冰雪盛會之約一厘一秒不差

文/黃可翔 白崇志 譚秀磊 劉學文 閆大鵬 王新偉

2020年6月，距離北京冬奧會、冬殘奧會開幕還有一年半有余，北京理工大學計算機學院計算機科學與技術2020級博士生黃可翔，帶著50多位同學，在10多位老師的指導下，挑起了開發這場盛會4場開閉幕式仿真系統的擔子。

這副擔子可不輕，他們要把導演團隊靈光閃爍的創意，在計算機上變成栩栩如生的表演場景，供導演參考，讓演員們能夠精準、簡練地排練，綻放表演的精彩。一年半的時間里，黃可翔和團隊同學們穿梭在張藝謀導演工作室和開閉幕式舉辦地鳥巢等處，對演員、燈光、音樂、煙花、奧運火炬、轉播機位等與節目相關的全要素，開展全方位的“排兵布陣”，模擬出開閉幕式全流程圖景和表演動作，協助導演團隊創造了被國際奧委會贊揚為“沒有任何理由錯過”的北京“冰雪之約”。

綠色熒光桿搖出春天

北京冬奧會開幕式那天，恰逢中國傳統節氣立春。導演團隊便設計了一個《立春》節目：讓數百甚至上千名表演者，每人手持9.5米長、6斤重的綠色熒光軟桿，在空中做搖曳多姿狀，仿佛鮮花盛開、春風拂柳，營造出生機盎然的原野春色。

黃可翔團隊剛成立，就接到協助這個創意實現的要求，他們得在計算機上設計出“從大地復蘇到萬物生長”整個春色漸變的各種圖景，以及相應的演員動作，并拿出多套設計方案供導演選擇和排練。

他們問導演的第一個問題是這個節目需要多少人。導演有的說800人，有的說1000人。于是，黃可翔和團隊同學們模擬出800人和1000人的演出情形，導演們一看便驚呼“壯觀、驚艷”。但黃可翔馬上提出個問題：不論800人還是1000人，演出隊形幾乎都橫跨整個鳥巢的斜對角線，占滿了整個場地。如果表演中出現隊形變化，就像是一場錢塘江大潮，會把整個鳥巢撐得滿當當的。而《立春》表演時長限制在3分鐘，要完成表現春意盎然的隊形變換，演員的奔跑速度要達到每秒10米，這不可能達到。這個問題如清醒劑，讓導演團隊冷靜下來。導演與黃可翔團隊反復模擬計算，最終確定了393人的表演規模。

演員揮動熒光桿表演哪些動作才有春天的味道？如何把導演嘴里抽象的描述，具象地分解成演員的揮桿動作？

首先是確定春意綻放的畫面。黃可翔和團隊設計了有燕子、風車、小草、楊柳、蒲公英等春天元素的畫面，經過成百上千次的模擬、修改，先后確定了10多種綻放畫面供選擇，最后有小草、楊柳、蒲公英等元素的畫面成為“最優解”方案，通過了總導演張藝謀的審核。

其次是分解演員的揮桿動作。上場的近400名演員，每一位從站位、動作到揮桿角度都不可以相同。而且熒光桿是軟桿，在空中既不能碰撞，還要整齊舒展不散不亂，模擬難度極大。

黃可翔和團隊成員把393名演員化整為零，在場上從內到外分成9組，并對每一位演員的動作逐一進行數據標定和輸出，例如明確了軟桿搖擺的角度和方向、步行的距離等，給每位演員提供一份“定制”的表演手冊，把仿真系統設計的方案，變成演員排練的“掌上導演”，很方便地讓“虛擬”轉化為現實。

1.慶祝中國共產黨成立100周年大會仿真效果圖

2.北京冬奧會開幕式仿真效果圖

2021年10月，黃可翔團隊入駐鳥巢，為實地排練保駕護航。黃可翔作為團隊負責人，跟導演“綁”在一起，在鳥巢三層指揮平臺全天候盯守，一出現問題便快速修改方案，然后第一時間將仿真系統輸出的訓練指導圖像，在鳥巢地屏（表演區鋪在地上的大屏幕）上播放，讓演員用新方案快速排練。2022年2月4日鳥巢綻放之夜，看到自己親手參與設計制作的《立春》在開幕式上完美演繹，這一刻黃可翔覺得，驕傲嵌在了心里。

3.劉學文在北京冬奧會開幕式彩排現場

4.黃可翔在鳥巢辦公室工作

5.白崇志在鳥巢播報間

“天馬行空”煉成播報導演

2022年2月6日，離3月4日北京冬殘奧會開幕不到一個月，數字表演2021級碩士生白崇志被委以北京殘奧會開閉幕式仿真系統開發的重任，他帶著多位同學跟隨編導團隊和演員，進駐北京順義的一個與鳥巢大小相仿的排練場，負責把編導團隊“天馬行空”的創意方案，快速變為可視化呈現。

常常有編導團隊白天進行節目編排調整，晚上就要求在仿真系統中修改方案，第二天結合仿真呈現來編排。在編排北京冬殘奧會開幕式運動員入場環節中，原本運動員有兩個落座區域，安排在鳥巢3號、4號門附近。白崇志團隊為這個方案制作了近20版的細節仿真。臨近第一次聯排時，有的編導考慮到視覺美觀設計和殘疾運動員行動不便等，忽然提出要把殘疾運動員落座區域，變更為1號、3號和4號門附近，即由原來的兩個門增加到三個門。同時要求每個落座區域的輪椅區以及坐席數量都要重新設計。

白崇志一聽腦子都炸了：好家伙，這一來運動員入場環節的標兵隊形、運動員入場流線設計以及運動員集結退場方案等，都需要推倒重來。編導團隊火急火燎地要求白崇志團隊：立即對原設計進行大調整，并將仿真新方案在第二天，即第一次聯排前交到編導手里。

“狹路相逢勇者勝”“烈火煉真金”，白崇志在戰前動員時，響亮地喊出了兩句口號。大家熬了一個通宵，將新的仿真方案在第二天一早，送到等候在排練場的編導手里。編排時又發現隊形的設計不能滿足對運動員的有效引導，便在早上這場編排結束后，再次調整方案，終于在晚上的第一次聯排前，將一版完善的仿真設計交給編導，并協助完成了當晚聯排。

2月21日，北京冬殘奧會開閉幕式正式進入鳥巢合成排練時，白崇志團隊又幫助編導組在較短時間里，完成了鳥巢中的節目合光、視頻點位標記等諸多工作。白崇志也因為對節目每一個時間節點都爛熟于心，被選拔進入導演組，擔任播報導演。他在安靜的播報間里協助其他導演和播音員，有序地跟進每一個環節、每一句臺詞，確保表演按照演出腳本，以及仿真系統的預演進行。每一次彩排、聯排結束后，白崇志還要到鳥巢光合廳，參與主創團隊及技術團隊的復盤會，每次都是凌晨兩三點后才回來。白崇志感到很疲憊，但也非常驕傲與自豪，體會到了青年學子服務國家的價值。

在4500幀視頻中大海撈針

2021年12月，數字表演2020級碩士生譚秀磊接到在鳥巢部署集群渲染系統的任務。

集群渲染就是將多臺計算機的計算能力連接在一起，合力渲染（顯示）一張圖或一個視頻，這樣能成倍地加快渲染速度。譚秀磊雖是學計算機的，但從沒有接觸過集群渲染，面對一臺臺集群設備時，也得隨時翻資料、查文獻，邊干邊學。一個月后，他和團隊成員編寫的一套集群渲染軟件平臺，可以蹣跚運行了，完成了不少渲染任務。

天有不測風云。一次，平臺安裝了一個渲染圖像的插件（軟件）。當平臺讀取一個視頻任務時，發現渲染出來的圖像沒有這個插件所計算的特效，不符合預期結果。團隊有人說，我們平臺沒有配套這款插件，這個視頻的渲染不得不放棄。譚秀磊偏要試一試，掰腕子總得挺一會兒才分勝負。

譚秀磊先是卸載又重新安裝整個軟件，卻以失敗告終，隨后懷疑插件版本有問題，但還是無果而返。平時晚上9點就回宿舍的譚秀磊，這次熬到夜里12點，還是理不出頭緒。他嘗試了網上查詢到的多個解決方案，都沒成功。

譚秀磊明白，失敗的路快走完時，成功也許只有一步之遙，很多人只差這一步便倒下了。凌晨兩點半，他發現安裝這個插件時，需要將其他某些設置關閉，通過代碼調用插件命令才通過。原來是軟件內部的原因。渲染成功了！

北京冬奧會閉幕式前, 渲染任務量大增。一天凌晨, 有位操作員正在渲染一段視頻時，不小心點擊到鼠標，把一個文件刪除了。由于這個文件與服務器直接連接，沒有回收站機制，不知道跑哪兒去了，只看到最后渲染的結果與預期不符。在4500幀視頻中，從第2000幀開始，就出現了不同的結果，即使重新從2000幀渲染，也會出現同樣的問題。

旁邊等待渲染結果的編導們，已等了幾個小時，個個心急如焚。譚秀磊斬釘截鐵地說：“哪怕一幀一幀地渲染, 也不能影響編導的進度！”一幀一幀地渲染，需要對每一幀手動輸入一段代碼，以控制集群進行渲染。這個做法極其繁瑣，且容易發生錯誤，需要極大的耐心和穩定的心態。

譚秀磊先對渲染正常的幀進行整理, 然后從有問題的幀開始, 在電腦上輸入命令，手動規劃集群對剩余2500幀的渲染。在這個過程中，必須模擬集群渲染平臺的部分功能，例如需要實時查看渲染幀的進度，校驗渲染幀是否正確無誤，從而合理控制集群計算機的資源。盡管已經是凌晨4點，但譚秀磊和團隊成員依然沒有一絲松懈。又過了1個多小時，終于有眉目了，他們將所有渲染完的幀與預期數目進行比對，同時通過簡單的視頻編碼查看視頻內容，發現所有效果都符合預期。花掉的總體時間，比原先預期的只晚了幾分鐘。隨后，他們開始排查問題，最后查出是因為有個渲染配置文件丟了，導致無論怎么渲染都不是想要的預期圖像。

6.北京冬奧會閉幕式視頻渲染效果圖

譚秀磊召開了總結會。有的成員感慨地說，排查問題花的這半天時間，值！如果不了解整個集群中軟件和硬件協同工作的原理，如果沒有遇到問題時的果斷，這個任務和后續等待的任務，都會延誤甚至泡湯，最嚴重的可能會導致閉幕式沒有最新的渲染素材，成為一個重大失誤！

還有的成員說，作為大學生，懂技術是必要的，但也要懂如何承受學習和生活中的苦。我們吃的任何苦，都不會白吃，都是人生難得的磨煉，打著燈籠都難找。如果再辯證地看待苦，不以苦為苦，達到別人眼里是苦，自己眼里是樂的境界，并以鏟除苦難為樂，相信人生必然光榮！

7.北京冬奧會開幕式前夕

8.北京冬奧會開幕式現場

“仿真的地基，差1厘米也不行”

仿真團隊中的美術組，被稱為仿真工作的“前驅部隊”。如果把仿真工作比作大廈，美術組就是打地基的。他們的組長是數字表演2020級碩士生劉學文，他和團隊主要擔負兩項工作：一是搭建仿真環境，二是模擬仿真表演。

搭建仿真環境就是在仿真系統中，構建一個“虛擬世界”，需要收集大量真實、精確的場景空間數據。收集到的數據越多，仿真平臺上的展示效果就會越逼真。鳥巢作為北京冬奧會、冬殘奧會4場開閉幕式表演的核心場所，需要美術組邁第一步，用計算機把鳥巢仿真場景給搭建好，便于以后的現場表演都能在這個虛擬空間中模擬仿真。

2020年上半年，美術組成員因疫情防控被滯留在各自家鄉，在無法實地考察掌握一手資料，無法彼此面對面交流的困境里，劉學文帶領大家線上溝通和搜集資料，并在導演團隊協助下，從鳥巢管理團隊手里拿到一批圖紙，返京前用手動方式，把第一版鳥巢仿真環境在計算機系統中搭建起來。

9月返京后，劉學文帶著大家到鳥巢及周邊奧林匹克公園實地勘測。他們將實地情形與圖紙對比，發現差別便趕緊在系統里一一校對修改。劉學文明白，如果這些數據不準，整個仿真大廈就要坍塌，差1厘米也不行。

鳥巢和周邊奧林匹克公園有上千個足球場大，上面建了大小幾百個建筑、幾百條公路和人行通道，劉學文他們要把這些建筑全部走遍，并測量每條路、每個通道的位置、長寬。

鳥巢里面的測量更是精細。每級階梯的高度，地屏面積，各個出入口大小及相對位置，甚至是每個垃圾箱的位置及間距等，都要拿測距儀1米1米地測。對鳥巢中心的表演場地，建模還原場景的精確度要求達到厘米級別。劉學文見團隊成員累了，便一邊安慰，一邊用指導老師丁剛毅教授的一句話鼓舞斗志：“仿真平臺是演出的大腦，不能有半點差錯！”

在表演環節的仿真中，劉學文團隊繼續高揚精細的旗幟。他們把表演環節的各要素，拿到仿真系統里進行預演排練。開閉幕式的儀式環節代表國家形象，劉學文決定就儀仗隊的路線方案進行推演。他帶著團隊跟著導演小組一起來到儀仗隊訓練基地，觀察記錄儀仗隊將士行進立定，傳遞旗幟上階梯，升旗敬禮，退場繞旗桿下階梯等環節，一遍不行又來一遍，直到數據精準為止。之后，又參照士兵形象，設計數字人、數字服裝，按照身高比例、行進步伐動作及路線，在仿真系統模擬推演，測算總結出既在表演時間上安排合理，又能展現出我國儀仗隊風采的最佳方案。

經過幾百個日日夜夜的奮戰，美術組實現了以秒級和厘米級精度，對各個環節進行全要素、全方位、全流程仿真模擬，為4場開閉幕式“排兵布陣”鋪了路，也為導演決策和演員表演提供了直觀參考。