提起剛剛過去的農(nóng)歷新年，很多人還“意猶未盡”。而作為春節(jié)盛宴中最不可或缺的“年夜飯”和“甜點(diǎn)”，中央廣播電視總臺春節(jié)聯(lián)歡晚會和元宵晚會（以下簡稱“雙晚”）總會被人們津津樂道。
牛年“雙晚”在各大社交媒體平臺引爆話題，“出圈”的除了精彩紛呈的表演，還有炫彩華麗的舞臺。此次同時(shí)登上兩臺晚會的青年演員王一博，就頻頻用“特別炫酷”“充滿科技感”來形容晚會舞臺。
但鮮為人知的是，這樣一場跨時(shí)空的視聽盛宴，需要一套極其復(fù)雜的系統(tǒng)來為其舞美保駕護(hù)航，這套系統(tǒng)，就是由北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院與中央廣播電視總臺技術(shù)局共同打造的“一體化視頻生產(chǎn)與三維監(jiān)測系統(tǒng)”。
一套系統(tǒng)
2021年“雙晚”數(shù)字電視舞臺系統(tǒng)包含海量屏幕，而舞美機(jī)械運(yùn)動往往會使屏幕呈現(xiàn)出的效果產(chǎn)生不確定性。所以，晚會對視頻裁切和播放系統(tǒng)提出了全新的技術(shù)要求。
面向這一播控需求，北理工計(jì)算機(jī)學(xué)院與中央廣播電視總臺技術(shù)局聯(lián)合，構(gòu)建了流程一體化的視頻文件生產(chǎn)與三維監(jiān)測系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海量視頻與動態(tài)舞美的完美配合，構(gòu)建了全景可視化監(jiān)測環(huán)境。
一體化視頻生產(chǎn)使播控效率提升近十倍。2021年“雙晚”舞臺主屏采用61.4米×12.4米的8K超高清巨型大屏幕，以演播大廳中心為圓心呈弧形布置；在觀眾席后區(qū)和上方，由154塊屏幕構(gòu)成超高清大屏幕，與舞臺主屏、地屏和裝飾冰屏融為一體，構(gòu)成一個(gè)穹頂演播空間，拓展了舞臺視覺空間。然而，巨大的屏幕就需要較大的視頻文件來顯示，而較大的視頻文件處理速度一般需要5~10小時(shí)，播控效率較低。
但這套全新開發(fā)的系統(tǒng)卻可以對2021年“雙晚”舞臺上巨型屏幕中的畫面進(jìn)行裁切，使一個(gè)巨型畫面分散在無數(shù)小屏幕上同步播放，并通過仿真系統(tǒng)在電腦上全方位展示實(shí)際舞臺效果。
“由于單個(gè)視頻文件變小了，視頻文件的處理速度得到了大幅提升，從原來的5~10小時(shí)縮短至1小時(shí)內(nèi)，大大提升了節(jié)目的播控效率。”團(tuán)隊(duì)成員黃天羽告訴《科學(xué)新聞》。
三維監(jiān)測系統(tǒng)為舞臺視頻同步提供安全保障。三維監(jiān)測系統(tǒng)通過視頻文件生產(chǎn)、播控、監(jiān)測的一體化工作流程，配合現(xiàn)有的數(shù)字仿真技術(shù)，使海量視頻與動態(tài)舞美完美結(jié)合。
“一體化視頻生產(chǎn)與三維監(jiān)測系統(tǒng)”在節(jié)目素材播放過程中，可以對視頻的播放情況進(jìn)行同步調(diào)控、監(jiān)測，使播控系統(tǒng)與大屏顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聯(lián)動，從而為舞臺演出提供過程可控、安全可靠、智能預(yù)警的多級保障機(jī)制。目前，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對120路超高清視頻進(jìn)行裁切、合成和同步播放。
8K視頻計(jì)算和渲染功能實(shí)現(xiàn)任意曲面播放自由。2021年“雙晚”舞臺首次采用8K超高清視頻進(jìn)行呈現(xiàn)，并隨節(jié)目需要進(jìn)行實(shí)時(shí)變換。因此，如何將動態(tài)視頻展示在動態(tài)舞臺上，成為晚會的又一技術(shù)難題。
對此，北理工團(tuán)隊(duì)通過新系統(tǒng)的8K視頻計(jì)算和渲染功能實(shí)現(xiàn)了曲面屏的拼接計(jì)算，有效解決了矩形視頻在常規(guī)或任意曲面屏幕的播放映射問題。也就是說，一個(gè)矩形視頻在經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算和渲染之后，可以直接投映到常規(guī)或者任意曲面屏幕上，呈現(xiàn)出與原視頻無差別的效果。此外，團(tuán)隊(duì)還采用混合編碼技術(shù)對視頻文件進(jìn)行自適應(yīng)動態(tài)并行處理，實(shí)現(xiàn)了視頻的快速切分、映射和合成渲染計(jì)算。
實(shí)際上，這并不是北理工團(tuán)隊(duì)首次為央視晚會提供技術(shù)保障。2010年至今，團(tuán)隊(duì)十年磨一劍，以精益求精、萬無一失的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，不斷對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造、迭代更新，才有了今朝的精彩綻放。
一支團(tuán)隊(duì)
一場完美演出的背后，一定有一支杰出的導(dǎo)演及技術(shù)團(tuán)隊(duì)默默付出；而一支優(yōu)秀技術(shù)團(tuán)隊(duì)的身后，也一定有一個(gè)為其提供空間一展風(fēng)采的平臺。此次成功完成“雙晚”舞臺視頻生產(chǎn)和三維監(jiān)測任務(wù)的團(tuán)隊(duì)，正是來自于北理工數(shù)字表演與仿真技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
2010年，北京市教育委員會聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會，聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于增補(bǔ)北京地區(qū)普通高等學(xué)校北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的通知》，數(shù)字表演與仿真技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批立項(xiàng)，由北理工軟件學(xué)院（現(xiàn)為計(jì)算機(jī)學(xué)院）負(fù)責(zé)承建。
提到數(shù)字表演與仿真技術(shù)，很多人感到陌生。這項(xiàng)技術(shù)是軟件工程、光學(xué)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等工程科學(xué)和藝術(shù)學(xué)、心理學(xué)、社會學(xué)等人文學(xué)科的交匯點(diǎn)，可謂是一個(gè)發(fā)展中的全新交叉學(xué)科。
實(shí)驗(yàn)室以數(shù)字表演與仿真技術(shù)為主要研究方向，以面向未來文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的重要科學(xué)問題為牽引，針對數(shù)字表演與仿真交叉學(xué)科方向自身特點(diǎn)，瞄準(zhǔn)國際發(fā)展前沿，探索數(shù)字表演、智能創(chuàng)意的新概念、新理論、新方法和新技術(shù)，廣泛開展國際學(xué)術(shù)交流，加強(qiáng)交叉學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，構(gòu)建一流學(xué)術(shù)隊(duì)伍，致力于為北京社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)建設(shè)作出更多突出貢獻(xiàn)。
在10年的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)室碩果累累：擁有完整的數(shù)字表演理論體系與先進(jìn)的技術(shù)支撐平臺，在數(shù)字媒體、演藝科技、人群仿真等領(lǐng)域特色優(yōu)勢顯著；取得了包括論文、專利、獎勵(lì)等多項(xiàng)成果，培養(yǎng)了大批新型復(fù)合型人才；成立了與中央廣播電視總臺、中央歌劇院的協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，對我國文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的支撐促進(jìn)作用。
除此之外，實(shí)驗(yàn)室還承擔(dān)了多項(xiàng)國家大型活動的數(shù)字仿真系統(tǒng)研發(fā)，用北理工人扎實(shí)的技術(shù)實(shí)力為國家盛典保駕護(hù)航。
2008年北京奧運(yùn)會開幕式上，“文字”“太極”“星光”和人體“鳥巢”等亮點(diǎn)節(jié)目成功的背后，都有北理工團(tuán)隊(duì)的努力與汗水。此外，團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了包括“國慶60周年群眾游行仿真設(shè)計(jì)、訓(xùn)練與指揮系統(tǒng)”“國慶60周年聯(lián)歡晚會數(shù)字仿真系統(tǒng)”“國家科技支撐計(jì)劃——舞美設(shè)計(jì)與布景彩排關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)”“抗戰(zhàn)勝利70周年紀(jì)念大會觀禮人員服務(wù)管理系統(tǒng)研發(fā)和服務(wù)”“抗戰(zhàn)勝利70周年紀(jì)念大會氣球施放設(shè)計(jì)和控制仿真系統(tǒng)”“2019年北京世園會仿真系統(tǒng)”“2018年平昌冬奧會閉幕式‘北京8分鐘’文藝表演預(yù)演系統(tǒng)及訓(xùn)練彩排與數(shù)字驗(yàn)證系統(tǒng)”等在內(nèi)的一系列重大項(xiàng)目和任務(wù)。
數(shù)字表演與仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以科技創(chuàng)新服務(wù)國家盛典的抱負(fù)，與北理工始終瞄準(zhǔn)國際科技前沿、服務(wù)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。未來，北理工人將繼續(xù)前行，以期用科技為2022年北京冬奧會作出更大貢獻(xiàn)�！�