科技日報記者 陳曦
(資料圖)
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）開幕式改“實物煙花”為“數字煙花”，以此傳遞綠色環保理念。當數字煙花在被稱為“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，為觀眾呈現了一場精彩的視覺盛宴。
那么，什么是數字煙花？它是如何被造出來的？科技日報記者就此采訪了相關專家。
數字技術“點燃”煙花
相比傳統實體煙花，數字煙花具有不會對環境造成破壞，而且還具有成本低、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于煙花表演中。而造出數字煙花的，是多種計算機數字技術（以下簡稱數字技術）。
“通俗來說，數字煙花就是利用數字技術‘燃放’的電子煙花。”工業和信息化部信息通信科技委委員、北京理工大學計算機網絡對抗研究所所長閆懷志在接受科技日報記者采訪時介紹，具體來說，技術人員會用到數學模型、模擬算法、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計算機數字技術。
閆懷志解釋，在數字煙花的制作過程中，首先需要使用計算機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；此后通過物理模擬技術，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，在制作過程中，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，并可以滿足復雜的物理模擬需求。
最后，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，數字煙花技術是一種綜合運用計算機圖形學、物理模擬和實時渲染等多種數字技術制作出來的。”閆懷志總結道，這些技術不僅可以模擬出煙花的爆炸效果，而且可以隨時調整煙花的形狀、顏色、爆炸高度等參數，使煙花更加靈活、多樣。
為生活生產帶來便利
“點燃”數字煙花只是強大的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于很多場景，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于手術模擬和培訓以及患者康復治療。通過虛擬現實技術，醫生可以在虛擬環境中進行手術模擬和訓練，提高其手術技能。增強現實技術則可以被用于智能化的康復訓練，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創造更具吸引力和沉浸式的學習體驗。“比如，可以利用虛擬現實技術來模擬復雜的科學實驗，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。”閆懷志說。
不僅是在生活中，這些數字技術在生產中也大有用武之地。在工業領域，虛擬現實和增強現實技術已經被廣泛應用于原型制作和設計，以及在工業環境中對員工進行培訓。例如，設計師可以通過虛擬現實技術來創建和測試產品原型，以及進行產品的模擬生產。同時，增強現實技術可以為工人提供實時的工作指導和說明，幫助其更好地完成工作任務。
虛擬現實技術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，以及模擬颶風、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，在未來，隨著技術的不斷發展，數字技術的應用領域還將被不斷擴展和深化。
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