北京冬奥会开幕式在世界范围内刷屏，呈现震撼绚丽的视觉效果的背后，是“海量”的数据计算及“科技”贯穿始终。数字科技赋能艺术创新，用一场独特而壮观的视听盛宴，每一秒都是“中国式的浪漫”。
㎡地面显示屏、㎡冰瀑布、㎡冰立方、㎡看台屏组成了世界最大的LED三维立体舞台，应用了燃料动能、屏幕显示、人工智能、5G、云计算、边缘计算、VR/AR、裸眼3D、智能化创编排演一体化服务平台等数十种创新数字科技手段的综合运用。
“国师”张艺谋本人对于此次开幕式的科技元素也给予了肯定：“我不想把科技定义成艺术的辅助者，它越来越多地成为了艺术的重要组成部分。就像冬奥会开幕式中的人与‘湖面’、‘雪花’的互动，这种流畅的效果不是仅靠反复排练就能达到的，而创新技术帮我们实现了创意，它让艺术发挥更大魅力。”
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「中国自主研发定制口罩」
冬奥会开幕式现场的观众都能触碰到的黑科技就是口罩了，同时也做到防疫与盛会并行。
这款满足医用级防护口罩（N95）由中国自主新型研发设计，研发团队经过反复调整口罩结构、图案设计，并完成产品打样。在打样过程中为了保密，空运原材料，专人进行监督和运输。最终经过数十次的修改，研发出这款中国设计、中国专利、中国制造的特别开幕式口罩。
为了更加贴合人的脸型，在分析比较了不同民族多人的脸型特征基础上优化而来，选取的5毫米高弹柔软的耳带，提升了密合性和佩戴的舒适性。对防止各种细菌、病*、真菌等微小颗粒物以及非典、甲流、埃博拉、高致病性禽流感、新冠等亚微米传染性病原体，其滤除效率均达到95%以上。
口罩外层采用了高清数码印花无纺布，经过多次论证后，最终确定了浅蓝渐变、深蓝渐变、浅紫、正紫、红色C、红色C-2等多种颜色，并在外观设计中融入了北京冬奥元素、雪花、多种颜色等中国元素。
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2「点亮全球最大地屏」
与北京冬奥会开幕式一起亮相的，是目前全球最大的超高清地面显示屏，整个显示系统由4多块LED屏组成，平铺在鸟巢中心，总面积达到平方米。由于开幕式的画面像素非常高，画质也达到了空前的16K。“这次我们对画面的要求是1秒钟50帧，配合播控系统实现多个播放器视频输出同步误差不超过2帧。如今手机拍的高清照片的大小约是几兆，一个蓝光电影的大小约是几G，而整场内容数据量巨大，仅三分钟的素材便50G左右，一个节目就含有几T的数字内容，其对于清晰度的要求、细节的要求都是呈几何的增长，这之前在全球来说是前所未有的挑战，这背后带来的科技升级是更高的标准。”开幕式视效总监王志鸥说。由于LED地屏需要满足开幕式的演出需求，被升级成双路播放，即便出现故障，也不会影响画面，并且数万块屏都被工业互联网平台监控着，温度、湿度、电压等一旦出问题，立刻就会发出预警。整个显示系统也就配备了独立的显示组件、显示系统、控制系统、结构系统和电气系统，操作人员可以通过计算机进行远程控制。为了给摄像转播提供全焦段无杂波、无干扰的纯净视频显示画面，地屏显示面板还加装了抗眩光、抗摩尔纹、防滑雾化的面罩，在长达5个月的高强度排演及冬季零下30摄氏度的极端低温雨雪天气，地面显示系统依然能实现稳定运行。
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2「*河之水“冰瀑”来」
与地屏垂直竖立的是一块近60米高、20米宽的巨大显示装置，承载着“*河之水天上来”，从鸟巢“碗口”倾泻而下铺满全场的创意表达，在开幕式团队内部，许多人称这块LED巨幕为“冰瀑”。在运动员入场环节，这块“冰瀑”又变成大门，迎接四方宾客。
平地竖起相当于20层楼高度的一块大屏，绝非易事，第一个考验就是大风。鸟巢是露天场地，内外相通，按照开幕式的推进进程，去年10月秋冬季时大幕必须建成并安装，而冰瀑下面没有地基，塔架无法生根，当时场内的风速很可能把这么大面积的屏幕吹倒、撕坏。
安全是首位的。支撑团队为了研究鸟巢场内的风如何刮，记录了一二百种风况，还设置了模拟实验，经过了综合计算分析。最终“冰瀑”的尺寸由导演初步预计的30米宽，调整为20米宽，还采用了透风的格栅屏，解决了风的问题。
“冰瀑”要制造*河之水天上来的奇观？并不是简单还原水流的效果，屏幕中的水流图像，是经过图像处理算法，机器“学习”大量中国传统水墨画，可以说是数字科技对中国传统水墨风格的解构与重塑，从而建立水墨纹理特征模型，以此生成风格化的山水图像，并将三维动画转化为激光机需要的点位数据，并实现快速的效果迭代，满足创意更新需求。
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2「裸眼3D+激光雕刻
“冰雪五环”」
张艺谋对“冰雪五环”环节的创意设计这样评价：“有文化韵味，又有炫酷的现代科技感。数字光影的‘冰雪五环’与‘巨型雪花’交相辉映，这是人类文明与奥运精神的交流与对话。”
五环呈现是历届奥运会开幕式的规定动作，对于许多观众来说，也是这次冬奥会印象最深的场景之一：一方水从中央升起，凝结成晶莹剔透的“冰立方”。24道激光投射在冰立方上重现了24届冬奥会，冰球运动员挥杆击“球”，“冰立方”逐渐碎裂，巨大的冰雪五环从中露出真容，缓缓上升，五环破冰而出，寓意着打破隔阂，融为一体。
其中，“雕刻”的视觉是在激光与冰立方3D视效的结合下产生的，上升又降落的冰立方，则使用了三维数字装置，借助五面裸眼3D效果实现。为了实现激光和光影互动，视效团队做了两万多张效果图，还“开发了一套编程程序，能把每一秒的视频信息变成点位信息，这样激光就能围绕五环进行转动。
看台上的观众可能意识不到五环的重量。实际上，这个LED异形屏组成的庞然大物，和一栋三层高的单元楼差不多。为了减重，技术团队用了各种方法。一开始想用外部供电，减少电池的重量，但导演不同意，“今天的中国还弄个粗的电线吊在上面？”最终，设计单位把外部供电全部改成电池，还设了备份，终于将3.5吨的总重量减到了3吨。
外观简洁的五环内部因此“沟壑纵横”，铝合金骨架内排布着密密麻麻的电源线、信号控制线。技术人员重新精心排布，留出更多空间放入新增电池，同时在低温实验室进行电池低温试验，以保证即便在零下20摄氏度时也能持续稳定供电。
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2「空中“种”出迎客松」
据悉，此次冬奥会开幕式的烟花燃放量仅为年北京奥运会的10%，高空特效焰火燃放时长仅仅秒，总导演张艺谋表示：“要体现绿色和环保的理念，我们不需要再满天的放，所以从焰火也体现了文化自信。”
立春、SPRING、迎客松腾空升起不仅契合了导演简约大气的初心，也“燃”起了整场开幕式的氛围，其中长米、宽米的3D立体迎客松，是整场焰火燃放中特效难度最大烟花，研发团队对传统焰火产品加以改造，不断试验精进，模拟出盆景状的迎客松在空中完美成型的画面。虽然只有十几秒，但它由将近发弹组合成，每一发弹时间节点跟高度都需要控制。
迎客松生长在*山之巅，其破石而生，苍劲挺拔，被誉为“国之瑰宝”，是中国人坚韧不拔精神的象征，而为了实现迎客松短而密的“松针”，将发射角度朝外倾斜10度，布置点位的覆盖面达米左右，但鸟巢顶上钢梁纵横交错，阻碍了其在地面燃放时的完整直线。为此，团队研发了可转动、调节角度的卡具，使迎布点形成基本的水平面，确保迎客松的完美成型。
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2「AI“0延时”实现全实时互动」
致敬人民环节中，24位轮滑运动员滑到哪里，哪里的雪就会被清扫干净，崭新的雪路上映现出奥林匹克格言：更高更快更强更团结；放飞和平鸽环节中，数百名孩子举着发光的和平鸽奔跑，在LED地面“踩”出自由的雪花，一改中国大型活动开幕式千人一面、整齐划一的风格，让大家看到东方的灵动，也是张艺谋最推崇的部分。
有人以为雪花是提前做出来的，或者地屏有触感，踩到就有反应。而根据LED屏幕与演员实时互动的技术支持方英特尔介绍，这种实时交互来自3DAT三维运动员追踪技术，它可以让地面的屏幕瞬间对演员位移做出实时反馈并呈现艺术效果。若干台架设在6层观众席的高清摄像机，对场上人进行了实时跟踪，本次使用的AI实时特效系统根据排练结果生成实时动画，把预先设计好的视频效果，精准呈现在演员脚下，形成如影随形零延时的效果。
“在大型演出中，基于人工智能的实时交互特效还是首次使用。启用实时渲染，实现全实时互动，这是一个冒险，以前几乎从未有过，需要解决了大量的技术问题，才能得以呈现出一个大家在冰天雪地里自由欢愉的感觉。”北京冬奥组委开闭幕式工作部部长常宇说。
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2「低碳环保的奥运“微圣火”」
这次冬奥会圣火采用了一种全新的点燃方式：微火。而这种方式需要解决的主要问题是：怎样为悬在半空且不断旋转的主火炬提供足够的燃料？
为此，技术人员专门在悬挂主火炬的威亚上设计了一套姿态调节执行机构，配合地面装置实现主火炬的翻转、提升动作。氢气储存和减压装置就藏在其中，减压后的氢气通过软管源源不断地输送至火炬中心，并应用航天氢氧发动机燃烧技术，保证不熄火、不回火、不脱火。为了让主火炬在度旋转时也能高效稳定燃烧，配套的氢气软管、电缆、控制线缆均可卷伸，让氢、电、控制信号能连续、稳定、可靠地供应传输。
火焰燃烧效果也同样重要。结合导演团队创意，支撑团队设计出氢气燃烧稳焰结构，并将火焰显色剂固化其上，使燃烧的氢气呈现出温暖、跳动的视觉效果。此外，火炬外壳采用了中国石化上海石化研发的碳纤维复合材料，解决了火炬氢燃料燃烧时耐高温的技术难题。
说完点火，再说说巨型“雪花”形主火炬台，其直径达14.89米，由96块小雪花形态和6块橄榄枝形态的LED双面屏创意组成，采用双面镂空设计，嵌有55万余颗LED灯珠，每一颗灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制。当火炬点燃时，雪花屏向外辐射并发出光芒，图案变化非常快，这背后是大规模视频内容的快速下发。其中使用了京东方AIoT技术体系、以及同/异步兼容信发系统。在较短时间内，异步集控能快速下发大规模视频内容；块双面屏的毫秒级响应，则由同步集控实现。
火炬手将手持火炬插入“雪花”中心之后，依靠航天软件系统的精细控制，重达吨的钢结构会在70秒内快速升降，将主火炬从地下10米的位置抬升到舞台中央。
而当主火炬发出的火光随着巨大的雪花缓缓升空，定格，观众们可能才意识到点火仪式已经结束：这就完了？全程没有大火出现？要知道一百多年来，奥运圣火都需要将火种从古希腊奥林匹亚山传递到举办地，期间大火需要熊熊燃烧一个多月，它自然是奥运精神的体现，但同时“也释放了不少的二氧化碳”。
观众这种后知后觉的惊讶，也更证明了开幕式团队所进行的创新的彻底性。“一百多年的历史在这里有一个新的创新。以后任何国家的奥运会，如果面临需要强调低碳环保的微火理念，都得回过头来参考冬奥会。参考北京这个火炬，参考这个点火方式，至少是要借鉴。因为我们是第一次出现的微火，所以是创造了历史。“张艺谋说。
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2「虚拟仿真系统全方位模拟」
很多人不知道的是，在惊艳世界之前，在北京理工大学数字表演与仿真技术实验室研发的平台上，这个“史上最清晰”冬奥会开幕式曾排演过无数遍。
虚拟仿真系统是一个可以全方位模拟表演的全流程技术解决方案。通过这个平台，开幕式团队可以检验开闭幕式呈现的所有要素：从观众席、灯带、主舞台、竖屏、覆盖超大型LED地屏到这个空间内上演的所有节目的活动轨迹——演员如何上场、表演、退场以及其中的复杂调度。
另外，在模拟系统算法的支撑下，声音、演员和画面的配合，时间和空间的吻合以及多要素的卡点，也可以全流程地推进。而对于拍摄、转播、直播等不同技术指标的需求，它也可以模拟出不同机位在不同时间点的拍摄效果。
于是，不需要真人演员的呈现，通过这个平台，冬奥会开闭幕式团队就可以看到各种表演方案的三维呈现效果，协调演员、机器人、视频投影等要素进行排练，然后根据要求一次次推翻重来。这也一定程度解放了真人演员，用科技来降低“人海”战术的消耗。
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2「通信“扛把子”担当」
有了软件硬件，能让全国人民都在线看到的开幕式，也离不开通信技术。开幕式通信保障任务由中国联通负责，综合布线总共条，所有的节点联络光缆，都采用双路由双上联。而联通的5G网络，实现了全面覆盖和极致容量，涉及到的技术有分布式大规模天线技术、空频多维5G能力融合、载波聚合、全面的SA网络、5G切片等，据称这让鸟巢的5G能力比4G提升了20倍以上，保证了开幕式上将近4万的现场观众和演职人员实现在线收发短视频、视频通话、直播等。而作为场外观众多数人，在家看直播时的沉浸式体验，也得到了满足。
这次开幕式还首次使用了我国具有自主知识产权的高可靠、低时延EUHT无线宽带技术，进行8K超高清直播无线传输。在此基础上，以北京广播电视台冬奥纪实8K试验频道作为信号源，通过我国自主研发的AVS3编码技术传输，人们才能通过国家大剧院的寸超大电影银幕，看到这个“史上最清晰”的8K超高清开幕式直播。
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