科技日報記者 陳曦
璀璨的煙花往往是重大體育賽事開閉幕式的一大看點。于9月23日舉行的杭州第19屆亞洲運動會(以下簡稱杭州亞運會)開幕式改“實物煙花”為“數(shù)字煙花”,以此傳遞綠色環(huán)保理念。當數(shù)字煙花在被稱為“大蓮花”的杭州奧體中心體育場上空驚艷綻放,二者交相輝映,為觀眾呈現(xiàn)了一場精彩的視覺盛宴。
那么,什么是數(shù)字煙花?它是如何被造出來的?科技日報記者就此采訪了相關(guān)專家。
數(shù)字技術(shù)“點燃”煙花
相比傳統(tǒng)實體煙花,數(shù)字煙花具有不會對環(huán)境造成破壞,而且還具有成本低、靈活多樣、安全等優(yōu)點。此次在杭州亞運會開幕式上,數(shù)字煙花被廣泛應(yīng)用于煙花表演中。而造出數(shù)字煙花的,是多種計算機數(shù)字技術(shù)(以下簡稱數(shù)字技術(shù))。
“通俗來說,數(shù)字煙花就是利用數(shù)字技術(shù)‘燃放’的電子煙花?!惫I(yè)和信息化部信息通信科技委委員、北京理工大學計算機網(wǎng)絡(luò)對抗研究所所長閆懷志在接受科技日報記者采訪時介紹,具體來說,技術(shù)人員會用到數(shù)學模型、模擬算法、圖形渲染、粒子系統(tǒng)、隨機性生成、物理模擬和交互控制等諸多計算機數(shù)字技術(shù)。
閆懷志解釋,在數(shù)字煙花的制作過程中,首先需要使用計算機圖形學技術(shù)來創(chuàng)建煙花的3D模型。這些模型不僅包括煙花的形狀,還包括它的顏色、紋理和爆炸效果等;此后通過物理模擬技術(shù),模擬煙花的爆炸過程,包括煙花粒子的運動、碰撞和能量消散等。
為了使數(shù)字煙花在視覺上更加逼真,在制作過程中,工作人員還需要使用實時渲染技術(shù),將3D模型和物理模擬結(jié)果以圖像的形式實時呈現(xiàn)出來。這種渲染技術(shù)需要使用高效的渲染引擎,如Unity或Unreal Engine等。這些渲染引擎能夠?qū)崟r呈現(xiàn)圖像的渲染效果,并可以滿足復雜的物理模擬需求。
最后,為了實現(xiàn)數(shù)字煙花與現(xiàn)場視頻圖像的合成,還需要使用增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)。通過增強現(xiàn)實技術(shù),工作人員將數(shù)字煙花的圖像與現(xiàn)場的視頻圖像進行合成,使數(shù)字煙花看起來更加逼真。
“總之,數(shù)字煙花技術(shù)是一種綜合運用計算機圖形學、物理模擬和實時渲染等多種數(shù)字技術(shù)制作出來的?!遍Z懷志總結(jié)道,這些技術(shù)不僅可以模擬出煙花的爆炸效果,而且可以隨時調(diào)整煙花的形狀、顏色、爆炸高度等參數(shù),使煙花更加靈活、多樣。
為生活生產(chǎn)帶來便利
“點燃”數(shù)字煙花只是強大的數(shù)字技術(shù)的牛刀小試。在生活中,以虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實(MR)為典型代表的數(shù)字技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于很多場景,為人們的日常生活帶來了諸多便利。
在衛(wèi)生領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)正在被用于手術(shù)模擬和培訓以及患者康復治療。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù),醫(yī)生可以在虛擬環(huán)境中進行手術(shù)模擬和訓練,提高其手術(shù)技能。增強現(xiàn)實技術(shù)則可以被用于智能化的康復訓練,提高患者康復的效率。
在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)正在被用來創(chuàng)造更具吸引力和沉浸式的學習體驗?!氨热纾梢岳锰摂M現(xiàn)實技術(shù)來模擬復雜的科學實驗,或利用增強現(xiàn)實技術(shù)將虛擬元素融入現(xiàn)實場景,幫助學生更好地理解和記憶知識點。”閆懷志說。
不僅是在生活中,這些數(shù)字技術(shù)在生產(chǎn)中也大有用武之地。在工業(yè)領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于原型制作和設(shè)計,以及在工業(yè)環(huán)境中對員工進行培訓。例如,設(shè)計師可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來創(chuàng)建和測試產(chǎn)品原型,以及進行產(chǎn)品的模擬生產(chǎn)。同時,增強現(xiàn)實技術(shù)可以為工人提供實時的工作指導和說明,幫助其更好地完成工作任務(wù)。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以直觀地表現(xiàn)虛擬的城市環(huán)境,模擬各種天氣情況下的城市,以及模擬颶風、火災(zāi)、水災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的突發(fā)情況。
“這可以幫助政府更好地進行城市規(guī)劃和管理?!遍Z懷志認為,在未來,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還將被不斷擴展和深化。