提起剛剛過去的農歷新年，很多人還“意猶未盡”。而作為春節盛宴中最不可或缺的“年夜飯”和“甜點”，中央廣播電視總臺春節聯歡晚會和元宵晚會（以下簡稱“雙晚”）總會被人們津津樂道。
牛年“雙晚”在各大社交媒體平臺引爆話題，“出圈”的除了精彩紛呈的表演，還有炫彩華麗的舞臺。此次同時登上兩臺晚會的青年演員王一博，就頻頻用“特別炫酷”“充滿科技感”來形容晚會舞臺。
但鮮為人知的是，這樣一場跨時空的視聽盛宴，需要一套極其復雜的系統來為其舞美保駕護航，這套系統，就是由北京理工大學計算機學院與中央廣播電視總臺技術局共同打造的“一體化視頻生產與三維監測系統”。
一套系統
2021年“雙晚”數字電視舞臺系統包含海量屏幕，而舞美機械運動往往會使屏幕呈現出的效果產生不確定性。所以，晚會對視頻裁切和播放系統提出了全新的技術要求。
面向這一播控需求，北理工計算機學院與中央廣播電視總臺技術局聯合，構建了流程一體化的視頻文件生產與三維監測系統。這一系統應用數字仿真技術實現了海量視頻與動態舞美的完美配合，構建了全景可視化監測環境。
一體化視頻生產使播控效率提升近十倍。2021年“雙晚”舞臺主屏采用61.4米×12.4米的8K超高清巨型大屏幕，以演播大廳中心為圓心呈弧形布置；在觀眾席后區和上方，由154塊屏幕構成超高清大屏幕，與舞臺主屏、地屏和裝飾冰屏融為一體，構成一個穹頂演播空間，拓展了舞臺視覺空間。然而，巨大的屏幕就需要較大的視頻文件來顯示，而較大的視頻文件處理速度一般需要5~10小時，播控效率較低。
但這套全新開發的系統卻可以對2021年“雙晚”舞臺上巨型屏幕中的畫面進行裁切，使一個巨型畫面分散在無數小屏幕上同步播放，并通過仿真系統在電腦上全方位展示實際舞臺效果。
“由于單個視頻文件變小了，視頻文件的處理速度得到了大幅提升，從原來的5~10小時縮短至1小時內，大大提升了節目的播控效率。”團隊成員黃天羽告訴《科學新聞》。
三維監測系統為舞臺視頻同步提供安全保障。三維監測系統通過視頻文件生產、播控、監測的一體化工作流程，配合現有的數字仿真技術，使海量視頻與動態舞美完美結合。
“一體化視頻生產與三維監測系統”在節目素材播放過程中，可以對視頻的播放情況進行同步調控、監測，使播控系統與大屏顯示系統實現實時聯動，從而為舞臺演出提供過程可控、安全可靠、智能預警的多級保障機制。目前，該系統可實現對120路超高清視頻進行裁切、合成和同步播放。
8K視頻計算和渲染功能實現任意曲面播放自由。2021年“雙晚”舞臺首次采用8K超高清視頻進行呈現，并隨節目需要進行實時變換。因此，如何將動態視頻展示在動態舞臺上，成為晚會的又一技術難題。
對此，北理工團隊通過新系統的8K視頻計算和渲染功能實現了曲面屏的拼接計算，有效解決了矩形視頻在常規或任意曲面屏幕的播放映射問題。也就是說，一個矩形視頻在經過系統的計算和渲染之后，可以直接投映到常規或者任意曲面屏幕上，呈現出與原視頻無差別的效果。此外，團隊還采用混合編碼技術對視頻文件進行自適應動態并行處理，實現了視頻的快速切分、映射和合成渲染計算。
實際上，這并不是北理工團隊首次為央視晚會提供技術保障。2010年至今，團隊十年磨一劍，以精益求精、萬無一失的嚴謹態度，不斷對系統進行升級改造、迭代更新，才有了今朝的精彩綻放。
一支團隊
一場完美演出的背后，一定有一支杰出的導演及技術團隊默默付出；而一支優秀技術團隊的身后，也一定有一個為其提供空間一展風采的平臺。此次成功完成“雙晚”舞臺視頻生產和三維監測任務的團隊，正是來自于北理工數字表演與仿真技術北京市重點實驗室。
2010年，北京市教育委員會聯合北京市科學技術委員會，聯合下發了《關于增補北京地區普通高等學校北京市重點實驗室的通知》，數字表演與仿真技術北京市重點實驗室獲批立項，由北理工軟件學院（現為計算機學院）負責承建。
提到數字表演與仿真技術，很多人感到陌生。這項技術是軟件工程、光學工程、計算機科學等工程科學和藝術學、心理學、社會學等人文學科的交匯點，可謂是一個發展中的全新交叉學科。
實驗室以數字表演與仿真技術為主要研究方向，以面向未來文化創意產業的重要科學問題為牽引，針對數字表演與仿真交叉學科方向自身特點，瞄準國際發展前沿，探索數字表演、智能創意的新概念、新理論、新方法和新技術，廣泛開展國際學術交流，加強交叉學科建設，培養創新性人才，構建一流學術隊伍，致力于為北京社會經濟發展和文化創意產業建設作出更多突出貢獻。
在10年的發展過程中，實驗室碩果累累：擁有完整的數字表演理論體系與先進的技術支撐平臺，在數字媒體、演藝科技、人群仿真等領域特色優勢顯著；取得了包括論文、專利、獎勵等多項成果，培養了大批新型復合型人才；成立了與中央廣播電視總臺、中央歌劇院的協同創新實驗室，對我國文化創意產業的發展起到重要的支撐促進作用。
除此之外，實驗室還承擔了多項國家大型活動的數字仿真系統研發，用北理工人扎實的技術實力為國家盛典保駕護航。
2008年北京奧運會開幕式上，“文字”“太極”“星光”和人體“鳥巢”等亮點節目成功的背后，都有北理工團隊的努力與汗水。此外，團隊還承擔了包括“國慶60周年群眾游行仿真設計、訓練與指揮系統”“國慶60周年聯歡晚會數字仿真系統”“國家科技支撐計劃——舞美設計與布景彩排關鍵技術研究與系統”“抗戰勝利70周年紀念大會觀禮人員服務管理系統研發和服務”“抗戰勝利70周年紀念大會氣球施放設計和控制仿真系統”“2019年北京世園會仿真系統”“2018年平昌冬奧會閉幕式‘北京8分鐘’文藝表演預演系統及訓練彩排與數字驗證系統”等在內的一系列重大項目和任務。
數字表演與仿真技術實驗室以科技創新服務國家盛典的抱負，與北理工始終瞄準國際科技前沿、服務國家重大戰略需求和國家安全重大需求的追求和使命可謂一脈相承。未來，北理工人將繼續前行，以期用科技為2022年北京冬奧會作出更大貢獻。■