2018年2月25日晚，第23屆冬季奧林匹克運動會在韓國平昌落下帷幕。按照慣例，奧運會閉幕式上會為下一屆奧運主辦城市預留出8分鐘的表演展示時間。
作為2022年冬奧會的主辦城市，北京此次帶來了一場名為“2022，相約北京”的視覺盛宴：不僅綜合運用了輪滑演員、地面投影、動態(tài)視頻和玩偶等表演元素，還首次使用了24個隱形機器人參與表演，以此展現出冰雪運動和中國文化的特點，完美地詮釋了2022年北京冬奧會的“人文奧運”和“科技奧運”精神。
人們?yōu)?ldquo;北京8分鐘”的精彩絕倫拍手叫好，但卻不知道，這8分鐘的成功，是一群人努力的結果。其中，有一支來自北京理工大學的科技團隊，他們用數不清的8分鐘攻堅克難、自主創(chuàng)新，最終成功為“北京8分鐘”保駕護航。
“8分鐘”的背后
2017年6月，基于北理工多年來服務國家重大活動的經驗和技術優(yōu)勢，結合表演任務的特點，北京冬奧組委會找到了北理工軟件學院丁剛毅教授團隊，希望其能夠與北京電影學院聯合組建一支虛擬仿真團隊，為北京在2018年冬奧會閉幕式上的表演提供技術支持與保障。
這次表演任務的意義可謂深遠而重大：它既是向世人展示無與倫比的新時代中國風采，又代表著北京正式發(fā)出相約2022年的邀請函，標志著冬奧會進入北京周期。
因此，接到任務后的北理工團隊不敢有絲毫懈怠，認真準備，在半年時間內不斷細化預演系統的功能需求，力求完美演繹總導演及其團隊的作品創(chuàng)意。尤其是自去年12月以來，技術團隊更是克服嚴寒困難，連續(xù)2個多月堅持在室外低溫作業(yè)，協助導演組完成排演訓練方案設計與實施工作。
針對“北京8分鐘”參演要素多、創(chuàng)意過程復雜、排練關聯度高等特點，北理工虛擬仿真團隊利用影視虛擬制作技術和數字表演與仿真技術，自主研發(fā)了兩套全新的系統：文藝表演預演系統以及訓練彩排與數字驗證系統。
“其中，文藝表演預演系統以可視化的界面和圖紙、視頻等多種數據輸出載體，將各種待選表演方案的真實效果進行呈現，幫助導演把控、決策及完善表演方案，從而確定最終方案。”丁剛毅教授介紹說。
而訓練彩排與數字驗證系統則可將創(chuàng)意數據轉化為執(zhí)行數據，指導表演要素進行排練，并保證數據在時間、空間上的一致性與準確性。同時，它還能將執(zhí)行中修改的執(zhí)行數據在表演要素中同步，幫助導演實時觀察演員和道具的隊形狀態(tài)以及演員的姿態(tài)，以便指導后續(xù)節(jié)目的編排；演員也能迅速直觀地了解自身與理想運動軌跡之間的偏差并及時糾正，得以實時、快速地熟悉表演方案。
由于這兩套系統能夠根據表演創(chuàng)意方案，將整場文藝表演的過程全部仿真，較好地保證了前期創(chuàng)意設計與現場排練工作的順利進行，因而得到了導演組和參演團隊的一致好評。
從觀眾的角度而言，在此次“北京8分鐘”的表演中，最讓人印象深刻的還要數兩只萌萌的“大熊貓”了。事實上，它們的背后同樣有這支全能團隊的技術支持。
虛擬仿真團隊以北理工自主研發(fā)的雙目增強現實智能眼鏡為基礎，創(chuàng)新性地對此次表演中的大熊貓道具進行了“視覺改造”：為大熊貓道具的外掛攝像頭加裝云臺，并將其與內部演員的智能眼鏡相結合，從而使演員在道具內部也能無差別地觀測到外部環(huán)境。
這樣的例子不勝枚舉。比如，北理工團隊還承擔了整個表演的數秒倒計時任務，確保排練過程中各項設備的時間統一；同時，團隊還“略施小計”，開發(fā)了赴平昌倒計時專用小工具，以此鼓勵整個表演團隊，并營造一個積極向上的排練氛圍。值得一提的是，這個小程序還設置了“每日之星”功能——系統通過數據研判，可自動提取前一天表現最佳的演員予以展示。
8年聚力 厚積薄發(fā)
一場完美演出的背后，一定有一支杰出的導演及技術團隊默默付出；而一支優(yōu)秀技術團隊的身后，也一定有一個為其提供空間一展風采的平臺。此次成功完成冬奧任務的虛擬仿真團隊，正是來自于北理工數字表演與仿真技術實驗室。
正所謂“臺上8分鐘，臺下8年功”。2010年，北京市教育委員會聯合北京市科學技術委員會，聯合下發(fā)了《關于增補北京地區(qū)普通高等學校北京市重點實驗室的通知》，數字表演與仿真技術北京市重點實驗室獲批立項，由北京理工大學軟件學院負責承建。
提到數字表演與仿真技術，很多人依舊感到陌生。這項技術是軟件工程、光學工程、計算機科學等工程科學和藝術學、心理學、社會學等人文學科的交匯點，可謂是一個發(fā)展中的全新交叉學科。
實驗室以數字表演與仿真技術為主要研究方向，以面向未來文化創(chuàng)意產業(yè)的重要科學問題為牽引，針對數字表演與仿真交叉學科方向自身特點，瞄準國際發(fā)展前沿，探索數字表演、智能創(chuàng)意的新概念、新理論、新方法和新技術，廣泛開展國際學術交流，加強交叉學科建設，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，構建一流學術隊伍，致力于為北京社會經濟發(fā)展和文化創(chuàng)意產業(yè)建設作出更多突出貢獻。
在8年的發(fā)展過程中，實驗室碩果累累：擁有完整的數字表演理論體系與先進的技術支撐平臺，在數字媒體、演藝科技、人群仿真等領域特色優(yōu)勢顯著；取得了包括論文、專利、獎勵等多項成果，培養(yǎng)了大批新型復合型人才；成立了與中央電視臺、中央歌劇院的協同創(chuàng)新實驗室，對我國文化創(chuàng)意產業(yè)的發(fā)展起到重要的支撐促進作用。
而除此之外，實驗室還承擔了多項國家大型活動的數字仿真系統的研發(fā)，用北理工人扎實的技術實力為國家盛典保駕護航。
2008年北京奧運會開幕式上，“文字”“太極”“星光”和人體“鳥巢”等亮點節(jié)目成功的背后，都有北理工團隊的努力與汗水。此外，團隊還承擔了包括“國慶60周年群眾游行仿真設計、訓練與指揮系統”“國慶60周年聯歡晚會數字仿真系統”“國家科技支撐計劃——舞美設計與布景彩排關鍵技術研究與系統”“抗戰(zhàn)70周年紀念大會觀禮人員服務管理系統研發(fā)和服務”以及“抗戰(zhàn)70周年紀念大會氣球施放設計和控制仿真系統”等在內的一系列重大項目和任務，并連續(xù)9年以科技助力春晚。
數字表演與仿真技術實驗室以科技創(chuàng)新服務國家盛典的抱負，與北京理工大學始終瞄準國際科技前沿，服務國家重大戰(zhàn)略需求和國家安全重大需求的追求和使命可謂一脈相承。
自2008年與北京奧運會結緣后，北理工積極發(fā)揮科技優(yōu)勢，服務奧運事業(yè)，全力支持科技助力奧運計劃，用一流的軍工品質為科技奧運書寫下北理工的精彩筆觸。
2008年北京奧運會、殘奧會開閉幕式中，由北理工技術團隊研制的“腳印”“奧運五環(huán)”“倒計時”等煙花表演，給全世界觀眾帶來了無與倫比的驚喜；奧運會期間，北理工技術團隊還主持實施了國際奧運史上首次奧運中心區(qū)零排放公交工程，實現了奧運期間晝夜“零故障”可靠運行的國家最高目標，兌現了中國政府的承諾。
2017年8月31日，“面向冬奧環(huán)境的新能源汽車與低溫電池技術成果發(fā)布會”在京召開。北理工充分發(fā)揮自身在新能源汽車領域的研究優(yōu)勢，組織力量進行技術攻關，徹底解決了電動汽車冬季續(xù)駛里程急劇下降、無法啟動等諸多難題。而未來，北理工人將繼續(xù)牽頭新能源汽車，以期為2022年北京冬奧會作出更大貢獻。■