从“科技冬奥”到“虚拟未来”② | 虚拟仿真技术支撑下的首届“数字孪生冬奥会”

从“科技冬奥”到

“虚拟未来”系列（二）

Olympic Winter Games

虚拟仿真技术支撑下的首届“数字孪生冬奥会”

第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式，这一场完美结合了科技感和悠久文明的中国式浪漫表达，是不是震撼到了你！

开幕式“冰雪五环”破冰而出，璀璨夺目，寓意打破隔阂、互相走近、大家融为一体；主火炬以“一叶知秋”的诗意浪漫情怀点燃，小小的火苗但燃烧的是伟大的奥林匹克精神，是全人类熊熊燃烧的激情和浪漫；漫天烟花绚烂，谱写的是中国人对全世界敞开怀抱共同向未来的美好祝愿！

此时此刻的你是不是只想说：“自豪！骄傲！为北京点赞，为冬奥健儿们加油！更为盛世中国喝彩！”

北京冬奥会开幕式“冰雪五环”充满创意和科技感

北京冬奥主火炬点燃，雪花与主火炬同辉

北京冬季会开幕式焰火表演

这令中华儿女感到无比自豪的科技冰雪盛宴背后，是中国向世界展示着属于中国特有的风采，更是在科技强国背景下中国面向世界的科技自信！

这其中，就有令北影人倍感自豪的，由北京电影学院未来影像高精尖创新中心牵头研发并进行概念验证和关键技术攻克的成果——场馆仿真系统Venue Simulation System (VSS系统)。

在疫情挑战下，VSS系统有力支撑了本届冬奥会筹备规划与运行设计，使得北京2022年冬奥会成为首个基于数字孪生与场馆仿真技术进行筹备规划的奥运盛会！

北京2022年冬奥会作为一个国际的盛事，更是一个国家的大事！这是一个让世界走进中国，同时让中国走向世界的重要平台。我们非常荣幸能够直接参与到冬奥会服务中，我们确保做好这件事，以自己的力量助力冬奥，讲好中国故事，让更多的人了解中国！

——胡智锋

北京电影学院党委副书记、副校长

科技冬奥领导小组组长

2021年国家重点研发计划项目“冬奥会赛事活动规划与运行设计仿真系统研究及应用示范”项目负责人

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北影科研团队在北京冬奥组委领导的指导和委托下，历经5年的刻苦攻坚，不仅完美的对冬奥赛事引入数字孪生概念进行了验证，更先后牵头承担了2019年国家重点研发计划“现代服务业共性关键技术研发及应用示范”重点专项“影视制作虚拟预演关键技术研发与系统集成”项目及2021年国家重点研发计划项目“科技冬奥专项——冬奥会赛事活动规划与运行设计仿真系统研究及应用示范”项目，重点对虚拟仿真适用性关键技术、流程规范和数据标准进行研发，也为后续的场馆系统系统开发打下坚实基础。

冬奥场馆仿真系统的应用，代表着中国电影科技力量经过近年来的发展，正式具备了世界先进水平，也表明科技的进步将会不断对包括影视、演出、赛事运行设计等文化产业领域带来深刻而全面的影响。北京电影学院高度重视技术类学科的建设与产学研合作，希望可以将我们的研究成果不断服务于更多的文化活动运行设计仿真领域。

——俞剑红

北京电影学院副校长

科技冬奥领导小组成员

攻克下数项虚拟仿真核心技术后，项目合作企业视伴科技（北京）有限公司基于关键技术对系统进行了开发和产品化，2021年更在冬奥组委牵线下，视伴科技（北京）有限公司与奥运会顶级赞助商英特尔达成合作，对系统开发过程中服务集成、硬件算力支持与创新、端到端解决方案形成进行了有力支撑，顺利将VSS系统从科研项目转化为北京2022正式服务项目，为助力冬奥筹备运行工作贯彻“绿色办奥、共享办奥、开放办奥、廉洁办奥”的理念交上了一份令世界满意的答卷。

VSS系统工程师团队在MMC主媒体中心使用系统进行筹备支持工作

作为助力本届冬奥会筹备的研发力量之一，团队成员们都为光荣完成国家赋予的使命而倍感自豪！

从影视虚拟预演，到国庆70周年游行仿真预演、世园会开幕式仿真预演、再到北京2022年冬奥会场馆仿真，北京电影学院的科研团队用5年的时间走出了一条将影像科技与电影艺术有机融合，并服务于国际级文化活动的创新道路，未来还将不断推进相关技术成果在文化与科技融合的各个领域的应用。

——刘军

北京电影学院科研处处长

科技冬奥领导小组成员

2019年国家重点研发计划项目“影视制作虚拟预演关键技术研发与系统集成”项目负责人

2022年2月2日，CCTV5体育世界栏目对“场馆仿真服务助力北京冬奥会”进行了重点报道，报道中提到：因为疫情原因，给外籍人员入境工作造成了很大难题，但是像场馆建设规划、电视转播等工作都需要多次现场勘察才能进行，幸运的是，一套场馆仿真系统的研发和应用，就很好的解决了这些困难——

CCTV5体育世界栏目 “场馆仿真服务助力北京冬奥会”报道截图

看完报道，你是不是对报道中提到的场馆建设规划、电视转播等工作的支持技术很好奇？现在我们就给小伙伴们**揭秘系统中使用频次最高的几个技术工具——

大规模场景建模关键技术工具

针对赛事场馆模型复杂度极高难以高效建模的问题，团队攻关研究了赛事场馆的隐规则模型扫描数据自适应网格重建技术，并结合激光扫描、倾斜摄影等现有技术，从而实现了赛事场馆的高真实度、高效率模型重建技术工具。

同时，团队还研发了基于平面设计图纸的三维场馆模型智能辅助建模技术工具，实现高度规则化场馆建筑的高效语义化建模，进而为大型赛事活动规划与运行设计仿真奠定场馆三维模型数据基础。

可见，构建“数字冬奥”的核心基础都是在这些高精度的建模技术工具中啦！

VSS系统中可对冬奥各场馆实现高真实度分层仿真还原

VSS系统对室外大规模场景的高精度仿真建模

转播方案设计及预演技术工具

传统的转播方案设计工作需要导演或内容制作负责人首先在平面图纸上先行设计转播机位以及转播方案，然后再到达现场进行实地考察，还需要携带各种设备，以便将预先设计的方案在现场加以验证。这个现场考察的整体过程相当繁琐且耗费巨大人力物力，尤其涉及到户外，例如高山滑雪等场馆，到达现场考察更加困难。

通过VSS系统内的转播方案设计及预演技术工具，这些困难都迎刃而解了！VSS系统可以在三维空间搭建其完全仿真的场景外观，且在系统内可以方便的添加众多的转播机型，设计机位，并可轻松对摄像机焦距、视角进行仿真模拟及验证，最大程度的以数字化形式还原内容制作团队的工作流程。这样，原本费时费力的转播设计现场验证工作足不出户就可以完成了。

VSS系统支持转播方案设计及方案预演

形象景观设计及展示技术工具

冬奥筹备中，形象景观设计方案制定时，需要进行可行性验证，但考虑到物料、人力的成本，不可能将所有的形象景观物料布置在现场进行验证。VSS系统中的形象景观设计及展示技术工具通过形象景观部门给出的设计方案，可直接在系统内对应的位置进行形象景观摆放，并能够灵活切换多种不同方案以展现不同效果。而通过系统导出的视频，则可以更立体直观的对方案的效果进行展示，不仅大量节省了在现场摆放的人力、物力，更可以为最终决策提供参考，辅助领导快速做出决策。

VSS系统支持形象景观设计及展示方案预演

场馆管理运行设计技术工具

VSS系统中的场馆管理运行设计技术工具可以对场馆直观展示的同时，通过使用分区、流线功能进行运行设计，实现功能分区的显隐，系统内流线功能的随时添加修改，临建设备的摆放模拟，在场馆运行设计中可以有力辅助场馆团队决策，设计预演，方案汇报等工作做。在冬奥筹备期间，尤其在防疫安保方面，系统为场馆团队在多个场合以及多次会议中发挥了独特的作用，其中更在各场馆内部讨论会、IOC团队的VDOR会议中以系统演示、视频介绍等多种方式参与方案讨论。

VSS系统支持分区、流线功能进行运行设计

回首冬奥筹备之路，时光记录了团队自2017年来攻关研发的点点滴滴。五年来团队坚持不懈，逐一攻克技术难题，以冬奥的舞台释放科技的魅力，更展现了北影人回馈祖国的坚定和热情。

下面让研发团队的成员们

带领大家来回顾场馆仿真系统

助力“双奥之城”北京筹备这场盛事

五年来值得纪念的时刻吧！

·2018年11月，国际奥委会、OBS（奥林匹克广播服务公司）公司和北京冬奥组委领导赴北京电影学院进行考察交流。

团队向北京冬奥组委、国际奥委会、OBS公司介绍实验室

· 2019年2月，北京世界转播商简报会议WBB在北京召开，OBS（奥林匹克广播服务公司） CEO Yiannis先生在会议中提出虚拟转播服务系统将作为北京2022冬奥的重要创新方向之一，OBS将给予大力支持。

OBS在WBB上推介系统

场馆仿真系统及服务，是人类奥运史上的第一次创新应用。项目从立项、研发到实施过程中一半以上的环节都是完全创新的，作为这个项目的一线协调者，我要特别感谢团队每一位成员的贡献，感谢各参与方领导的支持，也为能圆满完成任务而自豪。

——宋昊明

场馆仿真系统项目总监

· 2019年3月-8月,项目团队在北京电影学院和北京冬奥组委及OBS公司领导多次进行系统功能交流讨论。

团队与北京冬奥组委及OBS公司领导多次交流讨论

· 2019年6月，VSS系统在北京市人民政府于东京主办的“北京周”系列活动中首次亮相，北京2022冬奥组委开闭幕式常务副部长兼新闻宣传部部长常宇首次就场馆仿真系统向中央政治局委员、北京市委书记、北京2022冬奥会冬奥会冬残奥会主席蔡奇同志进行了汇报。

蔡奇书记在日本东京 “北京周”活动上考察场馆仿真系统

作为“场馆仿真系统”研发团队的一员，能够为北京2022年冬奥会贡献自己的一份力量，感到十分荣幸与自豪。这种无尚的荣誉感与使命感，在过去的每一刻，在今后的每一天，都会激励着团队的每一位成员。加油，2022北京冬奥会！加油，北影高精尖中心。

——柳学成

场馆仿真系统开发总监

· 2019年9月，系统技术团队赴西班牙马德里OBS总部，进行系统搭设、测试、演示和讨论。

研发团队向OBS领导介绍系统

· 2019年9月，OBS与北京冬奥组委密切沟通VSS在北京冬奥及后续奥运赛事中的应用与推广。OBS CEO Yiannis并与北京冬奥组委副主席、北京市副市长张建东同志通信，对系统进行了高度评价。张建东同志在回信中表示将组建专门的工作组统筹系统研发工作。

OBS首席执行官亚尼斯致信北京冬奥组委执行副主席张建东信函英文原稿

VSS演化于影视虚拟预演仿真系统，结合场馆三维化仿真与虚拟摄影仿真技术，用户透过专用仿真硬件作为用户界面，把不确定的方案通过软件进行仿真实验，借助计算机对三维化问题进行仿真求解，并呈现出最佳结果。为绿色低碳高效冬奥提供软实力。

——战鹏

场馆仿真系统架构师

· 2019年10月，冬博会在京召开，作为科技冬奥的重要发展方向，北京2022冬奥组委开闭幕式常务副部长兼新闻宣传部部长常宇向中央政治局委员、北京市委书记、北京2022冬奥会冬奥会冬残奥会主席蔡奇汇报了场馆仿真服务系统在北京冬奥筹备工作中的应用状况与前景。

· 2020年2月，在北京冬奥会和冬残奥会2020年世界转播商大会上对系统进行了单独环节推介并搭建了面向各国转播商的体验中心。

WBM2020会议期间OBS CEO Yiannis专门对VSS系统进行了介绍

有机会成为支持科研人员们攻关研发的辅助力量，成为服务冬奥团队的一份子，这份荣耀和使命令我骄傲万分。我愿以更大的热情和努力为属于中国的文化自信添砖加瓦，为祖国向世界展现中国科技实力、迎接更美好的未来贡献力量。

——成明

科技冬奥重点专项项目管理办公室主任

· 2020年9月，VSS仿真系统在2020年中国国际服务贸易交易会上作为冬奥会最大的亮点展示。

VSS系统在2020年服贸会上作展示

· 2020年10月，WPM大会（世界媒体大会）通过VSS系统制作的演示视频，向参会代表介绍了媒体流线、功能区域等业务流程和工作区域。

WPM大会期间，央视和北京冬奥组委对场馆仿真系统高度重视，对场馆仿真系统进行了专题报道

VSS系统将现实装进了三维空间，实现了现实与虚拟的联动，很幸运的在冬奥会上用到了这项技术。希望能为数字化冬奥，绿色冬奥添一份助力。

——郭凤威

场馆仿真系统开发工程师

· 2021年2月，WBM（世界转播商大会）上，配合媒体运行部，为各国媒体转播商提供线上场馆考察服务，以VSS系统为基础，以各场馆转播商主要工作流线及工作区域为内容，通过VSS系统制作了12个竞赛场馆的演示视频。会上，VSS系统为载体通过对竞赛场馆及周边区域的真实还原，帮助OBS在各国转播商无法亲临现场的情况下，更为真实高效的为世界各国转播商以视频的形式展示转播相关区域的位置和相关信息。通过视频的展示，世界各个转播商对北京2022冬奥会的场馆以及各自的工作区域有了更进一步的了解。

VSS系统支持WBM2021

基于数字孪生的VSS系统为场馆服务数字化提升到了一个全新高度，希望可以给冬奥各场馆带来更便捷的服务，为冬奥添砖添瓦。

——赵晟轩

场馆仿真系统开发工程师

· 2021年2月-3月期间，NOC（国家代表团大会）代表团大会受疫情影响，代表团无法按照惯例到达场馆现场进行实地踏勘。因此会议采用线上视频会议的方式进行。各个国家代表团通过VSS系统开展线上考察，系统的应用帮助代表团更直观的了解场馆基本情况，运动员主要流线，相关热身区域、备赛区域等等。会议期间，在NOC和NPC代表团一对一线上会议中，VSS系统作为会议单独的展示环节，为各代表团进行了线上展示，为更好的服务NOC一对一大会，团队在此之前专门针对代表团客户群体特点，针对每个场馆添加了导览功能，方便代表团浏览场馆全貌。整个会议期间，VSS系统共计服务67个国家（地区）NOC代表团，17个NPC代表团，外方参与人员超过200人。外方代表对于VSS系统给予了高度评价，不少国家看到场馆仿真系统后，纷纷表示希望今后能够亲自使用该系统，认为VSS系统“非常酷”，“对于运动员及教练会有很大帮助”。

VSS系统支持NOC

场馆仿真系统脱胎于影视行业最先进的虚拟预演技术，非常幸运能在团队中贡献一份力量，希望这些技术可以在冬奥会中大放异彩，更好的支撑冬奥，支持未来大型赛事规划。

——王蒙

场馆仿真系统技术支持工程师

· 2021年7月，场馆运行团队入驻冬奥村、冬残奥村集中办公，实现场馆化运行。工作中，场馆运行团队借助VSS系统对奥运赛事中可能出现的情况进行多维度推演，如“进驻冬奥村后住房模拟分配工作”等。

CCTV13频道对VSS系统支持场馆运行团队工作进行报道

· 2021年8月，协助各个场馆团队进行防疫分区规划设计，协助场馆团队进行防疫分区规划汇报。根据安保部门要求，添加安保领域相关道具，便于安保部门进行专业设计。

国家游泳中心等场馆团队防疫座席专题会汇报

北京市委领导调研五棵松场馆防疫情况汇报专题会

作为场馆仿真系统研发团队一员，亲自爬过延庆高滑的赛道后，才体会到电视上看到的简单画面背后，都有着许许多多技术人员的默默奉献。希望VSS这个新技术的出现让整个现场工作变得更加简单轻松，通过最新的虚拟技术，让创作人员可以使用云协作的方式远程设计，帮助疫情防护。

——杨斐然

场馆仿真系统技术支持工程师

· 2021年10月-12月，协助外联部奥运大家庭志愿者接待部门到人民大学、清华大学，辅助相关团队进行场馆虚拟踏勘培训。

协助志愿者部到大学校园进行场馆虚拟踏勘培训

协助外联部到清华大学进行志愿者培训服务

· 2021年12月，VSS系统正式进驻2022年北京冬奥会和冬残奥会主媒体中心（MMC），将更好的在赛时为媒体运行部以及OBS（奥林匹克广播服务公司）服务，使系统能够在赛时更有效、更及时的发挥运行规划、转播方案设计、调整等作用。

VSS系统设备调试完毕，正式移入主媒体中心场馆

随着每次对系统的部署和讲解，都能切身的感受到VSS系统的成长；非常幸运可以亲自见证这套系统服务于北京这座千年古城，一起为冬奥书写新的历史；2022，我们将与北京一起奔向属于科技的未来！

——费泽轩

场馆仿真系统技术支持工程师

· 2022年1月，VSS系统团队辅助张家口古杨树场馆群安保业务领域，通过VSS系统进行安保人员培训。

配合形象景观设计团队，通过视频、截图、系统实时摆放等多种方式，辅助设计团队确定最终形象景观展示效果，汇报展示方案。

服务OBS（奥利匹克转播公司）转播团队，确定转播方案。辅助OBS制作团队设计摄像转播方案，确定风景摄像机位置等。

配合文化活动部颁奖处，对冬奥赛事期间重要颁奖典礼仪式过程所需各类道具模型进行资产建模并进行设计方案效果模拟及全过程动画预演。相较于以往传统的颁奖仪式流程培训讲解，通过VSS系统产出的流程画面更直观准确，预演动画作为培训内容展示工具保证了相关工作人员的培训效果，为参与颁奖仪式的运动员及颁奖嘉宾提供了更直观的交流平台。

团队通过系统为仪式流程、形象景观设计等工作提供支持

· 2022年1月， VSS系统团队同北京冬奥组委、OBS（奥林匹克广播服务公司）、Discovery频道相关负责人召开线上会议，讨论关于Discovery频道在冬奥转播中利用赛场三维模型进行转播内容创新的议题。届时VSS系统将会协助Discovery频道搭建FOP竞赛区三维环境并提供效果展现等技术支持，有效提高Discovery频道转播质量及转播效果，为疫情期间转播商进行转播设计提供了高效的解决方案。

能够参与冬奥会的筹备工作感到无比荣幸，希望未来通过对数字孪生技术的不断探索，打开一扇通往“元宇宙”的大门。

——周祚

场馆仿真系统技术调研顾问

· 2022年1月21日， VSS系统团队中7名工程师全部进驻MMC完毕，届时场馆仿真系统团队将在奥运赛时积极协助媒体运行部以及OBS（奥利匹克转播公司）、各国媒体随时了解各场馆外观内部构造情况、辅助进行转播设计及场馆运行设计。充分发挥出VSS系统能够在赛时更有效、更及时的发挥运行变更事项规划、转播方案变更设计等作用，对赛时临时调整的转播设计方案提供快捷解决的途径，有效助力赛时的转播方案高质量实施。

项目团队7名工程师进驻MMC，开始闭环支持工作

截至目前，VSS系统已应用涵盖北京2022年冬奥会12个竞赛场馆，以及4个非竞赛场馆（主媒体中心，北京冬奥村，延庆冬奥村，张家口冬奥村）。系统从应用至今，共参与各业务领域各型会议100余次，制作转播规划方案30余个，形象景观设计方案12个，服务了67个国家（地区）NOC代表团，17个NPC代表团，外方参与人员超过200人……通过视频展示、系统线上虚拟踏勘等方式为冬奥及冬残奥会的筹备提供了重要技术及设计验证支持, 对筹备期间重要国际会议的成功召开起到重要支撑作用,得到了国际奥委会和北京冬奥组委的高度评价。

点滴瞬间都是VSS团队对支持一个未来感十足的冬奥盛典的信心和决心，科技赋能冬奥，团队愿以饱满的科研热情，助力冬奥赛事顺利举行，为中国的奥运健儿们加油！

预言未来的最好方式就是去创造它！五年前，我们有一个梦想，看到了一个未来；五年来，我们通过自己的努力，一步一步实现了它，这个过程虽然艰辛但是乐趣无穷！现在，我们看到了更加长远的未来，也将以最大的热情去继续实现梦想，创造未来！

——王春水

北京电影学院未来影像高精尖创新中心虚拟制作实验室主任

场馆仿真系统总负责人