转自《电脑报》
2008年8月8日晚，鸟巢内缶声雷动，数千乐师整齐划一，分毫不乱，用传统的中华之音带来对世界的祝福；展现古老文明活字印刷术的“文字”极具韵律的跳 动更是强烈地冲击着每个中华儿女的心；数千白衣舞者带来的太极八卦之韵如行云流水，一气呵成……当观众都沉醉于开幕式宏大壮阔的场面中，为一次次精美的演出而惊叹时，谁又会想到这一切与开幕式背后一个默默付出的科技团队密不可分。






当晚，当李宁点燃神圣的奥林匹克圣火的一刹那，丁刚毅悬着的心终于放了下来，300个日日夜夜的忙碌后，他终于看到了自己努力付出的结果，他一直紧绷的脸上露出了久违的笑容。
丁刚毅是北京理工大学软件学院的副院长，也是为此次奥运开闭幕式提供主要技术支持的数字表演 与仿真技术研发团队的负责人。导演们关于人群变化的想法与创意，大都是通过他们的团队进行数字模拟仿真，验证可行后提供具体的解决方案，最后付诸实施的。 可以说，他们是导演意图最直接的执行者，是奥运会开幕式一幕幕精彩场景的架构师。
为了揭示北京奥运会开幕式中那些宏大而扣人心弦的节目是如何诞生的，是如何在直播当晚分毫不差地实现的，他们是如何让IT技术与表演艺术完美融合的，本报“新闻评论周刊”记者走近北京奥运会开幕式数字表演与仿真技术团队，为大家揭开了北京奥运会开幕式惊艳全球的秘密。


数字表演与仿真技术研发团队工作中采用了AMD集群系统
克服重重困难进军奥运舞台

30分钟征服奥运会开幕式导演组
早在2005年，丁刚毅利用为舞台表演做仿真模拟，积累了大型活动人群仿真模拟的宝贵经验。不久后的十运会上，丁刚毅的团队开始介入大型广场演出，虽然只是负责开幕式的辅助编排工作，但获得了导演组的一致认可。当时十运会的总导演，正是奥运副总导演陈维亚。
由于之前良好的合作，2006年，奥运导演组找到了丁刚毅，要他为奥运辅助编排工作进行技术上的准备。能得到这份信任丁刚毅非常自豪，但他也清楚地认识到研发团队的不足：“那时我们的原型系统只能勉强满足奥运表演需求的30％，万人级别的人群渲染还不成熟。”
歌剧院和十运会上几十人、几百人的动态模拟系统在导演们千人、万人级别的宏大艺术构想下显得 有些捉襟见肘，“这意味着模拟仿真系统需要大规模的升级，这在当时无疑是非常艰巨的任务。”为了在技术上尽快达标，他们借鉴了法国一个先进引擎，采用 AMD提供的硬件系统，弥补原始大型仿真系统在大规模人群渲染上的不足。更重要的是，在往届奥运会中，由于场面相对简单，多采用动画手段进行模拟处理，还 原现实场景，仿真编排往往是处于一个辅助的地位。而“要满足万人级别的人群动态模拟，必须借助数字模拟仿真系统”。摆在丁刚毅面前的难题又多了一个——技 术和操作上往届奥运会并没有可循之道，“等于是在摸着石头过河”。
除了本身技术上的短板，让丁刚毅感到不安的还有外部的压力，“在人群仿真领域，国内还有五六家单位拥有自己独立的系统，他们也在为奥运做技术上的准备。”这些潜在的对手让丁刚毅身上的担子又重了一些。
2007年4月，一些已经确定下来的开幕式节目在北京周边开始封闭式训练，丁刚毅的团队也随行提供技术支持。随着训练的逐步深入，问题也渐渐暴露出来。


数字表演与仿真技术研发团队设计的智能监控系统
“当时导演团队分为高台导演和现场导演，高台导演总揽全局，负责整体上的指挥，现场导演则分 插到演员中间，进行细节上的指导。现场导演由于置身于人群之中，缺乏整体感，无法准确地理解高台导演的意图，排练效率不高”，数字表演与仿真技术研发团队 的张龙飞老师介绍道。为了解决这样的问题，团队研发了一套智能监控系统，通过组建无线局域网系统和监控摄像系统的全角度拍摄，完成导演们的同步交互指挥。 现场导演们通过PDA，接收到来自高台的全景图，并可以对地图的任意一点进行实时缩放、拉伸，“如此一来，现场导演有了全局概念，更容易贯彻高台导演的指 令。”
正是这个不起眼的监控摄像系统，让团队得到了导演组的初步认可，获得了一个不错的印象分。
去年8月24日，北京理工大学组织技术项目的汇报与研讨，才真正让丁刚毅吃下了定心丸，为了 验证这套系统的精确性与实用性，团队特意将雅典奥运会的开幕式进行了模拟仿真，用数字模型还原雅典现场。“当时张和平部长、张艺谋总导演、陈维亚副总导 演、张继钢副总导演听取了报告。没想到会如此顺利，我们演示了30分钟，汇报了10分钟，导演组便一致通过了，9月18日奥组委便下达了任务书。”从此， 数字表演与仿真技术研发团队正式担负起了奥运开闭幕式仿真模拟工作的重任。
开幕式精彩节目背后的故事


印刷术模拟与排练对比图

“凹凸文字”：细小误差曾让编导一筹莫展
“节目‘文字’是这套系统编排上的一个难点”，提到软件研发和内容支持上遇到的困难，丁刚毅坦率地说。“‘文字’的创意提供的是3D动画，但导演给出的只是一个整体上的构思，如何建模、如何落实到排练中的具体操作，这其中的工作量非常大。”
丁刚毅在系统中分解重现了“文字”的构思，生成数据并储存分析，将每个字模的动作量化，仅这项工作便耗费了整个团队一个星期的时间。其间经常加班到凌晨四五点钟。动态数字模型搭建好后，除了对演员进行编号外，还绘制了八拍的口令表，方便演练时的指挥。
“仿真模拟是在绝对理想的状态下进行的，在实际演练的过程中，新的问题又出现了”，张龙飞老 师介绍道，由于训练器械设计特性，字模支架在上升的过程中较省力，而下降的过程却比较费力，这就出现了上升快、下降慢的问题。这一微小的误差几乎让团队两 周的辛苦付诸东流。经过小组研讨，最后决定采取补救措施——实际测算了平均用力下字模上升和下降的时间后，修改了仿真模型，并重新绘制了口令表，提高了仿 真模拟的指导性。
在软件学院的研究室里，记者有幸见到了最初的“文字”节目数字模拟创意展示，和开幕式上呈献给大家的有所不同，原始创意中包括更为复杂的飓风、漩涡、律动等元素，“这些环节由于实际演练的可操作性太低，最后都被舍弃了，非常可惜”，负责仿真系统研发的黄天羽老师感叹道。
据了解，由于操练过程中大家反映难度过大，今年3月，团队就将“文字”设计过程中的12级数据简化为9级数据，并几次删减了部分环节。尽管如此，开幕式为求稳妥，表演方案与最后定板的模拟方案仍然有一定的出入。


演员们根据数字表演与仿真技术研发团队提供的平面鸟巢方案进行排练
“人体鸟巢”：大家看到的是第N套方案
由演员舒展身体搭建起的人体鸟巢无疑是开幕式的一大亮点，“这个创意是今年2月提出的，虽然时间不长，不过设计方案变换了很多次”，团队的李红松老师打趣道：“大家看到的是第N套方案。”
事实也正是如此，今年2月团队从导演组接到通知，希望在开幕式的过程中添加一些鸟巢的元素，具体的方案非常简单——“最开始是想由杂技演员借助梯子、长凳等工具来实现四五百人规模的一个鸟巢造型，但是数字模拟后的结果并不好”。
由于这些大型工具破坏了整体上的艺术美感，第一套方案不得不搁置。第二套比较完整的方案是平 面鸟巢图形，由近千名演员成一字形、大字形、人字形在地面上铺开，构成一个平面鸟巢。“可行性比较高，不过模拟出来后导演们又提出了意见——缺乏立体感和 层次感，与水平线夹角小于30°的观众无法看出鸟巢的轮廓”……在否定了若干套方案之后，才有了这第N套方案——人体鸟巢。在优化结构的同时，演员规模也 一步步扩大，达到最后2000人的规格。


最终采纳的人体灯光鸟巢演示效果图
“鸟巢对系统来讲也是一个重大的考验”，丁刚毅感叹道，看似静态的鸟巢实际比击缶、文字这些动态的模拟更难以掌握。
“难点主要在灯光的控制调节上，模拟仿真系统的强项在于动态数据处理，处理击缶这类动态模拟 得心应手，但人体鸟巢的重点在于结构和灯光上，灯光部分的工作给我们带来了很大的麻烦”。另外，仓促的时间安排和频繁的方案改换也是人体鸟巢棘手的原因所 在。在原始创意演示文本中，记者看到人体鸟巢的演员身上灯光有规律、有层次地闪烁着，极具美感。但由于排练时间仓促，演员身上的灯光最终只能随机闪烁，这 不能不说是一个小小的遗憾。
说起时间的仓促，其实人体鸟巢并不为最，开幕式的“星光”中和平鸽振翅飞翔的造型，从创意到最终演出，共经历了不到10天的时间。“突击很辛苦，不过现在看到节目分毫不差地展现出来，心里就很满足了”，李红松老师笑着说。
“太极八卦”：从1到2008


开幕式中太极八卦模拟方案
太极——中国功夫和阴阳五行的完美结合，最能体现中国文化动静相宜的运动与艺术的融合，导演们准确地抓住了这一元素。
不过如何将以单人为主的太极完美地表现在2008人组成的八卦阵上，团队的成员们花费了很大 的心血。他们特意找来一位太极高手，穿上动作捕捉服，跟踪捕捉到这位全国冠军的每个动作细节，录入数据库并加以分析，最后总结一套适合团体操练的太极 拳，“这是一个从个体到普遍的过程，也是一个从1到2008的过程”。对太极表演排练的过程和最终演出的结果，团队成员均表示满意。
太极仿真模拟的另一个难点是在队形转换时如何严格保持图案的完整性。如表演阶段的分组方案、 组行进路线规划等是团队工作的重点。为了整体效果达到最好，“我们对每一个细节都进行了量化，每隔0.5秒做一幅图片，每个演员在某一时间点应该运动到哪 里我们都有标记，演员们只要严格按照这个模拟来进行操练就可以了”。


技术团队正在根据太极大师的表演捕捉动作细节
团队的工作压力不仅来源于技术研发和排练方案上的难点，还有来自导演们的突发工作任务。“导演们头脑很灵活，艺术灵感一闪即现，而每一个突发的灵感都将给我们带来巨大的工作量。因为运用这套系统是导演们验证方案可行性最简便、最快捷的方式。”
以往靠动画手段来模拟还原活动现场，虽然细节上更为逼真，但耗时太久，“他们1个月才能完成的模拟工作，我们1~2天就可以基本做完”，丁刚毅介绍道，在大型活动模拟的速度和现场感上，大型广场文艺表演计算机三维智能仿真编排系统占有绝对的优势。
随着研发人员逐渐熟练，一个方案的模拟周期也越来越短，“开始的时候一两个礼拜，后来只要1天左右就可以完成，部分简单方案修改工作在现场就可以做好，最快的一次我们只花了3分钟，让导演们感叹道‘你们这么快就完成了啊！’”
开幕式数字表演与
仿真技术团队核心人员
让我们记住这些名字，他们同样为北京奥运会做出了自己的贡献。


丁刚毅， 教授， 北京理工大学软件学院常务副院长，项目负责人


李凤霞， 教授， 北京理工大学计算机科学与技术学院，项目技术总监


李鹏， 讲师， 北京理工大学软件学院，项目服务总监


张龙飞，讲师， 北京理工大学软件学院，多媒体指挥系统研发负责人


黄天羽，讲师， 北京理工大学软件学院，智能化编排系统研发负责人


李红松，讲师，北京理工大学软件学院，全景式三维展示系统研发负责人


李立杰，讲师，北京理工大学软件学院，大规模人群仿真技术研发负责人
  


面对面：我们的任务就是将创意变成现实
记者：这一年你们是如何工作的？感受最深的是什么？
丁刚毅：工作可以分为两个阶段，刚开始的阶段几乎天天和导演们在一起，张艺谋、陈维亚他们晚 上10点或12点到我们这间会议室，谈他们的构思和想法，我们就要用计算机进行计算、分解、模拟，先确定可行的人数，然后确定空间排列、队形变换、演员排 练方法等。开幕式上下半场一共编排了10多套节目，后来采用了8套。今年5月进入第二阶段，排练后期，我们的工作略为轻松一些，导演们没有时间来我们学 校，换成我们去排练场，每周一的导演例会我们依然要参加。
感受最深的就是将艺术创意变为数字化仿真的困难。我们做软件工程的一整套方法用不上，如果按 照传统软件工程的做法，就是累死也没法按时完工。这个艺术与技术的沟通就是一个很大的难点，我们完全按照导演的需求来设计软件，最终实现导演艺术创意的数 字化。其次是技术上的并行化、算法优化和交互实现。
记者：现在开幕式已经结束了，导演们对你们团队的工作是如何评价的？
丁刚毅：导演们的整体评价还没有出来，因为还有闭幕式、残奥会开闭幕式。但导演们希望借助我们的团队提高效率，这个愿望是实现了的。
记者：顺利完成奥运会开幕式、残奥会工作后，未来这套系统有哪些新的应用？
丁刚毅：通过为奥运会服务，我们这套系统整体水平得到很好提升，参与研发的工作人员也获得不 少成果。目前北理工这套系统可以实现5万人以内的实时交互、实时渲染，是国内模拟人数最多的。未来可以应用到各种重大表演活动中，更重要的是，如果做到 10万人以上的实时效果，就可以应用到大型场所人群的应急疏散，如今年春节雪灾，广州火车站人群的疏散，以及反恐应急、应对自然灾害等都有很好的预案。
再有一个方向就是将系统小型化，可以脱离工作站，以二维方式运行在笔记本电脑上，便于几百人的表演排练。在与奥运会开幕式导演们的合作中，王潮歌女士也提到这个系统以后在拍电影时可以采用，比如《赤壁》这样需要大型场景的电影。
记者手记
跟这样一群顶级专家进行了长达两个小时的畅谈后，记者除了被他们精湛的专业素质所折服，更为 他们执着的精神而感动。丁刚毅院长告诉记者，一开始导演们并不相信这套系统。以节目“星光”的前期演练来说，张艺谋总导演希望安排5000人的宏大场面， 部分导演认为1000人比较合适，而经过系统模拟测算，会场布置2000~3000人是比较合适的，他们的技术团队建议安排2394人。当时导演组特意调 来数百名演员进行实际演练，最后结果和模拟演示完全吻合。从此以后，导演们的艺术构思都会通过这套数字模拟仿真系统来构筑数字雏形，验证可行性，丁刚毅的 团队也成为导演们的左右手，为奥运开幕式默默贡献着自己的力量。
由于将负责奥运闭幕式、残奥会的开闭幕式，这个幕后的科技团队直到现在依然忙碌着——完善系统、补充数据。在软件学院的办公室里，记者看到了很多经过精心设计，但最后由于某种原因未能在开幕式上与观众见面的创意，研发团队同样为它们付出了许多心血，可以说，它们同样精彩！