——记华体会体育奥运开闭幕式智能仿真编排组

〖第735期 综合新闻〗
   

    2008年8月8日。深沉的夜幕下，一只巨大的银白色和平鸽慢慢地浮现在鸟巢体育场中心舞台。观众的声声赞叹中，它优雅地舒展开双翼，缓缓舞动，在璀璨的银河中，开始了传递希望和梦想的和平之旅。随着为期16天的第29届奥运会如期开幕，“华体会体育奥运开幕式智能仿真编排组”这个名字也聚焦了人们的目光——正是他们，为这份创意插上了科技的翅膀。
    作为为此次奥运开闭幕式表演提供主要技术支持的我校软件学院数字表演与仿真技术研发团队的负责人丁刚毅教授终于可以舒展紧锁已久的眉头，他肯定地说：“这次表演从导演表演内容和手段上都是一次革命性的创新，除运用大量的数字化的背景外，全面系统地采用数字表演和仿真技术，为节目的创意、编排和呈现做出了开创性的贡献”。

    精益求精 实现二维系统智能化
    “这套系统最主要的功能有两个方面：一是智能化的二维编排，它提供了一个创作平台，既实现导演的创意，又提供联想和人机交互；二是实时的三维视景实现，它提供了全方位的三维展示，既预见了未来的效果，又验证了方案的可行性。”计算机学院李凤霞教授介绍说，“在张艺谋导演组最终决定启用‘华体会体育奥运开闭幕式智能仿真编排系统’以后，这套系统才从原来的局限功能逐步补充、完善、修改，最后达到令导演组满意的一套虚拟仿真系统。”为此，团队付出了极大努力，做了精益求精的工作。
    “智能编排的关键问题是路径规划、群组动作和多粒度点位分布”，在谈到关键技术点的时候， 李凤霞教授介绍说，“任何一个队形变换，都要涉及时间、空间、人数、路径等多种约束。例如看似简单的‘和平鸽’造型，演员们在规定的时间内要从一个站位跑到另一个站位，要求同时到达，并且选择合适的路径使之不互相碰撞，最后还要能够体现变幻的美感，而不给人‘乱’的感觉。由于涉及路径的最优选择问题，加之所构造的鸽子图案是不规则动态图形，如何在诸多约束条件下找到合适的粒度作点位填充？如何使鸽子展示最美的动态效果且方案适宜于演员排练，这些都需要合理的算法支持”。谈到这里，李凤霞教授深有感触地说，“项目组的多位年轻博士们带领着几十名研究生夜以继日，攻克了一个个难题。在去年冬天最忙的日子里，黄天羽老师的父亲突然患了脑中风，家就在承德的她实在抽不出时间回去，但毫无怨言。两年多中，团队中的所有人都没有节假日，就是这种奋斗精神加上坚实的技术基础，才能以最快的速度响应导演的需求，使这套系统多种的智能编排功能得以实现。”

    集中攻关 实现三维系统实时化
    “将智能编排结果以全景的形式实时仿真展示，这是一个技术难题，这一点，团队负责人丁院长、李红松他们比我更清楚。”李凤霞教授说，“场面宏大是张艺谋总导演的特点，而通常的PC机是无法支持象北京奥运开幕式这么巨大数据量的实时绘制的。例如倒计时、击岳、太极八卦、人体鸟巢等场面都是用数千个人、道具、服装组成的大场面。而一个人体的基本可视三维模型数据至少需要3千到4千字节的存储量，连同服装道具及场景，PC机所能支持的也就几百人，这是无法按需求实现仿真效果的。”
    “为了解决这个问题，在丁刚毅教授的组织协调和具体策划下，团队先后经历了软件平台技术、硬件加速技术、分布协同技术等等。”说到这里，李凤霞很欣慰，“这个团队还真不简单，丁院长北大理科出身，加上北理的工科背景，又有多年软件平台经验；李红松老师在康奈尔大学储备7年的计算机图形学研究经历，张龙飞老师发挥了网络研究方向博士的优势，李立杰则把自己在图形实时绘制、硬件加速等方向上的研究特长发挥得淋漓尽致。经过了长达几个月的集体技术攻关，最后由三个方面来解决三维系统的实时化问题：第一是采用基于GPU的实例化技术进行加速绘制，第二是采用多核CPU解决计算问题，第三是采用分布式处理技术进行分屏显示。其结果是完全满足开幕式仿真要求。”

    新生力量 誓将理工精神薪火相传
    除了技术，更重要的还有精神。李凤霞特意强调说，“李鹏老师是软件学院的新成员，他内外联络，组织实施，仅外场地的数据采集就去了十几次。”
    令人感动的是，奥运开闭幕式智能仿真编排组中，好多参与进来的学生和老师一样，“不知道该放假了，第二天大年三十了，也没有人说该回去了。”兢兢业业、献身科研的精神，潜移默化中，悄悄地在学生们的心中扎下了根。碰到一些难题时，硕士博士都聚在一起研讨，“没有人抱怨，都愿意为奥运尽一份力。”今年硕士毕业时谈感想，同学们说“虽然很辛苦，但是大家最难忘的就是在中心教学楼、在软件学院攻关的那些日子。” 
    “学生们都很配合，有一点补贴，但是不多。研究生参加这个项目，因为他们的课程不是很多，而且可以为做论文积累材料；本科生要么有能力有兴趣，要么就是要保研的会继续留在学院里的，大家在心态上没有太大压力。”不过，本科生参与研发的门槛还是很高的，都“是从那些很优秀的人选中挑出来的。”丁刚毅教授介绍说。参加这次奥运开闭幕式仿真编排的学生先后有近40人，包括05、06、07研等。
    秉承着传承了60多年的校风——“团结、勤奋、求实、创新”，中青年团队在前辈的影响下，迈着坚实的步伐，一步步地用科技成就梦想。

    实现创意 开多领域模拟技术先河
    “2007年10月份，校研究生院组织我们成功申报了北京重点交叉学科，目前是北京市唯一的‘数字表演与仿真技术’学科，而且该学科已经成了北京市重点学科。”丁刚毅在谈到新学科的成功申报时很高兴，这实际对在以工科为主的理工大学从事文化创意产业、变成产业基地、争取成为创意人才培养基地起到了极大的推动作用。
    采访时，当我们问到这套系统将来的前景如何时，还在宁夏开会的李凤霞老师满怀信心地说：“除了原来提到的在军事、文化产业创意方面的应用外，还有许多更广泛的需求。例如这次会上听了我们的介绍，很多领域专家认为这套系统在铁路调度、城市交通、甚至是通讯、物流、反恐等方面都有很好的应用前景。”
    开幕式后，学校接待了数十家国内媒体的采访，包括计算机、数字艺术的专业媒体，也有许多影视行业的专家们。在充分肯定为奥运贡献的同时，都对“数字表演与仿真技术”这个伴随着北京奥运会成长起来的交叉学科寄予了厚望，希望学校在国家文化创意产业的大发展中做出更大的贡献。
    700多个日日夜夜的努力，只为世界的一句惊叹。科技与艺术，看起来互不搭界的两种学科，在北理人的巧手绘制下，巧妙地融合成了奥运会开幕式上壮阔绮丽的悠长画卷。五千年山河从容展开的一瞬，艺术，已经在科技提供的动态想象中，舞动双翼，满怀希望地飞得更远。
（校报学生记者 庄一多 ）