金屬樂隊metallica的歐洲世界無線巡演上周四在哥本哈根的皇家競技場開幕，15000個座位爆滿，最令人驚艷的是，現(xiàn)場有一大群微型機器人在樂隊頭上飛舞。在樂隊完成火爆單曲“Moth Into Flame”之后，數(shù)十架微型無人機從舞臺上起飛，在舞臺上空形成了一個旋轉(zhuǎn)的圓圈。隨著音樂響起，越來越多的無人機加入了這個隊伍，在空中的造型越來越復(fù)雜，最后形成了三個相互交錯的圓形。

這是無人機群首次出現(xiàn)在一次重大巡回演出中。跟以前的無人機表演不同的是，這次表演是在室內(nèi)，并且無人機就在表演者以及演唱會觀眾的頭頂上。無人機在觀眾身旁飛舞，跟室外無人機相比感覺更親密。同樣的，近身飛行更有利于呈現(xiàn)3D立體效果，這也是金屬樂隊metallica想要呈現(xiàn)給觀眾的360度舞臺效果。

在這樣一個環(huán)境中，飛行的無人機如此接近觀眾，是一個巨大的挑戰(zhàn)。跟室外不一樣，室內(nèi)無人機無法依賴GPS信號，這些信號在室內(nèi)環(huán)境中會嚴重退化，不能滿足自主無人機的導(dǎo)航需求。在高壓、現(xiàn)場活動環(huán)境中，數(shù)十架無人機在接近人群時飛行的安全問題，給他們帶來了進一步的挑戰(zhàn)。由于在巡回演出中改變演出條件而帶來的不確定性，以及無人機系統(tǒng)組件和傳感器，包括數(shù)百個驅(qū)動無人機的馬達的變化，是這種無人機演出系統(tǒng)的另一個必要條件。

演出中使用的無人機生產(chǎn)商Verity Studios的創(chuàng)始人Raffaello D’Andrea表示，“安全性和可靠性是擺在首位的。” D’Andrea很清楚他在說什么：之前創(chuàng)立的公司Kiva system，2012年被電子商務(wù)巨頭亞馬遜以7.75億美元收購了，在那家公司，D’Andrea和他的團隊創(chuàng)造了自主倉儲機器人，他們可以在倉庫中全天候地工作。該公司后來更名為Amazon Robotics，現(xiàn)在一個倉庫內(nèi)最多可運行10000個機器人。

這是如何實現(xiàn)的？

簡而言之：Verity Studios的無人機表演系統(tǒng)是一個采用分布式人工智能、機器人技術(shù)和復(fù)雜算法來實現(xiàn)現(xiàn)場娛樂業(yè)所需要的強大性能和安全性的先進演出自動化系統(tǒng)。憑借其在百老匯大約7000次自主飛行的紀錄，在398場現(xiàn)場表演中，Verity Studios已經(jīng)在更大的Stage Flyer無人機上取得成功，它不是這個行業(yè)的新兵。

要進行這樣的無人機表演需要很多要素，無人機本身只是其中一個方面。Verity的無人機是自主的，由一個人監(jiān)管，不需要單獨控制無人機的動作。相反，操作員只發(fā)出諸如“起飛”或“著陸”的高級命令，一次監(jiān)管多個無人機的運動，并對應(yīng)對異常狀況。換句話說，Verity先進的自動化系統(tǒng)替代了很多人類操作員的角色，對無人機進行標準的遠程控制。無人機是飛行機器人，在人類的監(jiān)管下可以自主導(dǎo)航、自動駕駛。自主無人機的動作及其照明設(shè)計由Verity的創(chuàng)意人員編排。

為了實現(xiàn)自主導(dǎo)航，無人機需要一種可靠的方法來確定他們在空中的位置。如上所述，雖然無人機在室外可以使用GPS進行自主導(dǎo)航，但是GPS在室內(nèi)并不是可行的選項：GPS信號在大型結(jié)構(gòu)（如高層建筑物）附近會產(chǎn)生降級，在室內(nèi)環(huán)境中通常不可用或嚴重退化。由于退化的GPS可能會導(dǎo)致自主飛行的不可靠或不安全，Verity無人機采用專有的室內(nèi)定位技術(shù)。
 

它由一個可靠的室內(nèi)定位系統(tǒng)和智能自主無人機以及一個合適的操作界面組成，允許metallica表演的唯一操作員同事控制多個無人機協(xié)調(diào)運動。這種方法不僅僅能提高效率和效能（誰希望需要幾十名操作員在現(xiàn)場），而且也是一項關(guān)鍵的安全要求：操作員出錯是許多現(xiàn)場活動中無人機事故的重要原因。隨著無人機數(shù)量的增加，安全風(fēng)險迅速增加，導(dǎo)致飛行計劃更加復(fù)雜，空中相撞的危險也增大。自主控制讓操作員更安全地遠程控制多個無人機，特別是在很小的空域中操作時。

盡管可能存在其他潛在故障（包括無線干擾，硬件或軟件組件故障，斷電或惡意中斷/黑客攻擊），Verity的系統(tǒng)也必須進行安全設(shè)計。在百老匯的398次表演中，面臨的最大安全挑戰(zhàn)是：人為失誤。 在百老匯劇院工作人員操作的時候，Verity的系統(tǒng)五次糾正了人為失誤，并且阻止了有關(guān)無人機的飛行（在這些場合，這個演出持續(xù)了六或七架而不是這次的八架無人機，只有一次沒有任何無人機作為安全措施，即無人機表演的“正常運行時間”為99.7％）。 正如我和我的同事在最近公布的有關(guān)無人機表演最佳實踐的概述文件中描述的那樣，在現(xiàn)場活動中使用無人機，安全是一項艱巨的任務(wù)。

Verity表演創(chuàng)作過程中的另一個關(guān)鍵因素是無人機創(chuàng)作工具。規(guī)劃像metallica巡回演唱會那樣的演出，需要工具來高效地創(chuàng)建大量的無人機軌跡。這些軌跡必須考慮到無人機的實際飛行動力學(xué)，考慮到執(zhí)行機構(gòu)的限制，以及空氣動力學(xué)效應(yīng)，如空氣湍流或升力。由這些工具產(chǎn)生的無人機動作需要無碰撞并允許進行緊急操作。為了創(chuàng)造引人注目的效果，無人機創(chuàng)作工具還需要了解無人機的所有動態(tài)性能，這是D’Andrea團隊在創(chuàng)建Verity Studios錢就有著豐富經(jīng)驗的另一個領(lǐng)域，因此，作為研究的一部分，在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Flying Machine Arena實驗室進行。

創(chuàng)造一個引人注目的無人機表演需要的不僅是無人機表演系統(tǒng)本身。為了這次巡演，Verity Studio與世界領(lǐng)先的舞臺自動化公司TAIT Towers合作，將無人機融合到舞臺上，并解決與此次巡演相關(guān)的一系列其他技術(shù)挑戰(zhàn)。

雖然技術(shù)是關(guān)鍵的推動者，但Verity的演出出發(fā)點和關(guān)鍵驅(qū)動因素是非技術(shù)性的。相反，表演是由表演設(shè)計者的創(chuàng)意意圖驅(qū)動的。這包括定義表演無人機在現(xiàn)場表演中的作用，以及確定他們與演出創(chuàng)意概念的視覺和音樂圖案的融合。 對于metallica，無人機的飛行軌跡和照明是由Verity的編舞團隊創(chuàng)建的，并結(jié)合了metallica產(chǎn)品團隊和樂隊的反饋信息。