虛擬現(xiàn)實技術(shù)在新聞直播節(jié)目中的應(yīng)用研究

【摘要】虛擬新聞是戰(zhàn)略態(tài)勢表現(xiàn)中，極新穎的一種表現(xiàn)形式，它將敘事性表現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用到戰(zhàn)略態(tài)勢表現(xiàn)領(lǐng)域中，目的是把對戰(zhàn)略態(tài)勢的文本描述，用圖像轉(zhuǎn)化為虛擬新聞的形式，把逐步變化的戰(zhàn)略態(tài)勢事件“生動形象”的展現(xiàn)給決策者。戰(zhàn)略決策模擬的特點決定虛擬新聞需要具備快速生成的能力，因此本文重點研究了文本的自動分析和合成虛擬新聞所需素材的檢索選擇技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實；虛擬新聞；實時直播；虛擬事件還原

傳統(tǒng)的電視臺制作節(jié)目一般都要制作真實場景。無論是新聞聯(lián)播、體育節(jié)目還是文藝節(jié)目，都要花費大量的資金和人力，制作出許多場景出來。越是大型的節(jié)目，制作場景的任務(wù)就越重，要求就越高，花費就越超，布置場景用的時間就越多、更換起來就更困難。而且，有些真實場景的創(chuàng)意用一般方法根本就制作不出來。

虛擬演播室，保留了傳統(tǒng)的色鍵合成系統(tǒng)，卻突破了傳統(tǒng)色鍵系統(tǒng)的限制，消除了攝像機不能與背景同步運動的致命弱點，實現(xiàn)了真實的演員能深入到虛擬的三維場景中，并能與其中的虛擬對象實時交互。在虛擬演播室中，演員在一間藍(lán)幕里進(jìn)行現(xiàn)場表演，攝像機采集前景視頻信號，同時安裝在攝像機上的跟蹤系統(tǒng)實時提供攝像機的信息，這些數(shù)據(jù)被送至一臺高速圖形計算機，三維計算機圖形發(fā)生器實時渲染生成一個逼真的虛擬背景，以藍(lán)色屏幕為背景拍攝的攝像機圖像，經(jīng)延時后與計算機創(chuàng)建的虛擬背景同步進(jìn)行工作，并通過色鍵器的摳像合成，實時產(chǎn)生一路合成后的視頻信號作為最后的輸出[1]。

虛擬演播室的優(yōu)點顯而易見：降低節(jié)目的制作費用。由計算機制作三維虛擬場景，不需要搭建真實場景，只需要一個藍(lán)色的背景即可，避免了真實場景的制作、安裝、拆除、運輸、存儲空間，節(jié)省大量人力、物力和財力。

提高節(jié)目的制作效率。制作三維虛擬場景比傳統(tǒng)的人工搭建真實場景快捷方便，并且制作完成后的虛擬場景，易于保存在計算機數(shù)據(jù)庫中，方便重復(fù)使用，攜帶便捷。大大縮短了節(jié)目的制作周期，提高了效率和資源的利用率。

可以改善節(jié)目的質(zhì)量。節(jié)目制作中，導(dǎo)演可以擺脫時間、空間及道具制作等方面的限制，充分發(fā)揮想象力，在廣泛的想象空間中進(jìn)行自由創(chuàng)作出人工難以甚至無法實際制作的虛擬景物，提高節(jié)目的質(zhì)量。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality），又稱靈境技術(shù)，是90年代為科學(xué)界和工程界所關(guān)注的技術(shù)。它的興起，為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域；為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具；為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法[2]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其特點是計算機產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機圖形構(gòu)成的三度空間，或是把其它現(xiàn)實環(huán)境編制到計算機中，產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。這種技術(shù)的應(yīng)用，改進(jìn)了人們利用計算機進(jìn)行多工程數(shù)據(jù)處理的方式，尤其在需要對大量抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時。計算機產(chǎn)生虛擬場景來代替真實場景的構(gòu)想早在1978年就有人提出，但是長期受制于計算機軟硬件的發(fā)展條件。隨著計算機運算速度的提高及計算機視覺和圖形學(xué)理論的發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)逐漸走向成熟，并得到推廣和使用。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的十分的迅速。在三維虛擬畫面的的地形化場景可視化已經(jīng)不難在現(xiàn)實中實現(xiàn)了。而三維的建模在城市的規(guī)劃、工程勘察與設(shè)計、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)測與預(yù)報、軍事、游戲娛樂等諸多領(lǐng)域都運用的極為成功。其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)對電視行業(yè)的貢獻(xiàn)特別突出！但是在學(xué)術(shù)文庫當(dāng)中，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)對電視節(jié)目的影響類的文章著作還是偏少。本文力爭在虛擬現(xiàn)實技術(shù)在應(yīng)用在電視節(jié)目中的方法、策略上面給我們電視工作者一個啟發(fā)。著重探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的佼佼者——虛擬演播室在電視節(jié)目中的開發(fā)與創(chuàng)新！

以德國為例，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電視方面的應(yīng)用比中國要早得多。而且虛擬現(xiàn)實技術(shù)在德國發(fā)展的速度也略微快于我國。這其中固然有德國人才優(yōu)勢、體制優(yōu)勢等等因素，但是更為主要的一個原因是：我國對于廣播電視產(chǎn)業(yè)的硬件設(shè)備過分依賴于進(jìn)口，不僅會提高我們國家廣播電視行業(yè)的技術(shù)成本，也間接提高了我國廣電事業(yè)人力資源的成本。早在幾年前，西方國家的電視演播室系統(tǒng)，為達(dá)到優(yōu)秀的虛擬現(xiàn)實場景的制作，配備了標(biāo)準(zhǔn)桌面電腦與2.4GHz的英特爾奔騰IV標(biāo)準(zhǔn)的圖形硬件。這在今天看來以經(jīng)不是什么先進(jìn)硬件，但是當(dāng)年這一整套系統(tǒng)不是任何影視制作機構(gòu)能承擔(dān)得起的。加上運行相對穩(wěn)定的Linux操作系統(tǒng)，讓西方電視機構(gòu)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)達(dá)到了廣播級標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。

我國的電視臺對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運動目前主要還是虛擬演播室。實事求是的說，我國的在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用相對國外還處于初級階段，在20世紀(jì)90年代末，我國陸續(xù)引進(jìn)了各大著名公司的虛擬演播室系統(tǒng)，如大洋公司，奧維迅公司，索貝公司。他們的產(chǎn)品各有千秋，大洋公司的虛擬演播室系統(tǒng)設(shè)備相對完備，其系統(tǒng)中加入了非線性編輯系統(tǒng)、字幕添加系統(tǒng)等功能；奧維迅公司的產(chǎn)品能實時產(chǎn)生虛擬場景，而且具有空間感，并且與演播主體之間保持透明的透視關(guān)系；索貝公司的產(chǎn)品能夠在運算上有優(yōu)勢，實時的合成、實時的著色，讓真實的光影效果淋漓盡致的發(fā)揮出來。

與文字、圖像相比，視頻含有更為豐富、直觀、形象的語義信息。而新聞視頻作為目前情報部門獲得情報的重要渠道之一，蘊含著大量重要的信息，其對敏感和突發(fā)事件的報道及時全面，成為反映各國各地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交、輿論等最新動向的窗口。新聞視頻大多具有及時、直觀的特點，因此時常被人們當(dāng)作一個有用的工具來指導(dǎo)決策。

針對上述戰(zhàn)略態(tài)勢表現(xiàn)存在的問題以及新聞視頻的特征，本文引入虛擬新聞的概念。虛擬新聞在討論式對抗模擬過程中的作用，是輔助白方（導(dǎo)演方），把不斷變化的戰(zhàn)略態(tài)勢用圖文聲像的手段將其快速、準(zhǔn)確地展現(xiàn)在決策者面前，使決策者對當(dāng)前的戰(zhàn)略態(tài)勢有一個形象、全面的了解，從而為下一步的決策提供強有力的輔助。

首先 虛擬演播室技術(shù)能突破傳統(tǒng)場景制作方式的局限性，通過計算機三維建模軟件和貼圖軟件的結(jié)合可以制作出極具創(chuàng)意的虛擬場景，可以體現(xiàn)出全新的創(chuàng)意 ，正如一句廣告詞說的： 思想有多遠(yuǎn)我們就能走多遠(yuǎn)。

其次.能實現(xiàn)更加豐富的節(jié)目效果，虛擬場景中真實的三維效果克服了傳統(tǒng)摳像背景平面、呆板、不聯(lián)動的視覺缺陷而更具有視覺；中擊力。

第三，節(jié)目場景是由計算機提供的虛擬場景，節(jié)省了實景制作的昂貴費用 克服了傳統(tǒng)布景不宜隨便搬動 ，場地不能重復(fù)利用的缺點 一個演播室可 以供多個欄 目分時復(fù)用，大大降低了節(jié)目制作成本.提高了演播廳的利用率，實現(xiàn)了節(jié)目制作與播出的高效率，為新聞資訊直播的高收視率立下汗馬功勞。

目前，國際上虛擬演播室系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了商品化程度，但這些系統(tǒng)均是基

于工作站的獨立系統(tǒng)，其價格昂貴，一般都在100～300萬元左右，在中國難以普及，開發(fā)一個低成本的虛擬演播室系統(tǒng)，是使其普及推廣的重要途徑。

本系統(tǒng)所有軟件功能均在普通PC機上測試通過，且均基于C++、WIN32API和Direet3D技術(shù)實現(xiàn)。本系統(tǒng)所采用的硬件平臺完全基于普通Pc機，避免了價格昂貴的圖形工作站，從而在很大程度上降低了硬件成本。這樣就使得虛擬演播室系統(tǒng)的整體成本得到了有效的降低，為虛擬演播室的普及和推廣奠定了基礎(chǔ)

虛擬場景生成系統(tǒng)是虛擬演播室系統(tǒng)的一部分，它是基于Direct3D技術(shù)開發(fā)的一個三維虛擬場景生成系統(tǒng)。它充分利用了Direet3D強大的三維渲染能力，能夠在普通的PC機上實現(xiàn)較高質(zhì)量的圖形效果，因而具有較強的實用價值。與一般的二維背景繪制系統(tǒng)相比，場景生成系統(tǒng)可以很方便的實現(xiàn)三維場景的平移、傾斜等，對前景攝像機的運動沒有任何約束。

為了與主系統(tǒng)進(jìn)行隔離，本系統(tǒng)采用動態(tài)鏈接庫的形式為主系統(tǒng)提供虛擬場景渲染功能服務(wù)。它封裝了復(fù)雜Direct3D知識和三維圖形學(xué)的知識，提供一個統(tǒng)一的接口給虛擬演播室主系統(tǒng)調(diào)用，使得調(diào)用者既不需要圖形編程的知識，也不需要管理復(fù)雜的三維場景的知識，而只需要提供需要渲染的三維場景數(shù)據(jù)文件，這樣就可以讓前端的數(shù)據(jù)提供和后端的數(shù)據(jù)渲染分離，簡化了整個系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了整個系統(tǒng)的出錯率，提高了整個系統(tǒng)的運行效率。

Visual c++7.0是Microsoft公司開發(fā)的一套使用C++十作為開發(fā)語言的、支持windows應(yīng)用程序開發(fā)的可視化編程集成開發(fā)環(huán)境。它包含了文本編輯器、資源編輯器、工程編譯工具、源代碼瀏覽器、集成調(diào)試工具，以及一套幫助文檔。使用它，可以高效方便的完成創(chuàng)建、調(diào)試、修改、發(fā)布等各種操作。

基于此，為了提高開發(fā)效率，本系統(tǒng)使C++作為開發(fā)語言，采用了visualc++7.0作為開發(fā)工具。

目前開發(fā)三維圖形系統(tǒng)的主要工具是OpenGL、Java 3D、Direct3D等，它們之間有很大的不同，都有各自的應(yīng)用環(huán)境。OpenGL因為其圖形庫豐富，功能強大而一直是PC機上的主流三維開發(fā)平臺，不過由于近幾年的發(fā)展停滯，而逐漸有被Direct3D取代之意。Direct3D是Microsoft公司推出的三維圖形編程API，由于Microsoft公司的大力投入和支持，其三維圖形功能越來越強大，也因此獲得了主流顯卡廠商的支持，這些都極大地擴(kuò)展了Direct3D的應(yīng)用范圍。當(dāng)前，Direct3D已經(jīng)是Windows環(huán)境下進(jìn)行三維圖形系統(tǒng)開發(fā)的首選開發(fā)平臺。為了獲得開發(fā)效果和開發(fā)質(zhì)量，本系統(tǒng)選擇了目前成熟的Direct3D 9.0版本作為3D開發(fā)平臺[5]。

本系統(tǒng)雖然只是虛擬演播室系統(tǒng)中的一個部分，但它也是一個結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的獨立系統(tǒng)，為了保證其開發(fā)質(zhì)量和開發(fā)效率，采用了面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法應(yīng)用于其開發(fā)過程中。

在運用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法進(jìn)行軟件開發(fā)的時候需要運用一些成熟的設(shè)計原則和設(shè)計模式。設(shè)計模式是軟件設(shè)計人員長期以來工作經(jīng)驗的積累，這些模式體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖O(shè)計思想的精髓，它們遵循了各種軟件原則，合理地運用這些設(shè)計模式能夠有效地提高軟件的可擴(kuò)展性和通用性。本系統(tǒng)的開發(fā)過程中用到了如下的幾種設(shè)計原則和設(shè)計模式：

單一職責(zé)原則（SRP）。就一個類而言，應(yīng)該僅有一個引起它變化的原因。在系統(tǒng)中每一個類應(yīng)該有且僅有一個職責(zé)。這樣做是由于每一個職責(zé)都是一個變化的軸線。當(dāng)某一條軸線變化時類就需要改變。如果一個類承擔(dān)了過多的職責(zé)，那么引起它變化的原因就有多個。這樣就等于把程序功能耦合在一起，類的一個職責(zé)的變化就很可能會削弱它完成其它職責(zé)的能力。比如，在本系統(tǒng)中可能會有一個三角形類，它表示一個空間中的三角形。三角形可能被用來進(jìn)行幾何計算以完成諸如相交檢測一類的工作，同時它還要記錄空間位置信息以供屏幕輸出。這兩個功能實際上就不應(yīng)該在同一個三角形類中完成。

接口隔離原則（ISP）。類的接口應(yīng)該保持內(nèi)聚。這里的內(nèi)聚意味每一個接口應(yīng)該只提供給外部用戶單一的功能。因為如果一個接口提供了多于一個的功能，那么當(dāng)其中一個功能改變時另外一個的使用就會受到影響，這會導(dǎo)致模塊間的藕合。

TemplateMethod模板模式。模板模式可以將相同的執(zhí)行步驟（通用算法） 從不同的程序中抽象出來。GoF這樣定義模板模式：在基類的一個操作中定義一個算法框架，在派生類中定義算法的各個步驟，使得算法框架不變的情況下可以重新定義各個執(zhí)行步驟。比如在進(jìn)行三維場景渲染的時候，雖然渲染的虛擬場景不同，但都要執(zhí)行接收輸入、更新狀態(tài)、渲染輸出的過程，那么這個過程就可以抽象到基礎(chǔ)類中。

Command命令模式。命令模式把各種操作抽象封裝成獨立的Command類對象。這樣操作可以完全脫離它的執(zhí)行者獨立存在。

Singleton單實例模式。單實例模式保證實現(xiàn)它的類在程序運行的任何時刻都至多只有一個實例化對象存在。在三維場景生成的過程中通常都需要管理渲染狀態(tài)，而實現(xiàn)渲染狀態(tài)管理的類就應(yīng)該用單實例模式來實現(xiàn)[19]。

在設(shè)計虛擬新聞生成系統(tǒng)的時候，既要考慮用戶的實際需求，又要保證系統(tǒng)的技術(shù)性能。整個系統(tǒng)的設(shè)計思路如圖1所示。

情景描述文檔經(jīng)過敘事性組織后，從中提取出新聞播報稿、新聞標(biāo)題、敘事要素、顯示實體，生成規(guī)范化的敘事性模板。有關(guān)敘事性模板生成的工作將由我們設(shè)計的敘事性組織子系統(tǒng)來完成。得到情景描述文檔的敘事性模板后，從多媒體素材庫中檢索出符合敘事要素的素材，進(jìn)一步進(jìn)行排序選優(yōu)，通過時間約束策略最終選定素材。最后，將語音合成引擎生成的新聞播報音頻和選定的素材通過一定的表現(xiàn)形式組織生成有助于戰(zhàn)略態(tài)勢表現(xiàn)的虛擬新聞節(jié)目。

虛擬新聞生成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)作為虛擬演播室系統(tǒng)，其中一個組成部分。主系統(tǒng)控制了本系統(tǒng)的全部操作過程，因此，必須要有一個接口能夠讓主系統(tǒng)調(diào)用。該接口將根據(jù)主系統(tǒng)發(fā)送的操作命令，隨時來調(diào)用本系統(tǒng)內(nèi)部對象的操作，從而實現(xiàn)本系統(tǒng)與主系統(tǒng)的隔離。

在本系統(tǒng)中，定義了一個類CMy3DCommand來實現(xiàn)該模塊的功能，CMy3DCommand提供一系列的方法給主系統(tǒng)。當(dāng)主程序發(fā)送命令給接口后，CMy3DCommand就調(diào)用已經(jīng)封裝在其內(nèi)部的各個子模塊的對象中的方法來實現(xiàn)具體的操作。實際上，CMy3DCommand起到了一個包裝器的作用，將渲染系統(tǒng)內(nèi)部的渲染邏輯細(xì)節(jié)隱藏起來了。比如說：初始化、設(shè)置數(shù)據(jù)文件、渲染等等。圖3描述了該模塊與主系統(tǒng)的交互過程。下面是該類的定義[6]。

虛擬新聞生成就是要把選定的視頻、圖像素材以及新聞播報稿音頻合成一段完整的新聞節(jié)目。系統(tǒng)中我們采用DirectX中的Directshow Editing Service（DES）作為合成視、音頻素材的基礎(chǔ)。DES提供一個虛擬的時間線，應(yīng)用程序只需設(shè)定輸出視頻的格式，以及視、音頻源的位置和起始、結(jié)束時間，就可以輕松地實現(xiàn)視、音頻合成。DirectX9.0中還提供了多種鏡頭切變效果工具，應(yīng)用這些工具，可以使原本切換唐突的視頻變得流暢一些。

虛擬新聞生成表現(xiàn)時采用了如下三種虛擬新聞內(nèi)容的表現(xiàn)形式：主持人口播鏡頭，完整播報一整條新聞，即整則新聞故事完全是主持人口播鏡頭。針對檢索中沒有檢索到任何相關(guān)的新聞視頻場景以及圖片的情況而定；主持人口播鏡頭，疊加一幅主題圖片位于視頻窗口的右上角。針對只檢索到相關(guān)圖片素材而定；播音員播報新聞+小窗口，然后播報具體內(nèi)容，視頻或圖片（視頻關(guān)鍵幀）顯示，針對檢索到相關(guān)視頻場景素材而定。這是最理想的新聞故事的表現(xiàn)形式，也符合人們?nèi)粘Ｓ^看各類新聞的習(xí)慣。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)的發(fā)展是必然的。隨著人們生活品位的逐漸提高，人們對電視節(jié)目畫面的要求在逐漸的提高，傳統(tǒng)演播室為觀眾帶來的視覺沖擊，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的需求。虛擬演播室技術(shù)是電視節(jié)目制作技術(shù)的一種革命性飛躍， 它伴隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷進(jìn)步成熟， 在今后的電視節(jié)目制作中將會有更大的發(fā)展空間。雖然目前它還無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)演播室， 但隨著成本的不斷降低， 技術(shù)的日臻完善， 虛擬演播室技術(shù)注定將會在電視節(jié)目制作領(lǐng)域發(fā)揮出更為重要的作用。

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作者簡介：陳珺（1985—），女，河北涉縣人，山西廣播電視臺影視頻道編導(dǎo)，編輯助理。