數字技術“點燃”杭州亞運會煙花

在杭州第19屆亞洲運動會開幕式上“綻放”的數字煙花。

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）開幕式現場，中央立體透視網幕和地屏上的“煙花”絢麗奪目，轟隆隆的爆炸聲混合著現場觀眾的鼓掌和吶喊聲，卻絲毫不見煙塵的蹤跡。杭州亞運會開幕式取消了真實煙花表演，取而代之的是數字煙花。雖然全程不燃放實體煙花，但是觀眾依然能夠看到絢爛的煙花。

數字煙花讓來自蒙古國的媒體記者馬帕門印象深刻。他説：“人們的很多情感是在看煙花的時候産生的。今天是我第一次看到數字煙花，煙花綻放的時候非常奪目。”

那麼，什麼是數字煙花？它是如何被造出來的？科技日報記者就此採訪了相關專家。

高科技讓數字煙花更逼真

相比傳統實體煙花，數字煙花具有環境友好、成本低、靈活多樣、安全等優點。此次在杭州亞運會開幕式上，數字煙花被廣泛應用於煙花表演中。而造出數字煙花的，是多種電腦數字技術（以下簡稱數字技術）。

“通俗來説，數字煙花就是利用數字技術‘燃放’的電子煙花。”工業和資訊化部資訊通信科技委委員、北京理工大學電腦網路對抗研究所所長閆懷志在接受科技日報記者採訪時介紹，具體來説，技術人員會用到數學模型、模擬演算法、圖形渲染、粒子系統、隨機性生成、物理模擬和交互控制等諸多數字技術。

閆懷志解釋道，在數字煙花的製作過程中，首先需要使用電腦圖形學技術來創建煙花的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；此後通過物理模擬技術，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。

為了使數字煙花在視覺上更加逼真，在製作過程中，工作人員還需要使用實時渲染技術，將3D模型和物理模擬結果以圖像的形式實時呈現出來。這種渲染技術需要使用高效的渲染引擎，如Unity或Unreal Engine等。這些渲染引擎能夠實時呈現圖像的渲染效果，並可以滿足複雜的物理模擬需求。

最後，為了實現數字煙花與現場視頻圖像的合成，還需要使用增強現實（AR）技術。

通過增強現實技術，工作人員可以將數字煙花的圖像與現場的視頻圖像進行合成，使數字煙花看起來更加逼真。

“總之，數字煙花是綜合運用電腦圖形學、物理模擬和實時渲染等多種數字技術製作出來的。”閆懷志總結道，這些技術不僅可以模擬煙花的爆炸效果，而且可以隨時調整煙花的形狀、顏色、爆炸高度等參數。

為生活生産帶來便利

“點燃”數字煙花只是強大數字技術的牛刀小試。在生活中，以虛擬現實（VR）、增強現實和混合現實（MR）為典型代表的數字技術已經被廣泛應用於很多場景，為人們的日常生活帶來了諸多便利。

在衛生領域，虛擬現實和增強現實技術正在被用於手術模擬和患者康復治療。通過虛擬現實技術，醫生可以在虛擬環境中進行手術訓練，以提高其業務技能。增強現實技術則可以被用於智慧化的康復訓練，以提高患者康復的效率。

在教育領域，虛擬現實和增強現實技術正在被用來打造沉浸式的學習體驗。

“比如，可以利用虛擬現實技術來模擬複雜的科學實驗，或利用增強現實技術將虛擬元素融入現實場景，幫助學生更好地理解和記憶知識點。”閆懷志説。

不僅是在生活中，這些數字技術在生産中也大有用武之地。

在工業領域，虛擬現實和增強現實技術已經被廣泛應用於工業産品原型設計，以及在工業環境中輔助研發和製造人員進行工作。例如，設計師可以通過虛擬現實技術創建和測試産品原型、進行産品的模擬生産。同時，增強現實技術可以為工人提供實時的工作指導和説明，幫助其更好地完成工作任務。

除此之外，虛擬現實技術還可以直觀地表現虛擬的城市環境，模擬各種天氣情況下的城市，以及颶風、火災、水災、地震等自然災害的突發情況。

“這可以幫助政府更好地進行城市規劃和管理。”閆懷志認為，未來隨著技術的不斷發展，數字技術的應用還將不斷擴展和深化。