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科技让线上观众成 Super VIP

【本报综合消息】“科技冬奥”已然成为2022年北京冬奥会和冬残奥会的亮点。一方面场馆建设、绿色环保、转播技术、人工智能等新技术得以充分展示、应用,另一方面,冬奥科普工作的推进也正让广大受众从技术之维,体味冬奥智慧。

2021年12月11日,“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”项目队员在首都体育馆内测试设备。

在首都体育馆、国家体育馆此前所举办的冰雪项目测试赛的幕后,来自北京大学的研究团队,也在进行“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”(以下简称“交互式自由视点”项目)相关技术测试。视频科技将为观众带来全新的观赛体验。

“奥运会不仅是运动员的竞技场,也是科学技术应用的竞技场。”在该项目负责人、北京大学教授陈宝权看来,每届奥运均会促进赛事转播技术得到里程碑式发展,也为未来的体育赛事和活动提供宝贵经验。

“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”项目在首都体育馆内布置的摄影设备。图为孙傲翻拍自北京大学“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”团队。

陈宝权介绍,“交互式自由视点”项目的目的就是给网络上的观众带来“自由”且“身临其境”的观赛体验,将普通人变成“SuperVIP”观众。

“自由视点”搭配“镜头规划”

东京奥运会留下了许多精彩瞬间:连续征战八届奥运会的丘索维金娜站在跳马赛台腾空起跳,落地时出现失误,止步资格赛流下了泪水;“00后”小将杨倩获得中国代表团的首枚金牌,颁奖时对镜头比了一个大大的“心”……

陈宝权关注到的则是,东京奥运会在赛事转播上“多视点”视频转播技术应用。从“多视点”到“自由视点”,意味着赛事转播技术一个突破性进步。以国家体育馆的测试为例,“交互式自由视点”项目组在体育馆“U”型环绕轨道上布置了45台相机阵列。陈宝权介绍,每台摄像机之间有几米间距,依靠智能的计算算法来生成中间视点画面,实现全场域的无缝自由视点。这便是从“多视点”技术到“自由视点”技术突破所在。以进球速度快、对抗激烈的冰球比赛来说,传统转播只能依靠导播切换镜头带给观众观赛体验,而“交互式自由视点”转播技术的应用,让观众只需手持一部5G手机点开应用软件,或是穿戴VR头盔等设备,即可自主选择观赛角度。有一个形象的比喻是:“这项技术,将电视导播的转播选择权转交到观众手中。”而它的另一突破在于智能导播系统。陈宝权解释说,大多数观众并不具有丰富的转播经验,不一定能够自主寻找到最佳的观赛视角,而错过精彩瞬间。项目组进行了大量的竞技赛事研究,根据赛事的发展情况对场景进行分析预判,智能化地提供视点轨迹设计,为观众做好“镜头规划”,以新的镜头语言配适新转播技术。

2021年12月11日,陈宝权(后)与项目成员在分析测试数据。

技术引领生活

“交互式自由视点”项目能够给予观众高质量的观赛体验背后,陈宝权总结为三个重要能力,即计算、编解码和传输能力。

三年前,这一项目开始推动。陈宝权当时既有信心又有担心。“从技术和方法角度来看,有信心能够进行突破,不确定性来源于这是多方合力的过程,基础设施也需要能够跟上,比如云计算能力、网络传输能力等。这有点像造出高铁,但是铁路也要匹配的道理。”

“交互式自由视点”项目场馆布点时,场馆运营方也是第一次面临这种“技术试验”。陈宝权表示,新技术测试和应用过程中更像一个“链条”,环环相扣,场馆安装、数据上传、智能计算,到交互呈现等相互依存与支持。“第一次测试效果很好,也给予各方信心,这也让后续进展越来越顺利。”

2021年12月11日,“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”项目负责人、北京大学教授陈宝权(左2)与项目团队在首都体育馆内合影。

VR技术对很多人来说,可能并不陌生,但又好像与生活有一定距离。陈宝权表示,很多时候VR技术主要应用于虚拟场景之中,而现在通过自由视点转播技术,体育赛事等现实场景也可以通过VR的方式来呈现,这对普通市民来说感受会更加真切,更加贴近生活。

陈宝权预测,未来的赛事观赛体验会越来越来“自由”。当前所述的自由视点,还是约束于相机布点轨道,虽然可以拉进和推远,但仍存在局限。“有一天,观众可以像‘影子人’一样,来到比赛场地中央,穿梭于运动员中间,实现真正的视点自由。”

“雪如意”总设计师张利:实现多项技术突破

张家口距离北京城区近200公里,5年来,北京2022冬奥会张家口赛区总设计师张利往返两地已成常态。

张家口赛区拥有中国首座符合国际标准的跳台滑雪场地——国家跳台滑雪中心,它也是张家口赛区冬奥会场馆群建设中工程量最大、技术难度最高的竞赛场馆之一。

张利介绍,国家跳台滑雪中心主体建筑灵感来源于中国传统饰物“如意”,因此被形象地称作“雪如意”。

“工程量最大的竞赛场馆之一”

从航拍画面看,占地面积约62公顷的“雪如意”犹如镶嵌在群山间的一枚玉坠,主要由“雪如意”的“柄首”顶峰俱乐部、以S形赛道为代表的“柄身”竞赛区及“柄尾”结束区及看台组成。

‘柄首’可谓是‘雪如意’最明显的标志。作为全球首个在顶部出发区设置大型建筑物的跳台滑雪场地,国家跳台滑雪中心的跳台上端有一处直径近80米、总高约15米的“祥云”式顶峰俱乐部。“顶部空间是一个圆环形场地。内径圆前移使得重心靠后,这种非同心圆的设计让整体结构更稳固。”张利说。

如何让这块3900平米的环形场地真正为人所爱?顶峰俱乐部的设计运用了人因设计技术。“建造之初,我们找了相关人员佩戴专业设备,检测他们移动到不同位置的生理指标,为设计提供参考。”张利补充道:“这种类似人体工程学的技术,之前主要运用在手机的界面设置或者小型建筑中,这是国内首次将该技术运用到大型建筑设计之中。”

“雪如意”的建设还实现了多项技术突破。

值得注意的是,“雪如意”是冬奥会历史上首个使用冰助滑道的大跳台,建设过程中,研发了跳台滑雪助滑道冰面温度位移智能监控系统。

“助滑道的设备来自斯洛文尼亚的MANA公司。之前雪板之下是用陶瓷颗粒铺垫的。但陶瓷颗粒在不同的地区,特别是温度变化很大的环境下,它的稳定性不强。相比之下,在陶瓷颗粒表面附加一层4毫米的冰面能够让滑行变得光滑稳定。”张利解释道。

中外携手助力“雪如意”建设

在类似滑雪的动力速降比赛里,场馆建造需要考虑侧向防风问题。

张家口赛区属于大陆性季风气候,冬季多风。谈到“雪如意”驯服风的过程,张利饶有兴趣地讲起一段趣事。

张利介绍,国际雪联认证的专业防风网价格相对较高。索契冬奥会用了400多米防风网,平昌冬奥会用了700多米,“雪如意”仅用不到200米。“我当时专门到国外,与国际雪联防风专家IngorHoptagartner商量相关事宜。他看过我的设计模型后,打趣地说‘利,我要告诉你,你在破坏我的生意,但是你们确实底下不需要防风了。’”

“雪如意”身处在一个160米左右落差的山坳里,天然提供了跳台滑雪所需的防风条件。精妙的设计以及良好的自然条件,让其能够在赛时将风速降低到每秒3米,成功克服风力的影响。

“雪如意”设计建造中,不少世界顶级专家提供了指导。

比如,跳台坡面曲线由国际雪联跳台建设委员会主席Hans-Martin Renn亲自操刀设计。来自芬兰的工程师Santeri和中铁建工的工程师一起负责落地区混凝土的灌注,控制曲线达到比赛要求。

“我和不少国外专家在合作中成为了好友。”在张利看来,这种交流不仅促进了“雪如意”的建设,更让身处建筑行业的自己,在创作中变得愈加开放。

从“雪如意”到“绿如意”

为了满足顶峰俱乐部的施工空间需求,施工过程中对顶部和两侧的山体进行了切削处理。在对切割山体恢复过程中,创造性采用了张家口地区对废矿坑进行生态修复的纤维网固定生态修复方案。

“这绝对是中国人的哲学智慧。在被切削的山体上覆上一层类似编织袋的网,上面撒下草籽,草的根系能够抓更多土。它就像把一块戈壁逐渐修复成绿洲,这是以柔性的办法加快自然修复。”张利感叹道。

在国家跳台滑雪中心“雪如意”的设计中,整个跳台是支在山谷里的。张利解释说:“国际惯例一般很少如此处理,因为这样做会增大工程难度,但是支起来的好处显而易见,能够继续保持场馆周围的正常生态循环。”

难怪有人把“雪如意”称之为“绿如意”。“雪如意”的建造大体上不影响山谷地表径流,甚至是野生动物迁徙的路径。“有句话说‘nature finds a way’,在不打断它的情况下,自然会随着时间推移恢复起来的。”张利说。

让“超人”场馆向大众靠拢

或许你不会想到,“雪如意”底部是一块符合国际标准的足球场,观众区可容纳近一万名观众。

“足球场兼具许多使用功能。从演唱会到发布会,太多大型活动可以在这里举办。比如,2020年12月,河北省冰雪运动会就是在这里举办的开幕式。”张利介绍说。

“对于建筑而言,你越能接近每一个细节,你越能对它产生亲近感。”

以往很多冬奥会跳台场馆的跳台很难为普通人提供很好的体验。张利说:“它们大多建在岩石峭壁间,受众很难走近,只能远远的看。”

用张利的话说,为了让拥有两个落差超百米跳台的“雪如意”向大众靠拢,自己及团队可谓“憋足了劲”,在中部左右赛道两边共做4条可供普通观众爬山的步行台阶。

“我个人称它为‘将超人的东西常人化’。就像享受爬山的过程一样,在参与登顶的2.5个小时里,行动本身为这个地方带来了吸引力。”

看冰雪世界给青少年戴上“科技视镜”

冬奥在即,科技馆里也能体验冬奥项目?

立于“冰球手”面前,过一把冰球守门员的瘾;站在“雪板”上,体验一次雪道飞驰的刺激;瞄准、推球、滑一个弧线,在桌面进行一场“冰壶”团体赛…………这是2021年10月,中国科技馆基于科技部“科技冬奥”重点专项“冰雪运动推广普及关键技术产品研发及示范”项目,于中国流动科技馆举办的“燃冰逐梦”主题巡展。

多形式开展“科技冬奥”主题活动

如若你在“燃冰逐梦”主题巡展现场,还有机会与中国科技馆的科技辅导教师们一起动手,通过设计制作冰陀螺的过程中,了解陀螺质量分布和转速之间的关系,探究旋转之力的奥秘;通过为奥运五环涂色,用超轻黏土制作北京冬奥会会徽和吉祥物,了解奥运文化。

围绕“冰雪运动点燃的激情梦想”,“燃冰逐梦”主题巡展展示了冰雪运动比赛形式及规则,冰雪运动项目背后的科学原理、科技支撑以及北京2022年冬奥会相关知识。

“冬奥会的展览偏向运动类,运动类项目与科普结合,难度相对较大。”中国科学技术馆展览教育中心科技教师李志忠是巡展的参与者之一,从业十三年的他对展览中高科技元素进行了揭秘。

在李志忠看来,以科技视角带大家领域冬奥风采可谓大有门道。“我们在科普过程中,大多强调概念性内容,尽量用通俗语言帮助受众理解背后晦涩的技术原理。”

乘着冬奥会的东风,中国科技馆推出了一系列与冰雪相关的展品。“比如这次我们展出了速滑运动员穿的冰鞋。普通公众穿的冰鞋,冰刀一般是固定的,但速度滑冰运动员的冰鞋只有前端跟冰刀连接,便于蹬冰。”借助冬奥热点,李志忠希望让更多人了解那些“常识”以外的知识。

“针对本届冬奥会,我们前期挖掘了很多与冬奥场馆有关的科技知识。比如向公众科普的冬奥场馆中二氧化碳跨临界直冷制冰技术,国家速滑馆”冰丝带“钢结构工程,360度全景转播技术等。”

中国科学技术馆展览教育中心科技教师叶肖娜介绍,自今年5月以来,中国科技馆已筹办与冬奥相关的活动十余个。为进一步丰富冬奥科普教育内容,中国科技馆的科技辅导教师结合现场展览,下沉到社区,为公众带来“冬奥科学秀场”等科普活动。

“与‘科技冬奥’主题相关的活动形式多样,包括举办‘科技冬奥即时展览’,开展‘科技冬奥主题’讲座,推出‘冬奥探索课堂’,上演‘实验表演秀’,征集‘科技冬奥主题创意作品’等。”叶肖娜说。

为孩子们上一堂“科技馆里的科学课”

走出场馆,如何让孩子们对冬奥中的科技知识感兴趣?

“你看,这是我们推出的”科技冬奥“主题资源包项目。”叶肖娜介绍,科普活动资源包是公众参与科普活动项目的参考资料和资源。科技老师、青少年都可利用它自主开展活动。

“针对不同年龄段的孩子,我们会设计相应的冬奥科普知识。”叶肖娜补充说,“这次的资源包项目主要面向4-6年级的学生,内容包括‘冰陀螺转转转’、‘雪如意的奥秘’和‘冰壶对对碰’。目的是让学生们走近冰雪运动,了解冬奥场馆。”

事实上,用趣味科普方式向孩子们介绍“科技冬奥”并非首次。

2021年7月,中国科技馆联合张家口市科技馆,为张家口市多所学校代表师生带去了科学表演秀《扭转乾坤》。学生们观看了一系列转动实验及其现象,一时间化身冰雪运动的科学魔法师,探索冰雪运动中的离心力、角动量守恒定律等相关内容。

“另外,我们还带领学生制作搭建张家口赛区国家跳台滑雪中心”雪如意“模型。孩子们亲自动手,一方面能够更直观了解‘雪如意’的构成,体味蕴含其中的中国文化。另一方面,讲解员除了介绍建筑本身蕴含的科技知识外,还会为孩子们分析运动员从起跳到空中飞行,再到落地的动作姿势,讲解背后的科学原理。”叶肖娜补充说。

“我们开展的冬奥科普活动很受当地孩子们的欢迎。”活动过后,叶肖娜感慨良多。谈及科普工作,她希望把更多优质的科普活动推广开来,期待科教资源在更大程度上实现均配。

如今,“青少年冬奥教育基地”已正式落户中国科技馆。“文化与科技融合学习”正在千万个孩子心里生根发芽。越来越多聚焦青少年的科普活动,正从科技馆延展至更多场所。

文/李晴 图为孙傲翻拍自北京大学“冰雪项目交互式多维度观赛体验技术与系统”团队。

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