由于缺少GPS定位，室內無人機的操作往往難于室外，編隊飛行的難度，更甚于單機。當“空中機器人(20.830, -0.09, -0.43%)”化身為“舞者”，如何在春晚這樣的復雜室內環境下，呈現出穩定精準而又富有表現力的“舞蹈”？《經濟日報》記者走近零度智控智能科技有限公司，為您一探舞臺背后的秘密。
舞 者
擔當此次編隊飛行表演的無人機，是零度智控于2016年5月發布的口袋無人機DOBBY。這也是零度智控創立9年來，推出的首款消費級無人機產品。
在《哈利·波特》系列小說中，DOBBY是一個善良、體貼、隨叫隨到的家養小精靈。DOBBY無人機也如小精靈一般，由于創新運用了高通驍龍芯片，這款無人機的體積極小，重量只有199克，約等于一個iPhone6 Plus，具有人臉識別、自動追蹤、流光拾影等功能，可以隨時隨地、更智能化地滿足消費者的自拍需求。
負責此次表演的零度智控編隊飛行事業部負責人黃建告訴記者，2016年7月，零度智控與春晚節目組接觸后，開始進行項目設計。如何在春晚這么大的舞臺上展示無人機，團隊根據不同的備選節目嘗試了多種造型方案，比如舞龍、螢火蟲等。還有一種造型，是將無人機異形為燈籠，可以直接從桌面起飛。“光是燈籠機，我們就做了各種尺寸、不同載重能力、不同材質的多種設計。”黃建說。
幾經輾轉，工程師們將目光轉向了已量產的Dobby口袋無人機，而不是為表演定制的特殊機型。黃建介紹說，DOBBY自身的結構設計極其緊湊，如何讓它帶起比自己體積還大的燈籠，需要在空氣動力、結構、材料等多方面做出調整。比如為了增加續航時間，工程師更換了電池，但隨之而來的是無人機變重，為此又更改了機臂和旋翼。“最后，我們發現，其實之前的改動并不需要，于是又回到了最原始的DOBBY的形態。看似繞了一圈什么都沒改變，但實際上我們把所有的環節都做了一遍。”黃建說，正是在這個過程中，產品的潛力被進一步挖掘出來，這是非常寶貴的積累。
登上春晚舞臺，是機遇，更是挑戰。從創意溝通到飛行器改造再到整體方案的設計落實，每一步都有如“闖關”。“春晚是對節目質量要求很苛刻的大型晚會，如果我們的無人機方案實現不了，毫無疑問會被拿掉。”黃建坦言，從去年12月份進入春晚現場后，近二十人的工程師團隊的研發測試過程全部在現場完成，最長工作時長達到單周130個小時，吃和睡都在現場解決。最終，工程師們用自己的極限，測試激發出了設備的極限。零度智控也因此戰勝了另外兩個來自國外的無人機團隊，讓DOBBY順利飛進了春晚舞臺。
獻 舞
如果將單機飛行比作獨舞，編隊飛行則是群舞，如何讓它們也能“心應弦，手應鼓”般地精確表演，需要精確把控無人機的定位和編隊飛行。
定位系統是無人機的“眼睛”，當室內環境缺少GPS指引時，首要的是搭建起定位系統以保證通訊暢通。與空曠的戶外環境相比，舞臺空間較小，這就意味著，編隊飛行的無人機密度很大，最近的機間距只有0.5米。無人機離觀眾很近，也對編隊飛行的穩定性和安全性提出了失誤“零容忍”的要求。因為，只要一架無人機出現失誤，就會成為障礙物擋住其他飛機的路徑，帶來整體風險。“受時不準，時間不同步；定位不準，空間不同步。還需要解決人機共舞、光影處理、陣形變換、舞臺表達等問題，做到有聚有散，形散神聚。這既是科技的集中體現，也是與藝術的結合。”黃建說。
當晚21時30分左右，《滿城煙花》演唱開始后，20架DOBBY口袋無人機呈“閱兵式”飛入舞臺中央，形成塔形陣列，DOBBY頂端搭載的雪花閃爍著紅綠相間的燈光效果。之后，它們精準完成了“DNA螺旋結構”“大雁展翅”等高難度的編隊飛行舞蹈動作。
負責“領舞”的這20架飛機，應用的是光學動作捕捉系統。一般來說，定位系統需要在舞臺區域上方以圓環狀或矩形狀均勻碼放攝像頭，但是春晚舞臺極其復雜，物理阻隔較多，舞臺為異形升降結構，很難找到一個理想的安裝環境，“整個天花板上密密麻麻，全是各種設備，想把定位系統裝上去，用見縫插針來形容一點不過分”。黃建告訴記者，為避免與其他設備沖突，定位系統最后放在了離舞臺較遠的4個角落。“距離越遠，誤識別的可能性越大，如何在增強射程的情況下，達到同樣的穩定可靠，對設備和團隊提出特別大的考驗。”
為此，在每一架無人機上，安裝了一個俗稱“金豆子”的LED燈，通過形成立體拓撲結構，來決定它是幾號飛機，應該身處什么位置，其定位精度可以達到亞毫米級別。
歌曲漸至高潮，觀眾席上忽然升起另外30架DOBBY口袋無人機，它們搭載著紅紅的燈籠，緩緩飛向舞臺。最終，50架無人機匯合在一起，演繹出一場溫暖絢麗的“滿城煙花”。
事實上，這次演出一共應用了兩套無人機定位系統。光學動作捕捉系統雖然精度高，但布防面積受到舞臺和無人機數量的限制，難以與觀眾進行近距離交互。如果想讓整個表演現場更飽滿，需要引入更多飛機“配舞”，基于超寬帶技術的UWB定位系統在此時登場，實現了“大而廣”與“小而美”的相得益彰。
無人機的舞步是如何設計的？這要歸功于舞步工程師。創意工程師先將歌曲進行分解，比如根據重音、小節節拍進行造型的變換，達到節拍與觀眾視覺同步刺激的效果。所有時間切片后，再由設計工程師討論能不能完成。每個片段下又有無數個子版本。舞步的設計還要有藝術表現力，比如DNA雙螺旋是生命最初的狀態，也是科技不斷進化的象征。大雁陣形，是一個從無到有，逐漸成熟展翅高飛的過程。“這里面蘊含著我們對整個生命的理解。”黃建說。
通過算法創新，50架無人機的表演由兩臺地面站“一鍵控制”，可以和所有飛機進行數據交互、命令下達和狀態反饋。黃建說，“經過前期探索，最后的執行部分難度就很小了。彩排時，我們心里很踏實”。
共 舞
50架飛機是否已是室內編隊飛行極限？并非如此。黃建表示，編隊飛行看似是數量問題，實際上關鍵仍在技術支撐。如果技術控制的精度足夠高，密度可以更大，飛機數量也可以更多。
黃建告訴記者，以前是先設定好無人機的舞步，人去配合飛機。無人機的軌跡是機械化的編程設計，是圓是方都有明確的表達函數。現在新的技術可以通過采集舞者本身的體態曲線來繪制無人機軌跡，實現更加自然流暢、擬人生動的表達。這也是從這次春晚項目中提升出來的經驗。
據介紹，零度智控編隊飛行技術目前已實現產品化，成為首個全面商業化、可出售的無人機編隊飛行產品。這款名為零度空間的編隊飛行套裝，具有設備成本低、操作相對簡單等特點，可以下沉到商用或個人所需的商業演出等場景。
此次春晚表演，并非無人機編隊首次登上舞臺。從2016年春晚廣州分會場，到天貓“雙11”全球創智生態峰會，從廣州千架無人機慶元宵到美國“超級碗”，或豪放或婉約的無人機編隊飛行，出現在越來越多的節日慶典活動上。
有“空中機器人”之稱的無人機，能夠在無人駕駛的條件下完成各種復雜的空中飛行和負載任務，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。在消費級無人機行業，中國可謂當之無愧的“領飛者”。
零度智控聯合創始人史圣卿認為，無論從技術還是新產品定義來看，中國都引領了世界無人機的潮流，這來自于積累和創新。以DOBBY為例，作為第一款采用手機智能芯片的無人機，從2016年7月發售以來，總出貨量在8萬到10萬臺左右。到2017年1月份，DOBBY已經在全球20多個國家實現累計超過10萬次的起落。
“無人機+”幫助更多行業從地面延伸到空中，讓未來的想象空間變得更大，通過“共舞”實現共贏。史圣卿認為，在未來可見的幾年，無人機將保持快速增長。這種增長，或者是技術創新帶來的產品形態大幅改進，或者是與新的行業實現了結合。如果說，2015年無人機是作為產品進入了消費者的視野，2016年從普通消費者能看到的產品變成了愛使用的產品。2017年將更進一步，成為更多家庭必備的產品。黃建說，“可以大膽暢想，就像手機一樣，未來無人機可以作為個人助理、個人替身”。
業內專家表示，智能化、小型化、編隊化將成為民用無人機未來的發展方向。以編隊化為例，對于航拍無人機來說，編隊飛行可以在立體空間內快速采集多角度影像資料；對物流無人機來說，編隊飛行可以實現更加靈活地派送貨物甚至協力運輸。
隨著無人機技術不斷迭代，行業門檻在大幅壘高，也將經歷洗牌。史圣卿認為，當前無人機市場還不夠成熟，需要龍頭企業更好地發揮作用，倡導行業以更規范的方式制造產品。“當行業規模在現有基礎上再擴大3到5倍，達到小型相機的市場規模，可能會有更強有力的上游整合力量出現，將行業打造得更加標準化。”史圣卿說。（經濟日報記者 熊 麗）
