图：2月4日晚，北京二○二二年冬奥会开幕式通过大量尖端科技，展示中国文化之美与奥林匹克精神的融合。图为中国代表团在开幕式上入场的壮丽画面。/新华社
2022年北京冬奥会开幕式，赢得世界喝彩。科技挥洒魔力，协奏梦幻盛宴。开幕式通过大量尖端科技，展示中国文化之美与奥林匹克精神的融合，并以中国人独有的浪漫诠释冰雪运动的魅力。“我负责精彩，航天负责成功”，开幕式总导演张艺谋多次这样说。在美轮美奂的开幕式背后，是中国航天“国家队”的硬实力，他们通过地面舞台、火炬、冰立方、通讯系统等11个项目，支撑起开幕式的成功。“你永远可以相信中国航天，这是航天与冬奥的双向奔赴”，网友们这样评价。
万米地面巨屏 雪过留痕“串成结”
2008年北京奥运开幕式上，数千名演职人员整齐划一的表演动作，令世界为之惊叹。14年后的冬奥会开幕式，演职人员仅为奥运开幕式的1/5，如何用科技和新观念实现冰雪的晶莹剔透和诗意空灵之美，最核心的重任落在地面舞台系统上。研制“胖五”火箭的中国航天科技集团一院，是开幕式地面舞台系统的缔造者。主舞台台面全是LED屏幕，巨大的屏幕面积达10552平方米，是目前建成的世界最大LED显示屏，包含超过4万块LED模块，画质也达到空前的16K。全新的地屏技术完全颠覆了传统的演出舞台空间结构，台面还可变换成多面凸屏，延伸画面，增添空间感，呈现出数字化高端演艺视觉效果。
开幕式令人难忘的《致敬人民》环节中，轮滑演员们从茫茫白雪中滑出，雪过留痕，一条条乐曲线谱似的痕迹，串联成中国结，展示奥林匹克格言的场景，正是地屏呈现出的完美特效。演员与地屏完美的配合，甚至令网友们猜测这会不会是触屏设备。其实不然，地屏播控系统来自于航天自有工业互联网平台长征云，数万个屏幕被串起来，温度、湿度、电压等工作状态被时刻监控，一旦出现异常，就会立即报警。如果信号链路出现问题，也设有四路信号，有足够的容错率。
航天算法排舞 收放自如“零瑕疵”
告别“人海式演绎”，用科技使舞台更饱满是北京冬奥会开幕式的最大特点之一。为确保万无一失，航天科技集团一院首次将产业项目运用航天系统工程模式进行管理和实施。例如，在舞台机械控制系统的设计，加入了航天在产品研发中采用的数字化仿真设备，开展控制算法的优化设计，并全面进行半实物仿真测试，把冬奥舞台与航天人熟悉的质量管理体系进行创造性结合，从而在设计阶段识别并规避重大失误。
冬奥开幕式的演出，要求万无一失，跟航天发射前的“不带问题上天”要求一样高。据介绍，相对一般火箭发射前要进行的近百项地面试验，冬奥会舞台系统进行了近千项地面测试。通过分系统与综合性试验，排除一切不可靠因素，保证现场表演“零失误”。
为响应“节俭办奥运”的号召，科研团队在航天系统工程管理模式上“降本增效”的看家本领完成了20多轮创意方案的持续性调整及优化，节约成本近千万元。包括，利用三维虚拟设计、演出视觉效果渲染对比等方式，进行机械设计方案论证；通过半实物仿真技术，提前识别逻辑风险，进行控制系统虚拟试验等。
激光3D投影 立方雕出“冰五环”
开幕式《冰雪五环》环节美轮美奂。蓝色的水墨流淌幻化成“黄河之水天上来”，随后凝结成冰，一块冰立方从地下升起，24道激光回顾24届冬奥会，最终停在北京。6个冰球运动员快速击打，配合激光雕刻碎冰，冰五环冉冉升起。这一幕令无数人惊叹不已。其实，在这场梦幻般的视觉盛宴的背后，不仅是艺术家们的创意，更是科研人员的智慧。
据介绍，冰立方总重量约400吨，升降重量达180吨，升降载荷超过一般剧院大型升降台的8倍，是整个开闭幕式最大功率的驱动设备。而冰立方“雕刻”出冰五环的视觉，是在激光与冰立方3D视效的结合下产生的。冰五环实际是一个LED屏，当其亮相的时候，位于看台4层的激光照射在冰立方上，对冰立方进行“雕刻”，随着冰立方上部的顶盖的下翻，配合着激光的“雕刻”，底部的五环缓缓上升，冰立方四面的LED屏一边缓缓下降，一边播放冰渣四溅的三维视觉效果，三方面完美配合，就形成了五环被一点点“雕刻”出来的视觉效果。
AI视频特效 脚踏彩霞“降雪花”
开幕式的《雪花》环节中，数百个小朋友举着和平鸽模型在舞台上自由跑动，脚下踩出一片片雪花，他们时而散开，时而汇聚，星光也跟着孩子们的脚步流动，好一幅唯美又可爱的画面。在这炫酷的视觉效果背后，利用的是全新“AI实时视频特效”技术，这是一套实时捕捉和交互系统，能够捕捉演员实时位置及姿态，并渲染出相应的美术效果。
据介绍，AI实时视频特效工作由北京电影学院声音学院师生团队承担。传统舞台的定位包括雷达扫描技术、电磁波定位技术等，而在影视中常用的是在人身上贴传感器，捕捉人在空间中的位置。“AI实时视频特效”的原理则是通过图像进行识别。通过前期海量的图像采集、把视频资料提交给AI训练系统，让AI模型进行自我学习进化，进而形成与此次演出高度关联的识别模式，让系统更准确地识别。
研究团队成员马少典表示，通过AI技术只能得到相对精确的坐标，最终的美术效果呈现也是“AI实时视频特效”中非常重要的部分。通过AI进行识别后，要靠算法按照事先设置的规则进行实时渲染，最后生成画面。
