北京冬奧會激戰正酣，各國運動員對比賽場地的讚歎、賽事轉播給觀眾帶來的炫酷體驗，都離不開高新技術的支撐。為助力“科技冬奧”，上海多家高校和企業深度參與了冬奧會科研專案和技術服務。作為幕後英雄，上海科技工作者開展了哪些基礎研究和技術研發？記者近日走訪了兩家組織的科研團隊，揭開“科技冬奧”的一角。

  讓“時間凝結”

  本届冬奧會上，冰壺、速度滑冰兩項賽事的轉播採用了自由視角科技，還配有“時間凝結”特效。這讓觀眾不再局限於從一個視角觀看比賽，還能從多角度細看精彩瞬間的定格畫面。

  提供這些科技的疊境數位科技（上海）有限公司，是上海科技大學孵化的第一家企業。上海科技大學信息學院執行院長虞晶怡教授帶領團隊，將三維視覺的底層科技轉化為現實生產力。疊境數位正是憑藉對比賽現場的三維重建能力參與賽事轉播。在冰壺賽場，疊境數位與上海科技大學一起參與設計了自由視角採集系統。在“冰立方”部署了64套4K超高清多視角相機系統；在國家速滑館，他們部署了80套4K超高清多視角相機系統，從各個方位和角度拍攝速滑運動員的身影。

  專案負責人馬文廣向記者展示了一段視頻。速滑賽場上，兩名選手過彎道時，時間凝結了，同時觀賽視角開始轉動，從運動員身前轉到身後，讓觀眾看清兩人的滑行姿態和位置關係。“過彎道是速滑選手超越對方的好機會，也是容易出現失誤的地方，所以我們把自由視角和‘時間凝結’特效主要安排在彎道處。”馬文廣說。

  據介紹，自由視角轉播有兩項關鍵技術：一是相機系統的三維標定，使從各個視角拍到的畫面在空間上形成連續性，不會上下跳躍，從而能順滑地進行視角切換；二是基於神經網路渲染的自由視點視頻生成科技，讓電腦系統根據轉播畫面，自動生成一些虛擬畫面，與真實場景無縫銜接。

  優化人工造雪

  北京冬奧會開幕前，上海理工大學能源與動力工程學院的人工造雪實驗室格外繁忙。在多家組織合力研發的“多地域氣候條件下高效智慧造雪機研發及應用示範”科技冬奧項目中，上海理工大學張華教授團隊承擔了造雪過程中多相態變化機理及成雪條件研究，探究內混式核子器成雪規律。

  人工造雪主要使用“雪炮”式造雪機，它利用高壓空氣將水流打碎成細密的霧狀噴出，這些水霧遇到寒冷的外部空氣，就會在落地之前快速凝固成為冰晶。“晶核的形成是成雪的關鍵。”上海理工大學能動學院“科技冬奧”項目團隊趙巍博士解釋，人工造雪科技的覈心是通過製冷製造低溫環境，催化晶核的生成，並以晶核為種子雪晶吸附破碎霧滴成長成雪花。“也就是說，環境溫度、氣壓、水壓等因素的細微變化，都會對造雪厚度、雪密度、雪晶粒徑等造成影響，從而影響造雪質量。”囙此，精細化的基礎研究必不可少。

  “我們從2020年10月開始研究，先進行理論研究，隨後對實驗系統進行改進，再做進一步精細化實驗研究。”張華介紹，他們在實驗室裏類比了多種地域氣候條件，如-5℃、-10℃、-15℃等室外溫度條件下的氣候環境。“前後所做的實驗不下上百組，攻克了不少科技難關。”

  這些扎實的數據為優化造雪機，也為更綠色、更高效地造雪提供了基礎。張華表示，人造雪科技還有其他應用場景，比如在高山高原地帶進行人工造雪，不僅能减少雪的融化，還能控制江河平面的水流量，防止出現過澇過旱現象。