冰雪盛会之约一厘一秒不差

文/黄可翔 白崇志 谭秀磊 刘学文 闫大鹏 王新伟

2020年6月，距离北京冬奥会、冬残奥会开幕还有一年半有余，北京理工大学计算机学院计算机科学与技术2020级博士生黄可翔，带着50多位同学，在10多位老师的指导下，挑起了开发这场盛会4场开闭幕式仿真系统的担子。

这副担子可不轻，他们要把导演团队灵光闪烁的创意，在计算机上变成栩栩如生的表演场景，供导演参考，让演员们能够精准、简练地排练，绽放表演的精彩。一年半的时间里，黄可翔和团队同学们穿梭在张艺谋导演工作室和开闭幕式举办地鸟巢等处，对演员、灯光、音乐、烟花、奥运火炬、转播机位等与节目相关的全要素，开展全方位的“排兵布阵”，模拟出开闭幕式全流程图景和表演动作，协助导演团队创造了被国际奥委会赞扬为“没有任何理由错过”的北京“冰雪之约”。

绿色荧光杆摇出春天

北京冬奥会开幕式那天，恰逢中国传统节气立春。导演团队便设计了一个《立春》节目：让数百甚至上千名表演者，每人手持9.5米长、6斤重的绿色荧光软杆，在空中做摇曳多姿状，仿佛鲜花盛开、春风拂柳，营造出生机盎然的原野春色。

黄可翔团队刚成立，就接到协助这个创意实现的要求，他们得在计算机上设计出“从大地复苏到万物生长”整个春色渐变的各种图景，以及相应的演员动作，并拿出多套设计方案供导演选择和排练。

他们问导演的第一个问题是这个节目需要多少人。导演有的说800人，有的说1000人。于是，黄可翔和团队同学们模拟出800人和1000人的演出情形，导演们一看便惊呼“壮观、惊艳”。但黄可翔马上提出个问题：不论800人还是1000人，演出队形几乎都横跨整个鸟巢的斜对角线，占满了整个场地。如果表演中出现队形变化，就像是一场钱塘江大潮，会把整个鸟巢撑得满当当的。而《立春》表演时长限制在3分钟，要完成表现春意盎然的队形变换，演员的奔跑速度要达到每秒10米，这不可能达到。这个问题如清醒剂，让导演团队冷静下来。导演与黄可翔团队反复模拟计算，最终确定了393人的表演规模。

演员挥动荧光杆表演哪些动作才有春天的味道？如何把导演嘴里抽象的描述，具象地分解成演员的挥杆动作？

首先是确定春意绽放的画面。黄可翔和团队设计了有燕子、风车、小草、杨柳、蒲公英等春天元素的画面，经过成百上千次的模拟、修改，先后确定了10多种绽放画面供选择，最后有小草、杨柳、蒲公英等元素的画面成为“最优解”方案，通过了总导演张艺谋的审核。

其次是分解演员的挥杆动作。上场的近400名演员，每一位从站位、动作到挥杆角度都不可以相同。而且荧光杆是软杆，在空中既不能碰撞，还要整齐舒展不散不乱，模拟难度极大。

黄可翔和团队成员把393名演员化整为零，在场上从内到外分成9组，并对每一位演员的动作逐一进行数据标定和输出，例如明确了软杆摇摆的角度和方向、步行的距离等，给每位演员提供一份“定制”的表演手册，把仿真系统设计的方案，变成演员排练的“掌上导演”，很方便地让“虚拟”转化为现实。

1.庆祝中国共产党成立100周年大会仿真效果图

2.北京冬奥会开幕式仿真效果图

2021年10月，黄可翔团队入驻鸟巢，为实地排练保驾护航。黄可翔作为团队负责人，跟导演“绑”在一起，在鸟巢三层指挥平台全天候盯守，一出现问题便快速修改方案，然后第一时间将仿真系统输出的训练指导图像，在鸟巢地屏（表演区铺在地上的大屏幕）上播放，让演员用新方案快速排练。2022年2月4日鸟巢绽放之夜，看到自己亲手参与设计制作的《立春》在开幕式上完美演绎，这一刻黄可翔觉得，骄傲嵌在了心里。

3.刘学文在北京冬奥会开幕式彩排现场

4.黄可翔在鸟巢办公室工作

5.白崇志在鸟巢播报间

“天马行空”炼成播报导演

2022年2月6日，离3月4日北京冬残奥会开幕不到一个月，数字表演2021级硕士生白崇志被委以北京残奥会开闭幕式仿真系统开发的重任，他带着多位同学跟随编导团队和演员，进驻北京顺义的一个与鸟巢大小相仿的排练场，负责把编导团队“天马行空”的创意方案，快速变为可视化呈现。

常常有编导团队白天进行节目编排调整，晚上就要求在仿真系统中修改方案，第二天结合仿真呈现来编排。在编排北京冬残奥会开幕式运动员入场环节中，原本运动员有两个落座区域，安排在鸟巢3号、4号门附近。白崇志团队为这个方案制作了近20版的细节仿真。临近第一次联排时，有的编导考虑到视觉美观设计和残疾运动员行动不便等，忽然提出要把残疾运动员落座区域，变更为1号、3号和4号门附近，即由原来的两个门增加到三个门。同时要求每个落座区域的轮椅区以及坐席数量都要重新设计。

白崇志一听脑子都炸了：好家伙，这一来运动员入场环节的标兵队形、运动员入场流线设计以及运动员集结退场方案等，都需要推倒重来。编导团队火急火燎地要求白崇志团队：立即对原设计进行大调整，并将仿真新方案在第二天，即第一次联排前交到编导手里。

“狭路相逢勇者胜”“烈火炼真金”，白崇志在战前动员时，响亮地喊出了两句口号。大家熬了一个通宵，将新的仿真方案在第二天一早，送到等候在排练场的编导手里。编排时又发现队形的设计不能满足对运动员的有效引导，便在早上这场编排结束后，再次调整方案，终于在晚上的第一次联排前，将一版完善的仿真设计交给编导，并协助完成了当晚联排。

2月21日，北京冬残奥会开闭幕式正式进入鸟巢合成排练时，白崇志团队又帮助编导组在较短时间里，完成了鸟巢中的节目合光、视频点位标记等诸多工作。白崇志也因为对节目每一个时间节点都烂熟于心，被选拔进入导演组，担任播报导演。他在安静的播报间里协助其他导演和播音员，有序地跟进每一个环节、每一句台词，确保表演按照演出脚本，以及仿真系统的预演进行。每一次彩排、联排结束后，白崇志还要到鸟巢光合厅，参与主创团队及技术团队的复盘会，每次都是凌晨两三点后才回来。白崇志感到很疲惫，但也非常骄傲与自豪，体会到了青年学子服务国家的价值。

在4500帧视频中大海捞针

2021年12月，数字表演2020级硕士生谭秀磊接到在鸟巢部署集群渲染系统的任务。

集群渲染就是将多台计算机的计算能力连接在一起，合力渲染（显示）一张图或一个视频，这样能成倍地加快渲染速度。谭秀磊虽是学计算机的，但从没有接触过集群渲染，面对一台台集群设备时，也得随时翻资料、查文献，边干边学。一个月后，他和团队成员编写的一套集群渲染软件平台，可以蹒跚运行了，完成了不少渲染任务。

天有不测风云。一次，平台安装了一个渲染图像的插件（软件）。当平台读取一个视频任务时，发现渲染出来的图像没有这个插件所计算的特效，不符合预期结果。团队有人说，我们平台没有配套这款插件，这个视频的渲染不得不放弃。谭秀磊偏要试一试，掰腕子总得挺一会儿才分胜负。

谭秀磊先是卸载又重新安装整个软件，却以失败告终，随后怀疑插件版本有问题，但还是无果而返。平时晚上9点就回宿舍的谭秀磊，这次熬到夜里12点，还是理不出头绪。他尝试了网上查询到的多个解决方案，都没成功。

谭秀磊明白，失败的路快走完时，成功也许只有一步之遥，很多人只差这一步便倒下了。凌晨两点半，他发现安装这个插件时，需要将其他某些设置关闭，通过代码调用插件命令才通过。原来是软件内部的原因。渲染成功了！

北京冬奥会闭幕式前, 渲染任务量大增。一天凌晨, 有位操作员正在渲染一段视频时，不小心点击到鼠标，把一个文件删除了。由于这个文件与服务器直接连接，没有回收站机制，不知道跑哪儿去了，只看到最后渲染的结果与预期不符。在4500帧视频中，从第2000帧开始，就出现了不同的结果，即使重新从2000帧渲染，也会出现同样的问题。

旁边等待渲染结果的编导们，已等了几个小时，个个心急如焚。谭秀磊斩钉截铁地说：“哪怕一帧一帧地渲染, 也不能影响编导的进度！”一帧一帧地渲染，需要对每一帧手动输入一段代码，以控制集群进行渲染。这个做法极其繁琐，且容易发生错误，需要极大的耐心和稳定的心态。

谭秀磊先对渲染正常的帧进行整理, 然后从有问题的帧开始, 在电脑上输入命令，手动规划集群对剩余2500帧的渲染。在这个过程中，必须模拟集群渲染平台的部分功能，例如需要实时查看渲染帧的进度，校验渲染帧是否正确无误，从而合理控制集群计算机的资源。尽管已经是凌晨4点，但谭秀磊和团队成员依然没有一丝松懈。又过了1个多小时，终于有眉目了，他们将所有渲染完的帧与预期数目进行比对，同时通过简单的视频编码查看视频内容，发现所有效果都符合预期。花掉的总体时间，比原先预期的只晚了几分钟。随后，他们开始排查问题，最后查出是因为有个渲染配置文件丢了，导致无论怎么渲染都不是想要的预期图像。

6.北京冬奥会闭幕式视频渲染效果图

谭秀磊召开了总结会。有的成员感慨地说，排查问题花的这半天时间，值！如果不了解整个集群中软件和硬件协同工作的原理，如果没有遇到问题时的果断，这个任务和后续等待的任务，都会延误甚至泡汤，最严重的可能会导致闭幕式没有最新的渲染素材，成为一个重大失误！

还有的成员说，作为大学生，懂技术是必要的，但也要懂如何承受学习和生活中的苦。我们吃的任何苦，都不会白吃，都是人生难得的磨炼，打着灯笼都难找。如果再辩证地看待苦，不以苦为苦，达到别人眼里是苦，自己眼里是乐的境界，并以铲除苦难为乐，相信人生必然光荣！

7.北京冬奥会开幕式前夕

8.北京冬奥会开幕式现场

“仿真的地基，差1厘米也不行”

仿真团队中的美术组，被称为仿真工作的“前驱部队”。如果把仿真工作比作大厦，美术组就是打地基的。他们的组长是数字表演2020级硕士生刘学文，他和团队主要担负两项工作：一是搭建仿真环境，二是模拟仿真表演。

搭建仿真环境就是在仿真系统中，构建一个“虚拟世界”，需要收集大量真实、精确的场景空间数据。收集到的数据越多，仿真平台上的展示效果就会越逼真。鸟巢作为北京冬奥会、冬残奥会4场开闭幕式表演的核心场所，需要美术组迈第一步，用计算机把鸟巢仿真场景给搭建好，便于以后的现场表演都能在这个虚拟空间中模拟仿真。

2020年上半年，美术组成员因疫情防控被滞留在各自家乡，在无法实地考察掌握一手资料，无法彼此面对面交流的困境里，刘学文带领大家线上沟通和搜集资料，并在导演团队协助下，从鸟巢管理团队手里拿到一批图纸，返京前用手动方式，把第一版鸟巢仿真环境在计算机系统中搭建起来。

9月返京后，刘学文带着大家到鸟巢及周边奥林匹克公园实地勘测。他们将实地情形与图纸对比，发现差别便赶紧在系统里一一校对修改。刘学文明白，如果这些数据不准，整个仿真大厦就要坍塌，差1厘米也不行。

鸟巢和周边奥林匹克公园有上千个足球场大，上面建了大小几百个建筑、几百条公路和人行通道，刘学文他们要把这些建筑全部走遍，并测量每条路、每个通道的位置、长宽。

鸟巢里面的测量更是精细。每级阶梯的高度，地屏面积，各个出入口大小及相对位置，甚至是每个垃圾箱的位置及间距等，都要拿测距仪1米1米地测。对鸟巢中心的表演场地，建模还原场景的精确度要求达到厘米级别。刘学文见团队成员累了，便一边安慰，一边用指导老师丁刚毅教授的一句话鼓舞斗志：“仿真平台是演出的大脑，不能有半点差错！”

在表演环节的仿真中，刘学文团队继续高扬精细的旗帜。他们把表演环节的各要素，拿到仿真系统里进行预演排练。开闭幕式的仪式环节代表国家形象，刘学文决定就仪仗队的路线方案进行推演。他带着团队跟着导演小组一起来到仪仗队训练基地，观察记录仪仗队将士行进立定，传递旗帜上阶梯，升旗敬礼，退场绕旗杆下阶梯等环节，一遍不行又来一遍，直到数据精准为止。之后，又参照士兵形象，设计数字人、数字服装，按照身高比例、行进步伐动作及路线，在仿真系统模拟推演，测算总结出既在表演时间上安排合理，又能展现出我国仪仗队风采的最佳方案。

经过几百个日日夜夜的奋战，美术组实现了以秒级和厘米级精度，对各个环节进行全要素、全方位、全流程仿真模拟，为4场开闭幕式“排兵布阵”铺了路，也为导演决策和演员表演提供了直观参考。