北京冬奥会“黑科技”起底，看得见的“智能化”来临

▎北京冬奥会“黑科技”起底，看得见的“智能化”来临。

2月4日晚，2022年北京冬奥会开幕式圆满举行，在这立春时节，不仅向世界人民奉献了一场无与伦比的视觉盛宴，也展示了空灵、现代、科技的中国式浪漫。绚烂多彩的地面光影、冰立方“雕刻”成的冰五环、璀璨闪耀的雪花形主火炬台，燃爆了现场，也激发了屏幕前观众的强烈好奇心。这些炫酷又新奇的效果，是如何实现的呢？同时，在“疫情”这个不稳定因素干扰下，北京冬奥组委是如何筹备这场冬季的体育盛会，做好双奥之城的服务工作？我们一起盘点冬奥会的“黑科技”。

空灵而浪漫的北京冬奥会开幕式

北京冬奥会开幕式全程都使用了数字表演与仿真技术，在虚拟的鸟巢（国家体育场）先模拟呈现，最后才落地到现实世界中，并通过综合运用人工智能、5G、AR、裸眼3D和云计算等多种技术，并全球首次规模化应用8K技术进行开幕式直播和重点赛事报道，全方位呈现一场身临其境的冰雪视觉盛宴。

流光溢彩的舞台是全球最大的8K超高清地面显示系统

开幕式上，流光溢彩的舞台与演员表演交相辉映，实时互动。整个鸟巢超大地屏首次实现全LED影像，取代传统的地屏投影。

无论是绿意盎然、预示万物复苏的立春节气表演，还是与地屏“变化“出的一朵蒲公英，或是从一滴冰蓝色水墨从天而降幻化而来的倾泻而下、奔腾而来的黄河之水，都源自京东方集团（BOE）的8K超高清显示技术。

据了解，此次开幕式的舞台地面是目前全球最大的8K超高清地面显示系统，整体面积达10393平方米，由42000块小屏组成，采用多个8K+级分辨率的画面融合技术，超大规模的光学校正算法可对每个显示画面进行像素点级的光学校正，可实现100000:1超高对比度、3840Hz超高刷新率，以及29900x15096超高分辨率的超高清绚丽画面。

通过搭载超大规模显示模组控制与同步系统，地面显示系统还可实时捕捉演员行进轨迹，实现画面与演员的无缝互动。

▲ 冬奥会开幕式LED地屏幕铺装

而展现“黄河之水天上来”的竖屏是一块近60米高、20米宽的LED屏，名为“冰瀑”。要在平地竖起这样一块大屏，一大考验是大风，秋冬季节的场内风速足以将屏幕撕烂，为此技术团队记录了一两百种风况来攻坚这一技术难题。

3DAT技术展现算法的星光

东京奥运会上，英特尔的3DAT曾被应用于田径比赛中，以增强观赛体验。2022北京冬奥会上，第一次在世界级的大会（表演）上采用3DAT这种实时捕捉的技术。

根据英特尔3DAT项目负责人介绍，在“鸟巢”6层看台上，部署有两套一组、共两组摄像机，它们实时捕捉场内信号，把演员的图像传回机房，通过计算机视觉和人工智能算法，把每位演员在场内的位置提取出来。

位置坐标通过英特尔的机房，传到AI实时特效的渲染服务器上，由北京电影学院团队进行处理，呈现美术效果，再实时反馈到地屏上。

在《雪花》节目中，超过600多位小朋友挥舞着和平鸽灯童声合唱，使得每位孩子脚下的雪花都如影随形。这是世界上首次对超过600人进行集体实时人工智能动作捕捉、渲染。

▲ 3DAT技术实现实时动作捕捉及渲染

渲染服务器底层是人工智能算法。AI实时特效团队前期进行了大量的筹备工作，通过几万张照片训练AI模型。这套AI模型具备通用识别的能力，再通过学习现场演员的服装和道具，可以更加精准地识别。这套渲染系统几乎是零延时的，与现场演员的表演精准‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍耦合，演员和地面线条之间实现了互动，算法因此闪耀出星光。

激光雕刻，冰立方破冰成奥运五环

破冰，寓意着打破隔阂，互相走近，大家融为一体。

冰立方破冰，不过仅仅43秒。但在这个虚实结合的奇幻场景背后，实质是激光与3D视效结合的效果。

通体冰莹的冰立方长22米、宽7米、高10米，是由LED屏组成的。五环本身也是一个LED屏，当它亮相的时候，位于看台4层的激光照射在冰立方上，对冰立方进行“雕刻”，随着冰立方上部的顶盖的下翻，配合着激光的“雕刻”，底部的五环缓缓上升，冰立方四面的LED屏一边缓缓下降，一边播放冰渣四溅的三维视觉效果，虚实结合，就形成了五环被一点点“雕刻”出来的视觉效果。这个效果的实现，需要精确的时间控制，背后是开幕式的一个“时间轴”，所有的设备运动都是跟着时间轴去运转，达到分秒不差，才呈现出整场演出的精彩。

此外，冰立方的升降定位也非常有难度。总重量达400吨的冰立方，升降重量达180吨，大约是一辆小汽车重量的120倍，它的基坑尺寸仅有84m x 42m x 10m，要实现的升降载荷超过了一般剧院大型升降台的8倍，是整个开闭幕式最大功率的驱动设备。负责冬奥开幕式舞台总承的长征天民研制团队，在场地受限的情况下，通过精确控制电机驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元，让冰立方的升降定位精度控制在±1mm。

▲ 奥运五环材质选取

奥运五环的惊艳亮相，还离不开航天技术的支撑。据悉，五环的结构特点是异形、大跨距、低刚度，为保证外观美观，五环采用内部供电方式。奥运五环的设计，以铝合金桁架结构为骨骼，以LED显示屏为衣服，以扩散板为外套，采用航天电池为五环供电，让奥运五环既坚又轻，通透完美。

▲ 用航天电池解决五环供电问题

雪花形主火炬台，璀璨闪耀

雪花形态的主火炬台直径14.89米，由96块小雪花形状和6块橄榄枝形状的LED双面屏组成，上面嵌着超55万颗LED灯珠，每个LED灯珠都由驱动芯片的单一信道独立控制。其整体硬件支撑和软件系统，由京东方集团研发设计。

为实现导演组火炬台要像“钻石般璀璨闪耀”的创意理念，京东方核心研发团队通过500多张设计图纸和近10轮的制样，研发出目前行业内发光面最窄的单像素可控异形显示产品，充分呈现雪花的线条感和细腻的画面显示效果。

火炬点燃那一刻，巨型雪花屏由中心向四周辐射开来。快速变换、完美同步的显示画面背后，是京东方AIoT技术体系及自主研发的同/异步兼容信发系统，异步集控能在极短时间内将大规模视频内容快速下发，同步集控确保102块双面屏幕实现毫秒级响应。此外，“主路+环路”备份的高冗余控制系统确保了火炬台播控系统的超高可靠性。

同时，通过采用LoRa（长距离无线通信技术）低延迟控制系统搭配同步播放时间校正技术，进一步确保视频画面完美协同。

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍ ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍数字化技术赋能“科技冬奥”

随着2月4日晚北京冬奥会的正式开幕，三个冬奥赛区进入密集赛程。为保证整个赛事的运行，人工智能、云计算、数字孪生技术等各种数字化技术已经在大规模地应用。同时，还能发现很多“黑科技”，比如像创可贴一样大小的“体温贴”、能够监测睡眠、自动调节的智能床以及无处不在的智能无人化产品。

没有厨师和服务员的智慧餐厅

本届冬奥会的主媒体中心，“智慧餐厅”除了为各国运动员及赛事工作人员提供能量补充和可口饭菜，还因其“无人化”在社交平台广为传播。这个特殊的餐厅里，从菜肴的制作，再到配送上桌，都已经实现了“无人化”，没有“传统”的厨师和服务员，而是120台机器人完成餐厅的烹饪和服务工作。

面积约3680平米的餐厅内，顶部铺设了大量的云轨，这些都是用于上菜的“送餐员”，在档口区点完菜以后，只需要坐等美食从顶部的云轨上下降至餐桌即可。智慧餐厅的无人化大幅减少了防疫工作量并提升了配餐的效率。以汉堡包制作为例，智能汉堡机从加热面包、现煎肉饼到配搭生菜、酱汁，全部由烹饪机器人自主完成，汉堡包就像流水线上的产品一样，以统一标准快速生产，每20秒就能做出一个汉堡包，既保证口味，也提升配餐效率。

无人化带来的优势也很明显，智慧餐厅除了提供早、中、晚三个集中就餐时间的餐食以外，还具备24小时全天候营业的能力。在冬奥会举办期间，所有机器均处于开机状态，无论何时进入餐厅，都能吃到现做的食物，像下午茶、夜宵这种需求也高效满足。

安保、配送、消杀全面无人化

如今在生活中的很多场景都能看到服务机器人的身影，比如酒店中部署的配送机器人、商场内具备的语音服务机器人等，这些机器人通常出现在单一应用场景来解决重复性工作。这届冬奥会的机器人应用更广泛，像一个“机器人大集结”，诸如安保巡逻、无接触配送、杀菌消毒，都由智能机器人完成。

在体育场馆内，安保机器人全天候以智能线路对场馆进行巡逻，并通过摄像头记录场馆里的动向。与传统机器人只遵循既定路线的技术方案相比，新一代的机器人都配备了ToF传感器、雷达以及智能避障系统，当遇到有人、物阻挡时，会自动刹停或者选择绕路。场馆内，还会有杀菌机器人进行定时消杀作业，在避免人员相互接触的同时，也能保证杀菌作业的效率和持续性。此外，冬奥会上还出现了移动测温机器人大幅提高了人员测温管理效率，与传统的固定测温相比，它可以灵活部署，并能实现流动控制。

智能床确保睡眠质量

冬奥会首次在住宿场所提供“智能床”，虽然从外观上来看，它与普通的单人床没有太大的区别，但是从材料应用到功能控制，智能床都有很多创新。

智能床的床垫采用记忆棉材质，并在内部增加了传感器，可对睡眠状态进行全面监测；还配备了独立的遥控器，可对床头的抬升角度进行调节，从而适配平躺、依坐等多种姿势。

如果你是一个容易赖床的起床困难户，智能床还提供了闹钟功能，与普通闹钟声音唤醒的方式不同，当达到预设时间后，床头会自动抬起，从而达到唤醒目的。晚上睡着时，智能床还会对人的鼾声进行监测，当识别到鼾声后，会自动调整枕头的高度。

集定位、报警于一体的“体温贴”

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被誉为“防疫神器”的体温贴，外观上像创可贴，其实是内置芯片的无线电子测温计，得益于小巧的身材，这款体温贴可以直接贴在腋下，保证了体温监测的准确性。

据介绍，体温贴检测体温误差在0.1～0.2℃，可通过手机APP绑定，远程将测量的体温数据上传至数据后台。系统每3秒采集一次体温数据，一旦超过37.3℃，就会自动向防疫人员报警，结合其内置的定位功能，能够方便防疫人员快速找到体温异常的人员。

除了能够实时进行测温，针对场馆运行的需要，体温贴还可进行考勤出入、人员定位等功能，不光能记录相关人员的行动路线，掌握体温异常者的接触人群，还能精准抓取疫情传播途径。

转播上云，近距离体验8K视频

8K是当前视频显示技术的最高标准。本次冬奥会期间，北京使用了8K技术直播开幕式及重要体育赛事，这是全球首次规模化应用8K技术进行赛事报道，将带来超过6000小时的转播内容。

目前北京全市已建成全球最大的城市级8K播放体系，包括20块8K超高清大屏和200台大尺寸8K电视机，8K电视机包括75英寸、110英寸两种。这些8K显示终端，已部署于涵盖国家大剧院、亦庄大族广场等公共空间；清华大学等知名高校、国家体育场等赛事场馆、城市副中心等社区、咪咕咖啡等商业场所。

为打通8K视频直播技术链条，北京相关单位还研发了“5G＋8K”转播车，可实现8K视频的实时直播，从而使8K技术真正落地应用。

本届北京冬奥会的转播将全部上云，这意味着奥运转播将不再仅仅依赖卫星传输，也可以通过奥运转播云向全球传输信号。在云端接收直播信号，除了能够减少场地搭建、设备运输等消耗的人力物力，还方便媒体进行远程直播、精彩回放、制作特效视频和内容集锦，此外，通过转播云，还能实现很多新奇的赛事观看方式。比如此前只能出现在影视作品中特效“子弹时间”镜头，冬奥会上就可以通过转播云的实时处理，呈现出类似效果。今年冬奥会，用户还有望通过转播云，体验“高自由视角观赛”，借助几十路高清画面实时传输，再由智能算法进行合成和建模，从而让观赛的摄像机角度从固定视角变成立体视角，实现在不同赛场角度进行实时切换。

今年冬奥会，不仅让滑雪、冰球、滑冰等运动项目走进大众的视野，同时在体育场馆、住宿场所，推出了能够提升日常体验感的各种科技好物，相信之后这些新兴智能硬件产品会在冬奥会后快速普及。