由于缺少GPS定位，室内无人机的操作往往难于室外，编队飞行的难度，更甚于单机。当“空中机器人(20.830, -0.09, -0.43%)”化身为“舞者”，如何在春晚这样的复杂室内环境下，呈现出稳定精准而又富有表现力的“舞蹈”？《经济日报》记者走近零度智控智能科技有限公司，为您一探舞台背后的秘密。
舞 者
担当此次编队飞行表演的无人机，是零度智控于2016年5月发布的口袋无人机DOBBY。这也是零度智控创立9年来，推出的首款消费级无人机产品。
在《哈利·波特》系列小说中，DOBBY是一个善良、体贴、随叫随到的家养小精灵。DOBBY无人机也如小精灵一般，由于创新运用了高通骁龙芯片，这款无人机的体积极小，重量只有199克，约等于一个iPhone6 Plus，具有人脸识别、自动追踪、流光拾影等功能，可以随时随地、更智能化地满足消费者的自拍需求。
负责此次表演的零度智控编队飞行事业部负责人黄建告诉记者，2016年7月，零度智控与春晚节目组接触后，开始进行项目设计。如何在春晚这么大的舞台上展示无人机，团队根据不同的备选节目尝试了多种造型方案，比如舞龙、萤火虫等。还有一种造型，是将无人机异形为灯笼，可以直接从桌面起飞。“光是灯笼机，我们就做了各种尺寸、不同载重能力、不同材质的多种设计。”黄建说。
几经辗转，工程师们将目光转向了已量产的Dobby口袋无人机，而不是为表演定制的特殊机型。黄建介绍说，DOBBY自身的结构设计极其紧凑，如何让它带起比自己体积还大的灯笼，需要在空气动力、结构、材料等多方面做出调整。比如为了增加续航时间，工程师更换了电池，但随之而来的是无人机变重，为此又更改了机臂和旋翼。“最后，我们发现，其实之前的改动并不需要，于是又回到了最原始的DOBBY的形态。看似绕了一圈什么都没改变，但实际上我们把所有的环节都做了一遍。”黄建说，正是在这个过程中，产品的潜力被进一步挖掘出来，这是非常宝贵的积累。
登上春晚舞台，是机遇，更是挑战。从创意沟通到飞行器改造再到整体方案的设计落实，每一步都有如“闯关”。“春晚是对节目质量要求很苛刻的大型晚会，如果我们的无人机方案实现不了，毫无疑问会被拿掉。”黄建坦言，从去年12月份进入春晚现场后，近二十人的工程师团队的研发测试过程全部在现场完成，最长工作时长达到单周130个小时，吃和睡都在现场解决。最终，工程师们用自己的极限，测试激发出了设备的极限。零度智控也因此战胜了另外两个来自国外的无人机团队，让DOBBY顺利飞进了春晚舞台。
献 舞
如果将单机飞行比作独舞，编队飞行则是群舞，如何让它们也能“心应弦，手应鼓”般地精确表演，需要精确把控无人机的定位和编队飞行。
定位系统是无人机的“眼睛”，当室内环境缺少GPS指引时，首要的是搭建起定位系统以保证通讯畅通。与空旷的户外环境相比，舞台空间较小，这就意味着，编队飞行的无人机密度很大，最近的机间距只有0.5米。无人机离观众很近，也对编队飞行的稳定性和安全性提出了失误“零容忍”的要求。因为，只要一架无人机出现失误，就会成为障碍物挡住其他飞机的路径，带来整体风险。“受时不准，时间不同步；定位不准，空间不同步。还需要解决人机共舞、光影处理、阵形变换、舞台表达等问题，做到有聚有散，形散神聚。这既是科技的集中体现，也是与艺术的结合。”黄建说。
当晚21时30分左右，《满城烟花》演唱开始后，20架DOBBY口袋无人机呈“阅兵式”飞入舞台中央，形成塔形阵列，DOBBY顶端搭载的雪花闪烁着红绿相间的灯光效果。之后，它们精准完成了“DNA螺旋结构”“大雁展翅”等高难度的编队飞行舞蹈动作。
负责“领舞”的这20架飞机，应用的是光学动作捕捉系统。一般来说，定位系统需要在舞台区域上方以圆环状或矩形状均匀码放摄像头，但是春晚舞台极其复杂，物理阻隔较多，舞台为异形升降结构，很难找到一个理想的安装环境，“整个天花板上密密麻麻，全是各种设备，想把定位系统装上去，用见缝插针来形容一点不过分”。黄建告诉记者，为避免与其他设备冲突，定位系统最后放在了离舞台较远的4个角落。“距离越远，误识别的可能性越大，如何在增强射程的情况下，达到同样的稳定可靠，对设备和团队提出特别大的考验。”
为此，在每一架无人机上，安装了一个俗称“金豆子”的LED灯，通过形成立体拓扑结构，来决定它是几号飞机，应该身处什么位置，其定位精度可以达到亚毫米级别。
歌曲渐至高潮，观众席上忽然升起另外30架DOBBY口袋无人机，它们搭载着红红的灯笼，缓缓飞向舞台。最终，50架无人机汇合在一起，演绎出一场温暖绚丽的“满城烟花”。
事实上，这次演出一共应用了两套无人机定位系统。光学动作捕捉系统虽然精度高，但布防面积受到舞台和无人机数量的限制，难以与观众进行近距离交互。如果想让整个表演现场更饱满，需要引入更多飞机“配舞”，基于超宽带技术的UWB定位系统在此时登场，实现了“大而广”与“小而美”的相得益彰。
无人机的舞步是如何设计的？这要归功于舞步工程师。创意工程师先将歌曲进行分解，比如根据重音、小节节拍进行造型的变换，达到节拍与观众视觉同步刺激的效果。所有时间切片后，再由设计工程师讨论能不能完成。每个片段下又有无数个子版本。舞步的设计还要有艺术表现力，比如DNA双螺旋是生命最初的状态，也是科技不断进化的象征。大雁阵形，是一个从无到有，逐渐成熟展翅高飞的过程。“这里面蕴含着我们对整个生命的理解。”黄建说。
通过算法创新，50架无人机的表演由两台地面站“一键控制”，可以和所有飞机进行数据交互、命令下达和状态反馈。黄建说，“经过前期探索，最后的执行部分难度就很小了。彩排时，我们心里很踏实”。
共 舞
50架飞机是否已是室内编队飞行极限？并非如此。黄建表示，编队飞行看似是数量问题，实际上关键仍在技术支撑。如果技术控制的精度足够高，密度可以更大，飞机数量也可以更多。
黄建告诉记者，以前是先设定好无人机的舞步，人去配合飞机。无人机的轨迹是机械化的编程设计，是圆是方都有明确的表达函数。现在新的技术可以通过采集舞者本身的体态曲线来绘制无人机轨迹，实现更加自然流畅、拟人生动的表达。这也是从这次春晚项目中提升出来的经验。
据介绍，零度智控编队飞行技术目前已实现产品化，成为首个全面商业化、可出售的无人机编队飞行产品。这款名为零度空间的编队飞行套装，具有设备成本低、操作相对简单等特点，可以下沉到商用或个人所需的商业演出等场景。
此次春晚表演，并非无人机编队首次登上舞台。从2016年春晚广州分会场，到天猫“双11”全球创智生态峰会，从广州千架无人机庆元宵到美国“超级碗”，或豪放或婉约的无人机编队飞行，出现在越来越多的节日庆典活动上。
有“空中机器人”之称的无人机，能够在无人驾驶的条件下完成各种复杂的空中飞行和负载任务，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。在消费级无人机行业，中国可谓当之无愧的“领飞者”。
零度智控联合创始人史圣卿认为，无论从技术还是新产品定义来看，中国都引领了世界无人机的潮流，这来自于积累和创新。以DOBBY为例，作为第一款采用手机智能芯片的无人机，从2016年7月发售以来，总出货量在8万到10万台左右。到2017年1月份，DOBBY已经在全球20多个国家实现累计超过10万次的起落。
“无人机+”帮助更多行业从地面延伸到空中，让未来的想象空间变得更大，通过“共舞”实现共赢。史圣卿认为，在未来可见的几年，无人机将保持快速增长。这种增长，或者是技术创新带来的产品形态大幅改进，或者是与新的行业实现了结合。如果说，2015年无人机是作为产品进入了消费者的视野，2016年从普通消费者能看到的产品变成了爱使用的产品。2017年将更进一步，成为更多家庭必备的产品。黄建说，“可以大胆畅想，就像手机一样，未来无人机可以作为个人助理、个人替身”。
业内专家表示，智能化、小型化、编队化将成为民用无人机未来的发展方向。以编队化为例，对于航拍无人机来说，编队飞行可以在立体空间内快速采集多角度影像资料；对物流无人机来说，编队飞行可以实现更加灵活地派送货物甚至协力运输。
随着无人机技术不断迭代，行业门槛在大幅垒高，也将经历洗牌。史圣卿认为，当前无人机市场还不够成熟，需要龙头企业更好地发挥作用，倡导行业以更规范的方式制造产品。“当行业规模在现有基础上再扩大3到5倍，达到小型相机的市场规模，可能会有更强有力的上游整合力量出现，将行业打造得更加标准化。”史圣卿说。（经济日报记者 熊 丽）
