科技日报记者 陈曦
璀璨的烟花往往是重大体育赛事开闭幕式的一大看点。于9月23日举行的杭州第19届亚洲运动会（以下简称杭州亚运会）开幕式改“实物烟花”为“数字烟花”，以此传递绿色环保理念。当数字烟花在被称为“大莲花”的杭州奥体中心体育场上空惊艳绽放，二者交相辉映，为观众呈现了一场精彩的视觉盛宴。
那么，什么是数字烟花？它是如何被造出来的？科技日报记者就此采访了相关专家。
数字技术“点燃”烟花
相比传统实体烟花，数字烟花具有不会对环境造成破坏，而且还具有成本低、灵活多样、安全等优点。此次在杭州亚运会开幕式上，数字烟花被广泛应用于烟花表演中。而造出数字烟花的，是多种计算机数字技术（以下简称数字技术）。
“通俗来说，数字烟花就是利用数字技术‘燃放’的电子烟花。”工业和信息化部信息通信科技委委员、北京理工大学计算机网络对抗研究所所长闫怀志在接受科技日报记者采访时介绍，具体来说，技术人员会用到数学模型、模拟算法、图形渲染、粒子系统、随机性生成、物理模拟和交互控制等诸多计算机数字技术。
闫怀志解释，在数字烟花的制作过程中，首先需要使用计算机图形学技术来创建烟花的3D模型。这些模型不仅包括烟花的形状，还包括它的颜色、纹理和爆炸效果等；此后通过物理模拟技术，模拟烟花的爆炸过程，包括烟花粒子的运动、碰撞和能量消散等。
为了使数字烟花在视觉上更加逼真，在制作过程中，工作人员还需要使用实时渲染技术，将3D模型和物理模拟结果以图像的形式实时呈现出来。这种渲染技术需要使用高效的渲染引擎，如Unity或Unreal Engine等。这些渲染引擎能够实时呈现图像的渲染效果，并可以满足复杂的物理模拟需求。
最后，为了实现数字烟花与现场视频图像的合成，还需要使用增强现实（AR）技术。通过增强现实技术，工作人员将数字烟花的图像与现场的视频图像进行合成，使数字烟花看起来更加逼真。
“总之，数字烟花技术是一种综合运用计算机图形学、物理模拟和实时渲染等多种数字技术制作出来的。”闫怀志总结道，这些技术不仅可以模拟出烟花的爆炸效果，而且可以随时调整烟花的形状、颜色、爆炸高度等参数，使烟花更加灵活、多样。
为生活生产带来便利
“点燃”数字烟花只是强大的数字技术的牛刀小试。在生活中，以虚拟现实（VR）、增强现实和混合现实（MR）为典型代表的数字技术已经被广泛应用于很多场景，为人们的日常生活带来了诸多便利。
在卫生领域，虚拟现实和增强现实技术正在被用于手术模拟和培训以及患者康复治疗。通过虚拟现实技术，医生可以在虚拟环境中进行手术模拟和训练，提高其手术技能。增强现实技术则可以被用于智能化的康复训练，提高患者康复的效率。
在教育领域，虚拟现实和增强现实技术正在被用来创造更具吸引力和沉浸式的学习体验。“比如，可以利用虚拟现实技术来模拟复杂的科学实验，或利用增强现实技术将虚拟元素融入现实场景，帮助学生更好地理解和记忆知识点。”闫怀志说。
不仅是在生活中，这些数字技术在生产中也大有用武之地。在工业领域，虚拟现实和增强现实技术已经被广泛应用于原型制作和设计，以及在工业环境中对员工进行培训。例如，设计师可以通过虚拟现实技术来创建和测试产品原型，以及进行产品的模拟生产。同时，增强现实技术可以为工人提供实时的工作指导和说明，帮助其更好地完成工作任务。
虚拟现实技术可以直观地表现虚拟的城市环境，模拟各种天气情况下的城市，以及模拟飓风、火灾、水灾、地震等自然灾害的突发情况。
“这可以帮助政府更好地进行城市规划和管理。”闫怀志认为，在未来，随着技术的不断发展，数字技术的应用领域还将被不断扩展和深化。
