三维仿真攻坚战

张茜

2020年底，北京理工大学数字与仿真技术实验室承担了天安门广场庆祝中国共产党成立100周年大会(以下简称“庆祝大会”)和国家体育场鸟巢举办的《伟大征程》演出两大任务，并制作了三维仿真系统。

所谓“三维仿真”，就是通过仿真技术对与项目相关的建筑物和过程进行模拟和建模。庆功会三维模拟是对会议的会场和流程进行模拟实验，具体包括:庆功会全方位、全流程模拟和10万人的人群疏散模拟。三维演出模拟是在模拟系统中模拟晚会的演出场所和预备演出内容。通过三维仿真系统，可以将导演的创意可视化，对导演的创意进行评估，对整体的演出进行调度。

完成这两大任务只需要半年时间。汗水倾泻出建模数据

庆典整个活动的三维建模，不仅要求空的精准，还要求时间的精细。10万人以上的仿真建模，在所有大型活动中是很少见的，也是很有挑战性的。

起初，实验室没有得到关于庆典大会区域建模的具体数据，只能对收集到的数据进行分析和讨论。最初的三维建模是经过计算后手工将近似数据输入系统，步骤繁琐，数据不准确。当人群疏散模拟系统首次运行时，人群运动不符合预期，因此必须重建三维模拟。由于人群疏散方案的复杂性和多变性，仿真模型在接下来的时间里一次次推倒重建，总是不尽如人意。在实验室里，同学们绷紧了弦，偶尔会有零星的感叹:“这个不行，那个也不行；但是，什么时候会过去呢？"

数据的不准确极大地影响了工作的进度，所以我们决定实地调查。

一天凌晨4点，我们起了床，去了大会现场。北京的清晨，空有着夏日难得的清新，天空空灰蒙蒙的，没有了往日的朝阳。在测绘中，由于操作不熟练，很多数据需要我们多次测绘才能最终确定。已经是中午了，太阳没有像往常一样上班，发布会现场依旧阴沉沉的，气温还在继续上升。测绘一直忙到下午，大家的衣服都已经湿透了。

最终，我们带着测绘的准确数据回到了实验室，仿真建模又开始了。

在人群疏散仿真中，基本的场地模型数据非常重要，但人群路径规划和参数设置也不容忽视。成功构建站点模型后，我们发现运行人群时人群分流不合理。在反复的尝试中，我们无法让人们根据道路的宽度合理分组。进展再次停滞。讨论中，一位同学沮丧地说:“要不要在路口设置单独的分流？”思路突然开阔了。在路上可以设置各种工具辅助人群分诊判断。问题解决了。

在随后的几轮迭代推进中，终于完成了庆功会的建模与仿真，并向项目组展示了一套完善的人群疏散仿真方案。午夜12点创意编曲

《伟大征程》的演出讲述了中国共产党的百年奋斗史。整场演出按照历史时间线串联，每一章都有独特的创作要求。比如第一章《浴火》，想艺术地再现中国共产党团结带领中国人民，经过28年的浴血奋战，淬炼成钢。

然而，《伟大的旅程》的排练遇到了“拦路虎”——练习场地和正式演出场地存在差异，演出场地后半段的台阶位置不一样，对最终的排练、节目数量和演出产生了重大影响。主表演区大小的变化会影响到参与人数较多的节目的正常排练。

2021年4月的一天，一位编导来到实验室，向我们描述了节目想要表现的内容和表演的形式:在整个表演过程中，演员们要挥舞一面4米长的旗帜，在演员的流动中展示自己的活力。为了实现这种形式，导演让我们实验室推出节目表演的表演者安排计划，计算完成表演需要的人数。导演说:“不解决这个问题，我们就很难完成节目的排练！”

把实验室的重担放在我肩上。第一次接触演出编曲活动，而且是创意编曲，真的有点不知所措。最难的是模拟表演队形的变换，有两个要求:一是前后不同的队形变换要保持总人数不变，编导需要我们把表演场地需要的人全部推过来；第二，人员要对称排列，还要美观。场馆内的表演要左右对称，不对称很容易被观众发现。我心想，这怎么实现呢？

忙碌了两天后，我向实验室的其他人展示了我的计划。老师们看完之后评论道:“不能这样安排。在编队变化中，人员是流动的，而不是固定的。”一个表演区的人可以来自其他区，甚至是准备区，换的时候可以搬到其他区。不要拘泥于静态表现，是动态的。"

在老师和学长的指导下，我明白了当时编导说的话，流动是表演的重点。我决定彻底修改计划。

提交方案只剩一天了，很急。在接下来的几个小时里，我对布局方案进行了一次大的修改:首先，我大胆地用人物覆盖了整个站点，以生成最终的人物布局；之后根据编导要求的队形变换顺序，依次变换场次人员，生成从进场到填场再变换队形的人员安排。

晚上9点，为了检验完成的方案，大四学生薛彤和编导进行了一次电话交谈。晚上我们对完成的方案做了更细致的修改，包括每个表演区的具体人数，不同的队形，不同区域的人间距，不同表演区之间的人流量，人的具体位置。计划完成后，大家都松了一口气。看看时间:半夜12点。一道闪光过后，五彩缤纷的鸽子

2021年3月，我们接手了一场文艺演出中舞蹈表演的模拟编排任务:演出结束时，形成了一个几百人组成的鸽子图案。我们以为这是个简单的任务，没想到是块难啃的骨头，直到6月份才完成。

鸽子造型的排列方案已经在实验室存档很久了。按照往年的惯例，我们很快给出了这场演出的准确编排方案和排练手册。我以为任务已经完成了，但它才刚刚开始。

制定初版方案后，在一次排演中，审验人员对节目提出了更多的要求，使整个节目的人数和舞蹈的变换，产生了巨大的更改：人数扩大了三分之一，由450人增加为600人，中间的变换要更加具有艺术感，鸽子的形象要更加突出。同时，负责排演的编导也对我们提出新要求：以前排练人员的布局尽量不变动，前后队形变换中的移动要尽可能小。

1.疏散仿真项目图2.各路口疏散仿真3.人群态势分析系统4.东长安街疏散情况第一版节目做出来后，在一次彩排中，考官们对节目提出了更多的要求，导致整个节目的人数和舞蹈都发生了巨大的变化:人数增加了三分之一，从450人增加到600人，中间的变化要更加艺术化，鸽子的形象要更加突出。同时，负责排练的编导也对我们提出了新的要求:前排练人员的布局尽量不要改变，前后队形变化的动作尽量小。1.疏散模拟项目图2。每个路口的疏散模拟。人群情况分析系统4。东长安街疏散。

我急了:“再加人，还保持以前的布局，很难解决！”我担心得忍不住打退堂鼓。这时，经验丰富的学长李一浩想了想，说道:“在不改变之前安排的情况下，我们可以在之前人员的外围增加一个人，或者在距离比较大的人之间插入一个人，增加密度。这解决不了问题。”经过与李一浩学长的慎重讨论和多次尝试，我们实现了改变人数，尽可能保持人员安排不变的方案，但在最终的鸽子格局中我们遇到了一个难点:如何才能一致地实现阵型向鸽子格局的转换？

我们苦思良久，不断翻看着之前的方案，突然灵光一闪。为什么需要一步成型鸽子？你可以先把广场上的演员聚集成一个圈，然后分散成一只鸽子。

晚会正式开始前，我们去彩排场地看了一场彩排。五颜六色的线条组成一个彩色的圆圈，然后蔓延成五色方阵，最后变形为一只展翅的鸽子；演员们穿着飘逸的裙子，随着优美的音乐起舞。当我看到自己参与的项目变成了一场表演时，我无法告诉你我的感受。

当夜幕渐渐褪去，窗边的树木远去，我们来到了7月1日凌晨的长安街。这是半年来实验室工作的最终验收。汽车停下来后，我们穿过长长的长安街，来到了位于中间的天安门门。被雨水浸泡过的红地毯是湿的，踩上去会有水花飞溅。但是走在上面，心里有一种说不出的满足感。

坐在座位上后，我等了很久，庆祝大会正式开始。整齐的脚步声由远及近，再由远及远，礼炮声震耳欲聋，合唱队的歌声嘹亮动人；会议按照既定的规则圆满结束。

到目前为止，三维模拟战斗已经真正通过了半年的验收。这次难忘的经历终于画上了圆满的句号。

编辑:王新伟