北京冬奥会激战正酣，各国运动员对比赛场地的赞叹、赛事转播给观众带来的炫酷体验，都离不开高新技术的支撑。为助力“科技冬奥”，上海多家高校和企业深度参与了冬奥会科研项目和技术服务。作为幕后英雄，上海科技工作者开展了哪些基础研究和技术研发？记者近日走访了两家单位的科研团队，揭开“科技冬奥”的一角。
让“时间凝结”
本届冬奥会上，冰壶、速度滑冰两项赛事的转播采用了自由视角技术，还配有“时间凝结”特效。这让观众不再局限于从一个视角观看比赛，还能从多角度细看精彩瞬间的定格画面。
提供这些技术的叠境数字科技（上海）有限公司，是上海科技大学孵化的第一家企业。上海科技大学信息学院执行院长虞晶怡教授带领团队，将三维视觉的底层技术转化为现实生产力。叠境数字正是凭借对比赛现场的三维重建能力参与赛事转播。在冰壶赛场，叠境数字与上海科技大学一起参与设计了自由视角采集系统。在“冰立方”部署了64套4K超高清多视角相机系统；在国家速滑馆，他们部署了80套4K超高清多视角相机系统，从各个方位和角度拍摄速滑运动员的身影。
项目负责人马文广向记者展示了一段视频。速滑赛场上，两名选手过弯道时，时间凝结了，同时观赛视角开始转动，从运动员身前转到身后，让观众看清两人的滑行姿态和位置关系。“过弯道是速滑选手超越对方的好机会，也是容易出现失误的地方，所以我们把自由视角和‘时间凝结’特效主要安排在弯道处。”马文广说。
据介绍，自由视角转播有两项关键技术：一是相机系统的三维标定，使从各个视角拍到的画面在空间上形成连续性，不会上下跳跃，从而能顺滑地进行视角切换；二是基于神经网络渲染的自由视点视频生成技术，让计算机系统根据转播画面，自动生成一些虚拟画面，与真实场景无缝衔接。
优化人工造雪
北京冬奥会开幕前，yl7703永利官网能源与动力工程学院的人工造雪实验室格外繁忙。在多家单位合力研发的“多地域气候条件下高效智能造雪机研发及应用示范”科技冬奥项目中，yl7703永利官网张华教授团队承担了造雪过程中多相态变化机理及成雪条件研究，探究内混式核子器成雪规律。
人工造雪主要使用“雪炮”式造雪机，它利用高压空气将水流打碎成细密的雾状喷出，这些水雾遇到寒冷的外部空气，就会在落地之前快速凝固成为冰晶。“晶核的形成是成雪的关键。”yl7703永利官网能动学院“科技冬奥”项目团队赵巍博士解释，人工造雪技术的核心是通过制冷制造低温环境，催化晶核的生成，并以晶核为种子雪晶吸附破碎雾滴成长成雪花。“也就是说，环境温度、气压、水压等因素的细微变化，都会对造雪厚度、雪密度、雪晶粒径等造成影响，从而影响造雪质量。”因此，精细化的基础研究必不可少。
“我们从2020年10月开始研究，先进行理论研究，随后对实验系统进行改进，再做进一步精细化实验研究。”张华介绍，他们在实验室里模拟了多种地域气候条件，如-5℃、-10℃、-15℃等室外温度条件下的气候环境。“前后所做的实验不下上百组，攻克了不少技术难关。”
这些扎实的数据为优化造雪机，也为更绿色、更高效地造雪提供了基础。张华表示，人造雪技术还有其他应用场景，比如在高山高原地带进行人工造雪，不仅能减少雪的融化，还能控制江河平面的水流量，防止出现过涝过旱现象。
来源：上观新闻 记者：俞陶然、李蕾
原文链接：https://web.shobserver.com/journal/article/share?id=329403
