作者:wnkwef,利有攸往 来源:中国科学院物理所微信公众号 发布时间:2024/2/12 14:04:25
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春晚除了刘谦的数学魔术,居然还有这么多科技元素?!

 

除夕当夜,相信许多人都和小编一样,被刘谦表演的魔术深深吸引。刘谦和尼格买提·热合曼眉飞色舞的神貌依然令人记忆犹新。

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啊?我听到你在问小编三天前在干什么?
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话不多说,就让我们来正式地看一看魔术的内容吧~
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首先,我们需要拿出四张打乱顺序的扑克牌:
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没错,就像这样

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随后,需要将它们对折并撕开(手动心疼)

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为了说明其中的原理,我们不妨将四张扑克牌分别记为A, B, C, D. 我们将撕开后得到的八张牌分别记作A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2. 于是,由八张扑克牌形成的排列可以写作:
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以下是魔术进行的步骤:
·将牌堆顶的1张牌放在牌堆底,重复次数是名字的长度(尼格买提·热合曼需要重复7次,但是让我们假设名字只有三个汉字)
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·将牌堆顶的3张牌插放在牌堆中的任意位置
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·将牌堆顶的1张牌暂时移出※
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·将牌堆顶的1~3张牌插放在牌堆中的任意位置(取决于个人的南北认知——南方人:1张;北方人:2张;不确定:3张)我们以北方人为例:
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直到这一步骤为止,目标牌C1和C2依然分别处于牌堆的两侧。
·将牌堆顶的1~2张牌移出(男生移出1张,女生移出2张)我们又以男生为例:
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·将牌堆顶的1张牌放在牌堆底,重复7次
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·将牌堆顶的1张牌放在牌堆底,随后移出1张牌堆顶牌。重复这一步骤直到手中只剩下最后一张牌,这张牌与第三步中移出的牌能够完美配对。
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不难看出,每进行一次操作,牌堆的所有元素(白色区域)都会向前方移动两次,同时牌堆的大小-1. 概括地讲,每一次的“好运留下来”都会使所有元素移动一个单位,而“烦恼丢出去”会让元素在移动的同时减少1个单位的牌堆大小。事实上,被移出的牌永远都是每一次得到的新数组的第二个元素。
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如果你是女生,你会得到这样的操作流程:
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基于上述思路,可以迭代地求出扑克牌数不同时对应的其他移动方法。
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春晚的关注点当然不止有精彩的魔术,让我们再来一探舞台之上究竟还有哪些炫酷潮流的科技元素~

XR+VP助力创意交融


今年的春晚大量运用了XR(扩展现实)+VP(虚拟制作)技术,实现了虚实交融且震撼人心的艺术效果。在陕西分会场的节目《山河诗长安》中,我们便宛如看到了纵情飘逸的诗仙李白重游故里,对酒当歌。
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在《健康到到令》中,女明星花花也以数字形象登上了舞台,一同表演八段锦的招式。
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节目《年锦》将中华传统纹样和演员的动作相呼应,诠释出独属于中国传统纹样的空灵之美。

图片扩展现实(Extended reality, XR)涵盖了增强现实(AR)、混合现实(MR)和虚拟现实(VR)技术,其中的X指代任意字母,甚至也可以是未来才会出现的技术。XR通过混合虚拟和现实这两者,给观众带来沉浸式的交互体验。

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在虚拟现实中,用户需要完全沉浸在数字化的世界中;增强现实需要用户借助数字屏幕等工具将虚拟的客体叠加在现实世界之上。混合现实是前两者的结合,现实对象和数字对象能够共存,并且可以实时交互。

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保罗·米尔格拉姆(Paul Milgram)和岸野文郎(Fumio Kishino)曾经提出了现实-虚拟连续统(Milgram's Reality-Virtuality Continuum)的概念,将真实世界和虚拟世界定义为坐标轴的两端,并根据真实元素或者虚拟元素的多少重新定义了增强现实、混合现实和增强虚拟(Augmented virtuality)的概念。

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虚拟制作(Virtual production, VP)是扩展现实、动作捕捉、电脑产生图像(CGI)、面部识别等多种技术的结合。最常见的方式是使用LED屏幕作为布景,基于3D引擎在大屏幕上实时渲染,并与摄像机进行同步,可以带来在视觉上以假乱真的动态特效。

虚拟制作的最大特征是将以往需要后期合成的特效实时地添加到了现场画面中,提升了导演对于视觉效果的把控水平,降低了后期处理的成本。

科技“芯”元素


除了炫酷的AI视觉渲染,辽宁分会场《冬日暖阳》的舞台上,芯片元素的设计风格也令人印象深刻,接下来请大家跟随小编,近距离了解一下芯片的魅力。
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当我们谈论芯片时,我们通常是在谈论集成电路芯片。要理解集成电路之前,我们先来了解电路的基本知识。
电路中的基本元件包括电阻、电容和电感。电阻限制电流的流动,提供阻尼;电容存储电荷,将能量储存在电场中,而电感则存储磁场能量。
此外,现代电子学中的另一个重要组成部分是晶体管。晶体管是一类用于放大电信号或用作电信号开关的半导体器件。晶体管通常有三个引脚,人们可以用施加在第三个引脚上的电流或电势控制流经另外两个引脚的电流,因此它具有了放大和电路开关的功能。
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这些基本单元可以组合成电路,用于执行特定的功能,例如放大信号、过滤噪声或执行逻辑运算。
为了提高可靠性和降低体积,人们将电路元件利用半导体加工工艺互连集成在一块半导体单晶片上,这就是集成电路,也就是人们常说的芯片。
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芯片制造的过程非常复杂。为了提高可靠性,降低芯片中缺陷的含量,加工过程必须在超净环境中进行。单晶衬底要经过复杂的清洗处理,以确保表面光洁度和纯度。此外还有光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积等步骤,用于在单晶上形成精确的电路结构。
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总的来说,芯片是现代电子技术的基石,它们的发明和应用推动了信息社会的发展,并在各个领域都发挥着关键作用。

无人机表演


我们将目光转移到舞台之外,夜空中闪闪发光的无人机编队为我们带来了飞行表演。它们随着歌词时而排列成祝融、嫦娥探测器、时而排列成雪花形状。
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当读者朋友们看到精彩的无人机表演时,小编相信大家会有这样的困惑:无人机是怎样在空中排列成人们想要的图案的?
为了解答这个困惑,我们先回答第一个问题,如何高效控制无人机编队飞行,使每一个无人机准确到达指定位置,而彼此不发生碰撞?
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我们需要知道,自动控制要比人工控制更准确、更安全。为每一架无人机配备一名驾驶员是不现实的,相反,在少数几名人类操作员的监视下,无人机编队在计算机系统的控制下自主飞行自主导航才是更好的控制方式。
那么问题来了,无人机怎么知道它们自己的位置呢?不用担心,我们有全球定位系统GPS,对于在远离建筑物的空旷区域进行的无人机表演,GPS就基本够用啦。如果是需要在建筑物附近或者室内进行表演,那么就需要引入专门的室内定位系统。
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无人机编队的造型图案和行进轨迹要事先编程设计。设计师通常需要预先确定无人机的数量,并构思不同的设计方案;然后为无人机编队的各个无人机指定队形转换时的飞行轨迹,最后模拟验证。指定飞行轨迹是其中最关键的一步,要求队形转换时每一架无人机有且仅有一个终点,且所有无人机飞行轨迹之和越小越好。
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用于完成这样的设计的一种常见算法称为匈牙利算法。匈牙利算法罗列出给定无人机数量情况下,所有起点和终点的可能组合,并计算出各个起点-终点组合下的无人机飞行总路程。这样无人机路径设计的问题就成了特定限制条件下的优化问题。
此外,还需要确保无人机之间不发生碰撞。考虑到无人机的外形特点和GPS定位误差,设计师人为地引入一个最小距离δmn,如果某种队形下出现了两无人机距离小于这个最小距离的情况,则去除这种队形设计。
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以这些算法思想为指导,经验丰富的设计师可以设计出安全高效的队形转换方案,为大家呈现精彩的无人机灯光表演。

每年的除夕都象征着团圆和睦,而除夕夜的春晚早已成为了几代人对于新年时刻的共同记忆。新潮的主题、酷炫的科技元素都赋予了春晚生生不息的青春活力。

值此新年,小编恭祝大家龙行龘龘、前程朤朤、生活??、事业燚燚!

 
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