氷瀑、氷と雪の5つの輪、メイントーチの点灯…冬季オリンピック開会式の最も美しい瞬間を支える技術力

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記者：趙玲、写真・文編集者：陳勇傑

ニューメディア編集者/Fang Yongzhen

11,600平方メートルの高解像度LEDディスプレイスクリーン、人工知能技術に基づく画像認識と追跡、インタラクティブエンジン技術に基づくリアルタイムレンダリング、10,000平方メートルを超える敷地で600人以上の俳優のリアルタイム追跡とインタラクションを世界初実現...

2022年北京冬季オリンピックの開会式は、あまりにも多くの美しい瞬間をもたらしましたが、その背後には、テクノロジーを利用して中国人のロマンを存分に表現した場所がありました。それでは、これらの素晴らしいプログラムの背後にある技術的な手段を見てみましょう。

▲2022年北京冬季オリンピックの開会式（写真提供：CCTV Video）

世界最大のLEDディスプレイが「黄河は空から流れている」を表現

鳥の巣に入ると、観客はまず特大の LED スクリーンに魅了されます。鳥の巣の中央に配置され、滑走路まで伸びており、面積は約11,600平方メートルです。これはこれまでに作られた世界最大の LED ディスプレイ スクリーンであり、40,000 個を超える LED モジュールが含まれています。さまざまな特殊効果を完璧に表現できるだけでなく、仮想現実技術と組み合わせて使用​​することで、従来のパフォーマンスステージの空間構造を完全に覆すことができます。多面凸型スクリーンに変換でき、画像を拡張し、空間感覚を追加し、デジタルハイエンド舞台芸術の視覚効果を作成します。これは、今回の開会式に合わせてカスタマイズされた高解像度、高リフレッシュレートのフロアスクリーンディスプレイプロジェクトです。

@京方BOEの公式Weiboアカウントによると、開会式のきらびやかで光り輝くステージはBOEが提供したという。 BOE は複数の 8K+ 解像度の画像融合技術を採用し、超大規模光学補正アルゴリズムにより各ディスプレイ画面でピクセルレベルの光学補正を実行できるため、100,000:1 の超高コントラスト比、3840Hz の超高リフレッシュ レート、29,900x15096 の超高解像度を実現できます。超高精細の美しい映像。同時に、BOEが独自に開発した超大型ディスプレイモジュール制御および同期システムを搭載することで、俳優の動きの軌跡をリアルタイムで捉え、映像と俳優のシームレスなインタラクションも実現します。

▲BOEは複数の8K+解像度の画像融合技術を採用（画像提供：CCTV Sports）

地面のスクリーンに対して垂直に、高さ約 60 メートル、幅 20 メートルの LED スクリーン「Ice Falls」が設置されています。開幕式では、一滴の墨が落ち、チャン・イーモウは「黄河の水が空から降ってくるようだ」と説明し、会場全体を覆い、中国美学のある絵を披露し、驚きを与えた。

▲BOEは複数の8K+解像度の画像と技術を使用して「黄河は空から流れている」を披露（画像提供：CCTV Sports）

パフォーマンス設置を担当する副マネージャーの劉継軍氏は、このような大型スクリーンを平らな地面に設置するのは簡単な作業ではなく、最初の課題は強風だと語った。氷瀑が作られたのは秋から冬にかけてで、会場内の風速はスクリーンが破れるほど強かった。氷河の下には基礎がないので、塔は根付くことができません。こんなに大きなスクリーンが吹き飛ばされてしまうのでしょうか？

安全は最優先です。劉継軍氏のチームは、鳥の巣の中で風がどのように吹くかを研究し始め、100～200の風の状況を記録し、シミュレーション実験を実施した。最終的には風の影響を考慮してスクリーンの幅を30メートルから20メートルに調整し、通気性のあるグリルスクリーンを採用しました。

▲開会式でオリーブの枝に囲まれた巨大な「雪の結晶」もBOEが提供したもの（写真提供：CCTV Video）

チームの細心の注意と厳格さのおかげで、氷瀑の最終的なプレゼンテーションは非常に目を引くものになりました。おそらく数年後、2022年の春節を思い出すとき、私たちの頭に最初に浮かぶイメージは、空から落ちてくる氷の滝でしょう。

レーザーと3D視覚効果で氷を「彫刻」

多くの観客にとって、北京冬季オリンピックの開会式で最も目を引いたのは、5つの氷と雪のリングの登場だった。

空気中のインクの一滴が氷に凝縮し、地面から氷の塊が浮かび上がりました。 24 本のレーザーが 24 回の冬季オリンピックを振り返り、最終的に北京で停止しました。 6人のアイスホッケー選手が素早く氷を打ち、レーザー彫刻の助けを借りて、最終的に5つのリングの氷の形が現れました。 「アイスキューブ」がレーザーによってゆっくりと5つの透明なリングに「刻まれた」とき、それは場面に火をつけ、スクリーンの前の観客の情熱に火をつけたと言えるでしょう。

▲レーザーとアイスキューブ3Dの視覚効果の組み合わせ（画像提供：CCTV Video）

「この彫刻は本物の氷ですか、それとも偽物の氷ですか？」この件に関してWeibo上で熱い議論が始まった人もいた。

海淀区のハイテク企業Leyardは、北京冬季オリンピックの開会式のフロアスクリーン、氷の滝、アイスキューブ、南北スタンドスクリーン、再生システムの製作と設置を引き受けた。 Leyard Groupの会長であるLi Jun氏によると、「『彫刻』の視覚効果は、レーザーとIce Cube 3Dの視覚効果の組み合わせによって生み出されます。」

アイスキューブは長さ22メートル、幅7メートル、高さ10メートルで、LEDスクリーンで構成されています。 5つのリング自体もLEDスクリーンになっています。公開されると、スタンドの4階にあるレーザーがアイスキューブを照らし、「彫刻」します。アイスキューブの上部カバーが下がると、レーザーの「彫刻」に合わせて下部の5つのリングがゆっくりと上昇し、アイスキューブの4面すべてにあるLEDスクリーンがゆっくりと下降しながら、飛び散る氷片の3次元視覚効果を演出します。 3 つの側面が完璧に調和することで、5 つのリングが少しずつ「彫られている」ような視覚効果が生まれます。

▲オリンピックの五輪ロゴに「アイスキューブ」がレーザー彫刻された（写真提供：CCTV Video）

3Dトラッキング技術が地面と自然に相互作用

「トリビュート・トゥ・ザ・ピープル」と「スノーフレーク」のプログラムでは、風と雪の特殊効果とアスリートたちがシームレスに連携しているのが見られました。選手たちが行くところはどこでも「風と雪が溶けた」。出演者が動くと、地上の大きなスクリーンに新しい映像が映し出されました。また、雪の結晶が子供たちの後をついて回り、子供たちがステージ上を自由に動き回る様子も見られました... 疑問が湧きます。なぜ地面が演者と自然に相互作用できるのでしょうか?

▲3Dアスリート追跡技術（画像提供：CCTV Video）

国家体育場チームの技術革新マネージャーであるヤン・ジアンドン氏は、3DAT技術（3次元選手追跡技術）の活用が鍵となると語った。このシステムの動作プロセスは、おおよそ次のようになります。システム全体は、カメラ システム、コンピューター ビジョンと人工知能処理用のサーバー システム、およびバックエンド レンダリング用のレンダリング システムから構成されます。運用中、技術チームは、Bird's Nest スタンドの 6 階に設置された 4 台の高性能カメラで会場全体をカバーし、フィールド上の俳優の画像を収集して位置を特定し、位置と動きの情報をレンダリング システムにフィードバックします。レンダリング システムは、監督が設定した芸術的効果と俳優の位置、動き、姿勢を組み合わせて、現場でリアルタイムに合成を実行します。

一般的に、3DAT テクノロジーは主にアスリートのトレーニングで使用され、コーチが科学的なトレーニング プランや専門的な戦略を編成および提案するのに役立ちます。 「このシステムは、インテルの3DATテクノロジーがパフォーマンスに使用された世界初のシステムです。」北京電影学院音響学部長の童磊氏とインテルのプロジェクトマネージャーの何宇新氏は、「このシステムの難しさはそのリアルタイム性にあります。このような長いチェーンは複数のサーバーセットを通過する必要があり、プロセス全体の遅延は約100～200ミリ秒です。そのため、視覚的にはレンダリング効果が俳優を追っているように見え、監督に芸術的創造の余地が広がります」と語っています。

航空宇宙技術が冬季オリンピックの聖火の点灯に貢献

開幕式前、チャン・イーモウ監督はインタビューで「今回は照明とトーチに重要な改革があり、過去100年とは異なる」と語り、観客の興味をそそった。

雪の結晶型のメイントーチが大衆の注目の下で点火され、自動的に360度回転し、独特でロマンチックな方法で低炭素・環境保護の理念と中国の文化的自信を世界に伝えたとき、この非常に革新的で科学技術に富んだ点火式がオリンピック聖火の歴史に確実に強い足跡を残すだろうとため息をつくことなくはいられませんでした。

▲トーチが点灯される（写真提供：CCTV Video）

メイントーチの点火式はシンプルで短いように見えますが、半年に及ぶ検証を経て実現しました。中国第五航空宇宙科学技術研究院は、成熟した宇宙船の試験および検証技術を使用して、点火式のあらゆる側面が信頼性が高くスムーズであることを保証します。

第五学院第508研究所は、主トーチの有効揚高と耐荷重要件を確保するために、宇宙船回収着陸試験場にある高さ40メートル、長さ25メートル、幅15メートルの衝撃試験塔を主試験装置として選定し、機械構造と電力システムを適応的に改造して、主トーチとその吊り下げ機構の設置と試験要件を満たした。試験塔は通常、宇宙船の回収着陸システムの着陸衝撃試験、ロープ衝撃試験、パラシュート開放試験などに主に使用されます。高強度、高信頼性、簡単操作という特徴を持っています。

試験検証プロセスでは、メイントーチの屋内適用環境をより現実的にシミュレートし、屋外エリアでの自然風と光の影響を軽減するために、508研究所プロジェクトチームは、半世紀以上の宇宙船パラシュートの開発経験を組み合わせ、宇宙船用の特殊な特性を持つ特殊な柔軟材料を選択しました。これらは総面積約3,000平方メートルの三面防護ネットとなり、それぞれ試験塔の西側、北側、東側に吊り下げて固定された。

▲三面防護ネットのレンダリング（出典：508研究所）

柔軟な素材自体の剛性が十分でなく、風の影響を受けやすいため、防護ネットが風で揺れ、試験に影響を与える可能性があります。プロジェクトチームは、パラシュート設計技術を巧みに利用して、防護ネットの周囲に放射状および緯度方向のベルトを追加し、係留ロープとして伸縮の少ないロープを使用することで、強風下でも防護ネットが安定した張力と信頼性を維持できるようにしました。

2022年北京冬季オリンピックは、「グリーン、共有、開放、誠実」というオリンピック開催理念を堅持し、グリーン開発とグリーンオリンピックを組み合わせ、「グリーン化」、「低炭素化」、「インテリジェント化」、「デジタル化」という生態環境保護の理念を生み出します。メインフレアの燃料は水素であり、水素ボンベの安全な保管もテストプロセスの重要な部分です。この目的のために、第508研究所は試験場の防爆宇宙船推進剤充填室をフル活用し、強力な排気システムを追加し、定期的な排気を実施しました。水素ボンベの保管と使用が安全かつ管理可能であることを確認するために、専任の担当者が毎日の検査を担当していました。

厳格な品質管理という航空宇宙精神の保証のもと、華やかで世界に名高いメイントーチ点灯式が遂に実現しました。

3Dシミュレーション技術が開会式パフォーマンスの「頭脳」を構築

北京冬季オリンピックの開会式が世界を驚かせる前に、北京理工大学北京デジタルパフォーマンス・シミュレーション技術重点実験室が開発したプラットフォームで数え切れないほどのリハーサルが行われていた。

北京理工大学コンピュータサイエンス学部の教授であり、同研究所の所長である丁剛一氏は、すでに開会式の手順に精通している。結局、40人を超えるチームは、冬季オリンピックの開会式と閉会式の準備に1年半も忙しく取り組んできた。

彼は毎分何が起こるかを知っていた。以前は、彼のチームは、リハーサルのたびに、あらゆる変更や調整に応じてプラットフォーム上で対応する変更を直ちに行っていました。

この素晴らしいプラットフォームでは、開会式の最高かつ最も包括的な景色を見ることができます。

▲開会式システムインターフェース（写真提供：北京理工大学）

開会式に関連するすべての要素を備えた国立競技場を再現した仮想世界に入ります。講堂、ライトストリップ、メインステージ、そして見事な超大型 LED スクリーンをご覧いただけます。床面スクリーンや縦型スクリーンに流れる素晴らしい映像もご覧いただけます。花火が打ち上がり、五つの輪が上がるのが見えます。開会式では、さまざまなプログラムの俳優たちがステージに登場し、演技し、退場する様子や、パフォーマンス全体の精巧で複雑なスケジュールを見ることもできます。ここでは、テレビ放送では表示されなかったり、強調されなかったりするすべてのショットを見ることができます。

▲鳥の巣のシミュレーション（写真提供：北京理工大学）

パフォーマンスのあらゆる要素、あらゆるプロセス、あらゆる事業の統合と融合を実現できる、冬季オリンピック開幕の投影ともいえる。

冬季オリンピックの開会式と閉会式の大規模パフォーマンスのインテリジェントな制作、手配、リハーサルのための統合サービスプラットフォームの主要技術は、科学技術冬季オリンピックのプロジェクトの一つであり、丁剛義氏が率いるチームによって完成されました。

イベント計画とインテリジェントクリエイティブシステム、トレーニングとリハーサル計画生成システム、パフォーマンスプレビューシステム、機器共同制御システム、主要なシミュレーション放送技術を統合し、新世代の全プロセスパフォーマンステクノロジーソリューションを形成します。実際、高度なシミュレーション技術は、現在人気の「メタバース」という概念においても重要な技術となっています。

プラットフォームはパフォーマンスの頭脳です。ディレクターのクリエイティブチームの創造性を細分化して洗練させ、シミュレーションデータを通じてトレーニングマニュアルに抽出し、トレーニングをガイドすることができます。俳優、ロボット、ビデオ投影、その他のパフォーマンス要素のリハーサルをガイドし、時間と空間におけるパフォーマンスの一貫性と正確性を確保できます。監督が俳優や小道具の姿勢やフォーメーションをリアルタイムで観察するのに役立ちます。俳優は動きを素早く調整し、パフォーマンスプランをリアルタイムで素早く把握することもできます。

プレビュー システムは、視覚的なインターフェイスと、図面やビデオなどの複数のデータ出力キャリアを使用して、さまざまなパフォーマンス プランの実際の効果を 3 次元で提示し、ディレクターの意思決定、パフォーマンス プランの改善、最終プランの決定を支援します。

この技術は、異なるカメラ位置での異なる時点の撮影効果をシミュレートし、撮影、放送、ライブストリーミングのための技術サービスを提供することもできます。

▲5つのリングが表示された時のマルチカメラレンズシミュレーション効果（写真提供：北京理工大学）

丁剛義氏の見解では、公演や儀式の円滑な進行は、音、俳優、映像の調和、時間と空間の一致、さまざまな要素の要点、そして全体のプロセスの進行にかかっている。仮想シミュレーション技術により、大規模公演のリハーサル効率が大幅に向上しました。

冬季オリンピックの開会式のプログラム「立春」は印象的でした。俳優は手に持った長く光る棒を使って、地球が生き返り、万物が成長するシーンを演出した。

チームメンバーのヤン・ダペン氏は、当初はショーがどんな効果をもたらすのか、どれほど表現力豊かなものになるのか誰も想像できなかったと語った。長い棒は柔らかく、俳優の力に応じて振ると自然な弧を描きます。長い棒を持って踊るときは、動きはきちんとしている必要がありますが、同時にリラックスしている必要があります。緩やかであるべきだが、混沌とすべきではない。さらに、このダンスの視覚的な表現では、さまざまな観客の視点も考慮する必要があります。そこで、監督の指導と振付師の共同作業の下、チームはアルゴリズムを使用して、フォーメーションとスイング方法のさまざまな組み合わせをシミュレートしました。 「私たちは半年以上かけて何百ものプランを考え、調整してきました。」

▲システムインターフェース（画像提供：北京理工大学）

すべての繰り返しと再開は仮想シミュレーション システム内で完了し、俳優が繰り返し実験を行う必要はありません。

「我々はただ問題を解決したいだけだ」と丁剛毅氏は繰り返し強調した。システムがどれほど先進的であっても、実際のニーズを満たす必要があります。彼らのプラットフォームは「ハイエンド」かつ現実的であり、多くの紛争の「調停者」としても機能することができます。

大規模なパフォーマンスには、数十の部門またはチームが関与します。誰もが異なる視点や立場を持っており、より良いパフォーマンス効果を追求するあまり、紛争が発生することも少なくありません。たとえば、1 つのショーが終了し、次のショーが始まろうとしているときなどです。鳥の巣への入口と出口は4つしかありません。こちら側の俳優はどのように退場し、あちら側の俳優はどのように入場するべきでしょうか?もっと早く行ったほうがいいですか、それとももっとゆっくり行ったほうがいいですか?このとき、仮想シミュレーション システムは人の流れをシミュレートし、競合するさまざまな部門に最適なソリューションを提供し、調整がシステムに与える影響を確認できるようにします。

北京冬季オリンピックの開会式と閉会式は、北京理工大学のデジタルパフォーマンスと仮想シミュレーションチームにとって、もう一つの「実戦」であった。同社は、2008年オリンピック開会式の「太鼓をたたき歌を歌う」、2018年平昌冬季オリンピックの「北京8分間」、2019年国慶節のバーチャルシミュレーション訓練、2021年中国共産党創立100周年記念のシミュレーションモデリングとオンサイトサービス、2010年から2022年までのCCTV春節祝賀会のデジタルステージシミュレーションなど、多くの大規模イベントに技術サポートを提供してきました。

当チームはデジタルパフォーマンス分野のリーダーとなり、その技術は国際的および国内のトップレベルに達しています。同社はまた、群衆行動計画および群衆行動シミュレーション方法に関する一連の特許、大規模イベントの群衆シミュレーションのコア技術、仮想カメラおよびライブ放送シミュレーションに関する一連の特許、仮想ステージに関する一連の特許など、多数のコア特許を保有しています...

北京冬季オリンピックの開会式が終了しました。これは中国人のロマンチックな美学を示すものであり、オリンピック開会式の歴史に確実に深い足跡を残すことになるだろう。次に、オリンピック選手たちに目を向け、彼らが我が国に栄光をもたらし、中国冬季オリンピックの新たな章を開くことを祈りましょう。

（新華社、北京日報、氷点週刊、科技日報、中国宇宙技術研究院公式アカウントなどからの総合情報）

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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