三維仿真攻堅戰(zhàn)

張騫

2020年底，北京理工大學(xué)數(shù)字與仿真技術(shù)實(shí)驗室，挑起了兩副擔(dān)子：為天安門廣場舉辦的慶祝中國共產(chǎn)黨成立100周年大會（以下簡稱：慶祝大會）、國家體育場鳥巢舉辦的《偉大征程》文藝演出兩場重大活動，制作三維仿真系統(tǒng)。

所謂“三維仿真”，就是通過仿真技術(shù)，將項目相關(guān)的建筑、流程進(jìn)行仿真建模。慶祝大會三維仿真就是將大會舉辦場所和流程進(jìn)行仿真實(shí)驗，具體包括有：慶祝大會全方位、全流程仿真以及10萬人級數(shù)的人群疏散仿真。文藝演出三維仿真，就是將晚會表演場所、預(yù)備表演內(nèi)容在仿真系統(tǒng)中模擬運(yùn)行，通過三維仿真系統(tǒng)，將導(dǎo)演的創(chuàng)意可視化，輔助導(dǎo)演進(jìn)行創(chuàng)意的評估和整體表演的調(diào)度。

完成這兩項重大任務(wù)只有半年時間。

汗水澆開建模數(shù)據(jù)

慶祝大會整體活動的三維建模，不僅要求空間上的精準(zhǔn)，還要求時間上的精細(xì)。10萬人以上級別的仿真建模，在歷來的大型活動中都是罕見的，極具挑戰(zhàn)性。

一開始，實(shí)驗室沒有拿到關(guān)于慶祝大會區(qū)域建模的具體數(shù)據(jù)，只能在可收集的數(shù)據(jù)上分析討論。最開始的三維建模，也是將大概的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算手動輸入系統(tǒng)中，步驟煩瑣且數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)。第一次運(yùn)行人群疏散仿真系統(tǒng)時，出現(xiàn)了人群移動不符合預(yù)期等情況，只好把三維仿真推倒重建。由于人群疏散方案的復(fù)雜和多變性，仿真建模在之后的時間里，被一次次推倒重建，總不能讓人滿意。實(shí)驗室里，同學(xué)們都繃緊了弦，時不時會有零星的嘆氣聲：“這樣不行，那樣也不行;這不過，那不過，啥時候能過？”

數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)極大地影響了工作進(jìn)展，我們決定實(shí)地測繪。

一天凌晨4點(diǎn)，我們從床上爬起來，前往大會現(xiàn)場。凌晨的北京，空氣里都帶著夏日難得的清爽，天空灰蒙蒙的，沒有往日的朝陽。測繪中，由于操作不熟練，很多數(shù)據(jù)都需要我們測繪多遍才能最終確定。時間走到了正午，太陽并沒有像往常那樣上班，大會現(xiàn)場依然是陰沉沉的，溫度在持續(xù)上升。測繪一直忙碌到下午，所有人的衣服早就濕透了。

最終，我們帶著測繪到的精確數(shù)據(jù)，返回了實(shí)驗室，仿真建模再次啟程。

在人群疏散仿真中，基礎(chǔ)的場地模型數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的，但是人群的路徑規(guī)劃、參數(shù)設(shè)定也不容忽視。在成功構(gòu)建場地模型后，我們在運(yùn)行人群時發(fā)現(xiàn)，人群的分流不合常理。在一次次嘗試中，我們始終不能讓人群按照道路的寬窄進(jìn)行合理分群。進(jìn)度再次停滯。一位同學(xué)在討論過程中泄氣般地說：“我們要不在道路交叉口，單獨(dú)設(shè)置一個分流器?！彼悸芬幌伦泳痛蜷_了，在道路中，可以設(shè)置各式工具，輔助人群進(jìn)行分流判斷呀。難題解決了。

在后續(xù)一輪輪的迭代推進(jìn)中，我們最終完成了慶祝大會的建模仿真，向項目組展示了完善的人群疏散仿真方案。

半夜12點(diǎn)的創(chuàng)意編排

《偉大征程》文藝表演，講述了中國共產(chǎn)黨的百年奮斗史。整場表演按照歷史的時間線串聯(lián)，對每一個篇章都有獨(dú)特的創(chuàng)意要求。比如第一篇章“浴火前行”，要藝術(shù)再現(xiàn)中國共產(chǎn)黨團(tuán)結(jié)帶領(lǐng)中國人民，歷經(jīng)28年的浴血奮戰(zhàn)，淬火成鋼。

然而，《偉大征程》排練遇到“攔路虎”——演練場地和正式表演場地有差別，表演場地后半?yún)^(qū)域的臺階位置不同，對最終的排演、節(jié)目人數(shù)和表演，產(chǎn)生不小的影響。主表演區(qū)域的大小發(fā)生變化，會影響參演人數(shù)多的節(jié)目，開展正常排演。

2021年4月一天，一位編導(dǎo)來到實(shí)驗室，為我們描述了節(jié)目想要展現(xiàn)的內(nèi)容和表演形式：整場表演中，演員要舞動4米長的旗幟，在演員的流動中展現(xiàn)澎湃活力。為了實(shí)現(xiàn)這個形式，編導(dǎo)請我們實(shí)驗室為節(jié)目表演推演出人員排布方案，并計算完成表演需要的人員數(shù)目。編導(dǎo)說：“不解決這個難題，我們就很難完成節(jié)目排演！”

實(shí)驗室把這個擔(dān)子壓到我肩上。我第一次接觸表演編排活動，而且是一次創(chuàng)意編排，真讓我有些不知所措。最難的是仿真表演隊形的變換，有兩個要求：一是要實(shí)現(xiàn)前后不同隊形變換中總?cè)藬?shù)不變，編導(dǎo)需要我們推演出場地需要的全部人數(shù);二是要人員對稱排布，還要美觀，場地中的表演都要左右對稱，不對稱很容易被觀眾發(fā)現(xiàn)。我心想，這要怎么實(shí)現(xiàn)?。?/p>

忙碌了兩天后，我向?qū)嶒炇移渌苏故玖俗约旱姆桨浮＠蠋焸兛催^后評價說：“你這樣排布不行，隊形變化中人員是流動的，不是固定的。一個表演區(qū)域內(nèi)的人員可以來自其他區(qū)域，甚至是備場區(qū)域，變換時也可以移動到其他區(qū)域，不要拘泥于靜態(tài)的表演，這是動態(tài)的?！?/p>

在老師和學(xué)長的指導(dǎo)下，我明白了編導(dǎo)當(dāng)時說的，流動才是表演的重點(diǎn)。我決定大幅度修改方案。

距離提交方案只剩一天，刻不容緩。之后的幾個小時，我對排布方案進(jìn)行了大幅的修改：先是大膽地將整個場地鋪滿人員，生成最后的人員排布;之后，按照編導(dǎo)要求的隊形變換順序，依次更改場地人員，生成人員從進(jìn)場到排滿場地和之后隊形變換的人員排布。

晚上9點(diǎn)，為了檢驗完成的方案，薛彤學(xué)姐和編導(dǎo)進(jìn)行了電話溝通。當(dāng)晚，我們對已完成的方案進(jìn)行了更加詳細(xì)的修改，從各個表演區(qū)域、不同隊形情況下的具體人數(shù)、不同區(qū)域人員的間距、不同表演區(qū)域間的人員流動，到人員具體站位都進(jìn)行了更正。方案完成后，大家都舒了一口氣，一看時間：半夜12點(diǎn)。

靈光一閃后的彩鴿

2021年3月，我們接手文藝演出中，一個舞蹈表演的仿真編排任務(wù)：表演最后要形成一只由幾百人組成的鴿子圖案。我們以為這是一個簡單任務(wù)，沒想到是一塊難啃的骨頭，直到6月才完成。

有關(guān)鴿子造型的排布方案，實(shí)驗室里早有備案。我們按照往年做法，很快給出了這場表演的準(zhǔn)確排布方案和排練手冊。本以為任務(wù)已經(jīng)完成了，誰知才剛開始。

制定初版方案后，在一次排演中，審驗人員對節(jié)目提出了更多的要求，使整個節(jié)目的人數(shù)和舞蹈的變換，產(chǎn)生了巨大的更改：人數(shù)擴(kuò)大了三分之一，由450人增加為600人，中間的變換要更加具有藝術(shù)感，鴿子的形象要更加突出。同時，負(fù)責(zé)排演的編導(dǎo)也對我們提出新要求：以前排練人員的布局盡量不變動，前后隊形變換中的移動要盡可能小。

1.疏散仿真項目圖2.各路口疏散仿真3.人群態(tài)勢分析系統(tǒng)4.東長安街疏散情況

我急了：“加了人數(shù)，還讓以前的布局不動，這不好解決啊！”我很是犯愁，不由得敲起了退堂鼓。這時，經(jīng)驗豐富的李弋豪學(xué)長思索了一番后說：“不改之前的排布，我們可以在以前的人員外圍增加人員，或者在原來距離比較大的人之間安插一個人員，提升密度，這樣不就解決了?！痹诤屠钸缹W(xué)長進(jìn)行仔細(xì)討論，并且進(jìn)行多番嘗試后，我們實(shí)現(xiàn)了人數(shù)變更，并且人員排布盡量不變的方案，但在最后的鴿子圖案上犯了難：怎么樣才能連貫地實(shí)現(xiàn)隊形變換到鴿子圖案上呢？

我們苦思冥想了好長時間，手中不斷地翻看著之前的方案，忽然靈光一閃，為什么要一步形成鴿子？可以先將演員從方陣聚攏成圓，然后再擴(kuò)散成一只鴿子。

在晚會正式開始前，我們?nèi)ヅ叛輬龅赜^看了一次排練。五彩的線條組成彩色的圓，再擴(kuò)散成五色方陣，最后變換成展翅的鴿子;演員們穿著飄逸的裙子在優(yōu)美的曲調(diào)中翩翩起舞。目睹自己參與的方案轉(zhuǎn)變成表演，這種感受難以言表。

當(dāng)夜色逐漸消逝，車窗邊的樹木一棵棵遠(yuǎn)去，我們在7月1日的凌晨，來到了長安街。這是半年來，實(shí)驗室工作的最后驗收。車停后，我們走過漫長的長安街，來到正中的天安門口。吸滿了雨水的紅地毯濕漉漉的，踩上去還會濺出水來?？勺咴谶@上面，內(nèi)心卻有一股說不出的滿足感。

坐到座位上后，等了好一會兒，慶祝大會正式開始。整齊的踏步聲從遠(yuǎn)方走近再遠(yuǎn)離，一聲聲的禮炮聲振聾發(fā)聵，合唱團(tuán)的歌聲嘹亮動人;大會按照既定的章程順利結(jié)束。

至此，半年來三維仿真攻堅戰(zhàn)真正通過了驗收。這次難忘的經(jīng)歷，終于畫上了圓滿的句號。

責(zé)任編輯：王新偉