科技日?qǐng)?bào)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(diǎn)。于9月23日舉行的杭州第19屆亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)（以下簡稱杭州亞運(yùn)會(huì)）開幕式改“實(shí)物煙花”為“數(shù)字煙花”，以此傳遞綠色環(huán)保理念。當(dāng)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?qǐng)?bào)記者就此采訪了相關(guān)專家。
數(shù)字技術(shù)“點(diǎn)燃”煙花
相比傳統(tǒng)實(shí)體煙花，數(shù)字煙花具有不會(huì)對(duì)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(diǎn)。此次在杭州亞運(yùn)會(huì)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(jì)算機(jī)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(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗研究所所長閆懷志在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹，具體來說，技術(shù)人員會(huì)用到數(shù)學(xué)模型、模擬算法、圖形渲染、粒子系統(tǒng)、隨機(jī)性生成、物理模擬和交互控制等諸多計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)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(yùn)動(dòng)、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(shí)時(shí)渲染技術(shù)，將3D模型和物理模擬結(jié)果以圖像的形式實(shí)時(shí)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(shí)呈現(xiàn)圖像的渲染效果，并可以滿足復(fù)雜的物理模擬需求。
最后，為了實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(jìn)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(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、物理模擬和實(shí)時(shí)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(shí)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(diǎn)燃”數(shù)字煙花只是強(qiáng)大的數(shù)字技術(shù)的牛刀小試。在生活中，以虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)（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(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在被用于手術(shù)模擬和培訓(xùn)以及患者康復(fù)治療。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，醫(yī)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)模擬和訓(xùn)練，提高其手術(shù)技能。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以被用于智能化的康復(fù)訓(xùn)練，提高患者康復(fù)的效率。
在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在被用來創(chuàng)造更具吸引力和沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)?！氨热?，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，或利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬元素融入現(xiàn)實(shí)場景，幫助學(xué)生更好地理解和記憶知識(shí)點(diǎn)?！遍Z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(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于原型制作和設(shè)計(jì)，以及在工業(yè)環(huán)境中對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)。例如，設(shè)計(jì)師可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來創(chuàng)建和測試產(chǎn)品原型，以及進(jìn)行產(chǎn)品的模擬生產(chǎn)。同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為工人提供實(shí)時(shí)的工作指導(dǎo)和說明，幫助其更好地完成工作任務(wù)。
虛擬現(xiàn)實(shí)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(fēng)、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(jìn)行城市規(guī)劃和管理?！遍Z懷志認(rèn)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(kuò)展和深化。
