。

在國慶游行、晚會(huì)乃至奧運(yùn)開閉幕式表演幕后，活躍著一直鮮為人知的科技隊(duì)伍，他們以數(shù)字表演為旗幟，著力打造一個(gè)全新的學(xué)科，并為實(shí)現(xiàn)“精確”的視覺盛宴而全力以赴。這就是以北京理工大學(xué)軟件學(xué)院丁剛毅教授為首的“數(shù)字表演與仿真技術(shù)”科研團(tuán)隊(duì)。

強(qiáng)大的研究力量建設(shè)數(shù)字表演

說起數(shù)字表演，不僅僅是將表演數(shù)字化，而是指數(shù)字信息和計(jì)算機(jī)直接參與表演生產(chǎn)服務(wù)流程，將數(shù)字化表演與現(xiàn)代仿真技術(shù)相結(jié)合，從而全面提升文藝演出創(chuàng)意、編排、演出、推廣等創(chuàng)新能力的新型交叉學(xué)科。

20年來，國外很多大學(xué)和多媒體研究機(jī)構(gòu)都展開了相關(guān)研究，并逐步完善了數(shù)字表演的理論、技術(shù)和藝術(shù)體系。國外很多著名的舞臺表演、舞蹈表演、戲劇表演已經(jīng)將數(shù)字表演技術(shù)應(yīng)用其中，取得了極大的展示效果和經(jīng)濟(jì)效益。在近三年代表圖形學(xué)最高成就的SIGGRAPH大會(huì)上，數(shù)字表演的優(yōu)秀作品層出不窮，贏得了眾多藝術(shù)家和科學(xué)家的關(guān)注。

但數(shù)字表演涉及面如此廣泛，以至于沒有一個(gè)單獨(dú)的學(xué)科可以擔(dān)負(fù)起該學(xué)科的建設(shè)任務(wù)。其學(xué)科構(gòu)成如下圖所示：

以丁剛毅教授為首的數(shù)字表演團(tuán)隊(duì)，是由來自軍用仿真、計(jì)算機(jī)、光學(xué)工程、設(shè)計(jì)、人文、藝術(shù)、舞蹈等各個(gè)方面的專家學(xué)者組成的具備國際先進(jìn)水平的團(tuán)隊(duì)，其中不乏大名鼎鼎的長江學(xué)者王涌天教授、國家歌舞團(tuán)陳維亞導(dǎo)演、沈晨導(dǎo)演等人物。為了能在新的表演中融入最新的數(shù)字技術(shù)，他們孜孜以求，共同奮斗。

數(shù)字表演的根基在于技術(shù)和藝術(shù)的完美結(jié)合，眾多的科技手段被應(yīng)用進(jìn)來。其中包括能將真實(shí)場景上疊加虛擬場景并交互的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、有來自于軍事武器驗(yàn)證計(jì)算的仿真技術(shù)、有自動(dòng)人物識別和事件發(fā)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、有能模擬出數(shù)十萬人不同姿態(tài)和狀況的大規(guī)模人群實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、還有能將世界各種信息管理起來的地理信息系統(tǒng)、將世界連接起來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等等。這些技術(shù)無疑將對數(shù)字表演的未來添上美好的一筆。

在數(shù)字表演的發(fā)展過程中，一場場震撼的世界性演出給了數(shù)字表演充分的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。奧運(yùn)會(huì)開閉幕式、國慶群眾游行、國慶焰火晚會(huì)……一個(gè)個(gè)成功的腳印隨著數(shù)字表演的建設(shè)里程而走來。

智能仿真編排系統(tǒng)服務(wù)奧運(yùn)

為使科技為2008北京奧運(yùn)會(huì)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“科技奧運(yùn)”的目標(biāo)，自2006年開始，北京理工大學(xué)軟件學(xué)院的科研人員與北京2008奧運(yùn)會(huì)開閉幕式導(dǎo)演組合作，為開閉幕式的編排開展了大量的調(diào)研和研究工作，經(jīng)過一年多的努力，完成了編排系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)和開發(fā)。

北京理工大學(xué)項(xiàng)目組與奧運(yùn)會(huì)組委會(huì)開閉幕式運(yùn)營中心先后組織了三次原型系統(tǒng)的匯報(bào)與討論，得到了導(dǎo)演組的肯定，他們一致認(rèn)為編排系統(tǒng)將對北京奧運(yùn)會(huì)開閉幕式的排練、表演和儀式工作提高工作效率，縮短實(shí)施周期，降低工程風(fēng)險(xiǎn)起到重要作用，是“科技奧運(yùn)”的具體體現(xiàn)。

2007年9月13日，奧組委開閉幕式運(yùn)營中心向北京理工大學(xué)下達(dá)了“北京奧運(yùn)會(huì)開閉幕式智能仿真編排系統(tǒng)項(xiàng)目任務(wù)書”。9月20日成立“計(jì)算機(jī)仿真編排技術(shù)小組”進(jìn)駐開閉幕式運(yùn)營中心，作為首次成立的技術(shù)部門正式開始參與創(chuàng)意、編排和儀式等工作。

開閉幕式智能仿真編排系統(tǒng)將為北京奧運(yùn)會(huì)開閉幕式的排練、表演、儀式工作從以下方面提供技術(shù)支持和工程服務(wù)：

1、利用人工智能和人機(jī)交互等技術(shù)，輔助導(dǎo)演進(jìn)行開閉幕式方案的創(chuàng)作、修改和調(diào)整；

2、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，幫助導(dǎo)演隨時(shí)調(diào)整預(yù)案和全景展示三維的、動(dòng)態(tài)的表演方案，并為領(lǐng)導(dǎo)預(yù)審和電視導(dǎo)播等其他部門提供參考依據(jù)；

3、利用無線通信和多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演和各分場地編導(dǎo)之間實(shí)現(xiàn)音／視頻的交流通信，幫助場地編導(dǎo)第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演意圖；

4、利用信息管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)演出流程管理，演出人員管理，服裝道具管理，實(shí)施進(jìn)度管理，參演團(tuán)隊(duì)集結(jié)調(diào)度等。

一年多的服務(wù)過程中，計(jì)算機(jī)仿真編排技術(shù)小組利用所開發(fā)的系統(tǒng)為開閉幕式的編排和排練提供服務(wù)，同時(shí)還完成了奧運(yùn)會(huì)開閉幕式運(yùn)營中心及導(dǎo)演組提出的對運(yùn)動(dòng)員、演員出入場、緊急疏散預(yù)案評估和高空動(dòng)作設(shè)計(jì)方針等需求。

國慶游行剪影

2099年10月1日中午12點(diǎn)10分，千萬個(gè)炫彩氣球飛向空中，數(shù)千少年兒童如彩虹泄地般涌向金水橋，天地間成為歡樂的海洋?！?1方陣中心到達(dá)中心線、建議涌場開始……40方陣離開疏散線……，游行隊(duì)伍行進(jìn)綜合誤差為45秒、……游行行進(jìn)監(jiān)控結(jié)束”，隨著耳機(jī)里傳來的清脆的聲音，東小臺、101指揮室等各個(gè)崗位上的工作人員相互擁抱著、握手、拍照留念，慶祝游行活動(dòng)的偉大成功。而這時(shí)，游行監(jiān)控組的耳機(jī)里依然傳出各個(gè)監(jiān)控線上北京理工大學(xué)國慶游行仿真編排組成員的即時(shí)隊(duì)伍行進(jìn)數(shù)據(jù)播報(bào)、一排排計(jì)算機(jī)的屏幕上記錄著國慶游行在各個(gè)行進(jìn)監(jiān)控點(diǎn)上的綜合行進(jìn)數(shù)據(jù)的輝煌，也標(biāo)志著國慶游行智能仿真編排組各項(xiàng)工作的圓滿成功。

回想2009年2月份，一個(gè)來自奧運(yùn)大廈的國慶60周年群眾游行籌備委員會(huì)熱情的電話把北京理工大學(xué)國慶游行智能仿真編排組全體成員調(diào)動(dòng)起來，北京市委常委梁偉同志深切的對編排組負(fù)責(zé)人——北京理工大學(xué)軟件學(xué)院院長丁剛毅同志說，希望能充分利用高技術(shù)手段，保障群眾游行活動(dòng)的順利進(jìn)行。在接下來的日子里，50余位技術(shù)人員開始真正參與到各項(xiàng)籌備工作中，經(jīng)歷了數(shù)百次的會(huì)議、數(shù)干次的方案策劃制定與修改、隊(duì)容隊(duì)形設(shè)計(jì)與計(jì)算、仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、輔助訓(xùn)練系統(tǒng)、輔助指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場實(shí)施、方陣訓(xùn)練、分指合練、復(fù)訓(xùn)、十一當(dāng)天的輔助指揮等等工作。

群眾游行仿真設(shè)計(jì)訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)服務(wù)國慶

國慶60周年群眾游行訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)建立的意義是明顯的，如果沒有高效的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)支持，首先在訓(xùn)練之前對群眾游行活動(dòng)包括集結(jié)疏散方案的設(shè)計(jì)、計(jì)劃無法提供直觀的仿真手段，從而科學(xué)地保證游行活動(dòng)組織的合理性；其次，在訓(xùn)練過程中，無法及時(shí)給出訓(xùn)練效果報(bào)告，從而無法保證及時(shí)更正，提高訓(xùn)練效率，降低訓(xùn)練成本；最后，在游行實(shí)施過程無法實(shí)時(shí)指揮保證游行隊(duì)伍、背景展示、音樂配套的一致性，有效保障游行的成功。

由于國慶群眾游行活動(dòng)時(shí)間緊、任務(wù)重。以高技術(shù)手段，保障包括游行方案設(shè)計(jì)、方案預(yù)演評估、集結(jié)疏散方案評估和優(yōu)化、方陣訓(xùn)練、現(xiàn)場指揮等工作高效有序進(jìn)行是十分必要的。

游行方案和集結(jié)疏散方案的設(shè)計(jì)由于參與人數(shù)眾多，設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)、方便修改從而保證設(shè)計(jì)工作的及時(shí)高