虛擬演播室技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)研究

文/林 紅

虛擬演播室技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)研究

文/林 紅

虛擬演播室作為一種新型的電視節(jié)目制作技術(shù)，不僅可以提高節(jié)目質(zhì)量，還能夠?yàn)橛^眾帶來天衣無縫的由虛擬和現(xiàn)實(shí)場景結(jié)合起來的逼真畫面，給觀眾帶來震撼的感官享受。本文主要對(duì)虛擬演播室的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，旨在說明虛擬演播室的技術(shù)雖然多種多樣，但都是為提升畫面真實(shí)感而服務(wù)。虛擬演播室技術(shù)是電視節(jié)目制作技術(shù)的一次革命性飛躍。

虛擬演播室；優(yōu)點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

虛擬演播室融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)的精華，是一種虛擬現(xiàn)實(shí)的電視節(jié)目制作技術(shù)。虛擬演播室的出現(xiàn)，可以為觀眾展現(xiàn)豐富的視覺效果，可以充分發(fā)揮人們的創(chuàng)意，具有其他技術(shù)無法替代的優(yōu)勢。本文主要闡述虛擬演播室的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

1. 虛擬演播室的技術(shù)優(yōu)勢

虛擬演播室是計(jì)算機(jī)技術(shù)在電視節(jié)目制作領(lǐng)域的前沿應(yīng)用，制作成本低，操作方便，能夠有效發(fā)揮主創(chuàng)人員的創(chuàng)意，其特技實(shí)現(xiàn)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他技術(shù)，能夠?yàn)橛^眾展現(xiàn)一切可以想象的效果，有煥然一新之感。通常情況下，虛擬演播室的背景是利用計(jì)算機(jī)場景制作站生成的三維圖像代替簡單的二維圖像。雖然這個(gè)背景是虛擬的，但卻可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，操作十分便捷，真正實(shí)現(xiàn)與攝像機(jī)同步。虛擬演播室技術(shù)匯集三維圖形學(xué)、人工智能、模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)。觀眾們經(jīng)?？吹降幕铎`活現(xiàn)的場景，有許多是由計(jì)算機(jī)的三維虛擬場景和攝像機(jī)拍攝的實(shí)際場景相結(jié)合形成的，虛虛實(shí)實(shí)，實(shí)實(shí)虛虛，使表演者和場景水乳交融，天衣無縫[1]。

虛擬演播室主要是由攝像機(jī)、攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形工作站、色鍵合成器組成，這也是虛擬演播室的核心部分。這四個(gè)部分通過彼此配合，實(shí)現(xiàn)從前景到虛擬場景的生成，再到前景與虛擬場景的合成。一般會(huì)以攝像機(jī)拍攝的實(shí)際畫面作為前景，然后結(jié)合計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬場景,并時(shí)刻對(duì)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行搜集、采集，這是跟蹤器要做的事情。計(jì)算機(jī)圖形工作站接收到這些參數(shù)信息后，需要通過復(fù)雜的運(yùn)算，從而產(chǎn)生與前景畫面相匹配的虛擬場景。利用深度鍵和色鍵合成前進(jìn)與虛擬場景，使其作為一個(gè)圖像輸出[2]。虛擬演播室技術(shù)充分滿足了主創(chuàng)人員發(fā)揮創(chuàng)意的需求和觀眾日益苛刻的要求，為加強(qiáng)節(jié)目效果、提高收視率起到了很大的促進(jìn)作用。

2. 虛擬演播室關(guān)鍵技術(shù)

2.1 攝像機(jī)跟蹤技術(shù)

該技術(shù)重點(diǎn)就是“跟蹤”,其主要圍繞攝像機(jī)開展，能夠有效捕捉相關(guān)參數(shù)，在連接前景和虛擬場景中起到了十分重要的作用，實(shí)現(xiàn)包括攝像機(jī)在內(nèi)的人物與虛擬場景之間的有效融合。該項(xiàng)技術(shù)會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境采取不同的方式來實(shí)現(xiàn)效果，從而在真實(shí)與虛幻之間靈活切換。常見的攝像機(jī)跟蹤技術(shù)有圖形識(shí)別、機(jī)械傳感、紅外線傳感和超聲波傳感，這幾種方式各有利弊，在不同的環(huán)境中會(huì)采取不同的方式[3]。

在虛擬演播室節(jié)目制作過程中，一般會(huì)配備2-3臺(tái)攝像機(jī)，同時(shí)攝像機(jī)還有運(yùn)動(dòng)檢測與識(shí)別系統(tǒng)，主要是監(jiān)測攝像機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)圖形工作站進(jìn)行大量的計(jì)算。此時(shí)此刻，不只是現(xiàn)場攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng)，虛擬攝像機(jī)也會(huì)隨著真實(shí)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)而對(duì)其進(jìn)行同步的、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，牢牢將其作為目標(biāo)進(jìn)行鎖定。

2.2 輔助攝像機(jī)技術(shù)

輔助攝像機(jī)技術(shù)主要是以圖形識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的一種專門利用小型攝像機(jī)獲取演播室攝像機(jī)各種參數(shù)的一種技術(shù)。輔助攝像機(jī)使用十分方便，可以安裝在任何一個(gè)演播室攝像機(jī)頂端，格子圖案可以安裝在攝像師的后方、側(cè)墻或天花板上，以任意一種色彩方式呈現(xiàn)。格子圖案的捕捉一般需要輔助攝像機(jī)和攝像機(jī)的共同配合，前者是輔助拍攝的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行捕捉，后者則需要完成相應(yīng)的拍攝工作，得到格子圖案之后，會(huì)結(jié)合其提供的信號(hào)獲取關(guān)于拍攝攝像機(jī)的所有數(shù)據(jù)。輔助攝像機(jī)技術(shù)可以幫助演播室攝像機(jī)不受任何拘束和限制地去拍攝，以多角度、多種運(yùn)動(dòng)方式參與到拍攝之中[4]。

2.3 “垃圾色塊”技術(shù)

“垃圾色塊”技術(shù)的誕生主要是為了填補(bǔ)攝像機(jī)拍攝過程中出現(xiàn)的穿幫現(xiàn)象。制作節(jié)目難免出現(xiàn)問題，一些問題則是由于攝像機(jī)的“無心之過”造成的，當(dāng)攝像機(jī)捕捉到非藍(lán)區(qū)域時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)穿幫鏡頭，“垃圾色塊”技術(shù)就可以自動(dòng)填充非藍(lán)區(qū)域，利用其背景保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)完美拍攝，還可以擴(kuò)大演播范圍，不會(huì)僅局限于演播室的藍(lán)色背景范圍。采用“垃圾色塊”技術(shù)還可以制作虛擬天花板。

2.4 計(jì)算機(jī)虛擬場景生成技術(shù)

計(jì)算機(jī)虛擬場景生成技術(shù)是虛擬演播室系統(tǒng)中非常重要的一種技術(shù)，其主要是通過小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)虛擬演播室的控制中心和節(jié)目制作導(dǎo)演處。虛擬演播室中的計(jì)算機(jī)不僅可以制作三維虛擬場景，還需要傳遞相關(guān)圖像數(shù)據(jù)，配合跟蹤器“跟蹤”得到的全套數(shù)據(jù)，開展智能處理和復(fù)雜的計(jì)算，一切只為確保虛實(shí)場景可以實(shí)現(xiàn)天衣無縫的融合[5]。

在虛擬節(jié)目中，需要建立三維模型，這是非常重要的一項(xiàng)任務(wù)。三維模型是由計(jì)算機(jī)來制作的，盡管虛擬演播室的背景圖像可以多種多樣，但是三維模型是使用頻率最高的虛擬場景。虛擬演播室的三維模型不同于傳統(tǒng)電視節(jié)目后期制作和三維動(dòng)畫技術(shù)，其可以充滿想象力，充分融入主創(chuàng)人員的創(chuàng)意，可以制作出別具一格、煥然一新的虛擬場景，充分滿足觀眾的視覺需求，帶來十分震撼的視覺效果。

為了提升場景的真實(shí)感，還可以利用建模軟件對(duì)燈光、模型的參數(shù)進(jìn)行合理控制，給場景添磚加瓦，不斷潤色，使場景更加真實(shí)。在虛擬場景中主持人可以不斷走動(dòng)，場景中的虛擬物體也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)移動(dòng)，主持人可以與虛擬物體充分互動(dòng)，甚至隱藏在物體里面。

2.5 燈光技術(shù)

在電視節(jié)目制作中，燈光技術(shù)不可或缺，同樣，在虛擬演播室中也是重要的技術(shù)之一。所有燈光都要為藍(lán)色空間場地基色服務(wù)，以適應(yīng)色鍵器摳圖的技術(shù)要求。在燈光技術(shù)中，能否實(shí)現(xiàn)合理補(bǔ)光是提升場景真實(shí)感的有效途徑。因?yàn)樵谔摂M演播室中，燈光的處理要求因無限藍(lán)箱而提升，對(duì)布光方法也提出了新的要求。一方面，地面和墻面的光線要做到均勻，不能有陰影，將人物主體與藍(lán)色背景之間布光的比例進(jìn)行合理設(shè)置；另一方面，需要有效協(xié)調(diào)真實(shí)燈光與虛擬系統(tǒng)的場景光效關(guān)系，使場景更加真實(shí)[6]。

2.6 色鍵技術(shù)

色鍵技術(shù)主要是確保虛擬演播室中的真實(shí)前景與虛擬背景有效結(jié)合。要求色鍵具有縱深方向的信息，即虛擬攝像機(jī)到每個(gè)像素的距離。該技術(shù)可稱之為深度鍵，與傳統(tǒng)色鍵技術(shù)相比，深度鍵摳圖效果更加逼真。因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的色鍵技術(shù)需要將主持人將藍(lán)色幕布中提取，隨之會(huì)產(chǎn)生一個(gè)前景遮擋信號(hào)，利用深度鍵發(fā)生器求出鍵的深度值。深度鍵是對(duì)傳統(tǒng)摳像技術(shù)的深化，能夠確保主持人或者演員與虛擬場景的位置始終正確，實(shí)現(xiàn)其與虛擬物體前面與后面、甚至隱藏到物體中的真實(shí)效果[7]。這對(duì)于觀眾而言，會(huì)產(chǎn)生良好的視覺效果和真實(shí)的感覺。

2.7 藍(lán)箱技術(shù)

藍(lán)箱技術(shù)的應(yīng)用與色鍵像的質(zhì)量息息相關(guān)，其原理是利用藍(lán)背景配合主持人或者演員表演，是真實(shí)場景與虛擬場景生成的基本依據(jù)，藍(lán)背景可以采用藍(lán)色幕布或者藍(lán)色背景漆。進(jìn)行藍(lán)箱設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到兩點(diǎn)：一是合適的空間結(jié)構(gòu)，以及藍(lán)箱的形狀大小要結(jié)合虛擬演播室的機(jī)位。通常要選擇面積適宜的小演播室作為虛擬實(shí)驗(yàn)室，使空間結(jié)構(gòu)更加合理；二是制作工藝。因?yàn)樗{(lán)背景要配合表演者的行為，因此，重點(diǎn)就是背景制作。一般會(huì)選擇藍(lán)色作為背景主顏色，這是因?yàn)樗{(lán)色可以保護(hù)人的皮膚顏色，也會(huì)為人們帶來愉快的工作享受。為了保證色鍵效果，藍(lán)背景漆應(yīng)使用添加有阻燃劑、啞光、具有一定耐磨度的純正的色鍵藍(lán)色。

當(dāng)然，除了這些技術(shù)之外，還有虛擬陰影及反射、虛擬散焦、高速數(shù)字視頻處理等。在虛擬演播室中，這些技術(shù)都有針對(duì)性的應(yīng)用環(huán)節(jié)，不過，其重點(diǎn)都是要增強(qiáng)場景的真實(shí)感，為觀眾帶來良好的視覺效果。

結(jié)語

綜上所述，虛擬演播室有許多優(yōu)勢，真實(shí)背景與虛擬背景的完美結(jié)合大大提高了節(jié)目的質(zhì)量。通常，在新聞、娛樂訪談、天氣預(yù)報(bào)等節(jié)目中時(shí)常會(huì)應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)，制作一個(gè)場景可以多次利用，大大減少節(jié)目制作的成本和精力。虛擬演播室技術(shù)是電視目制作技術(shù)的一次飛躍，發(fā)展前景十分廣闊。

[1]張淑潔.數(shù)字技術(shù)在虛擬演播室節(jié)目制作中的應(yīng)用與研究[J]. 科技傳播，2017，9（3）：92-93.

[2]宋燕燕，王莉莉，周靈. 高校虛擬演播室系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 中國有線電視，2011（4）：529-532.

[3]王欣，劉鐵軍，李鳳鴿. 虛擬演播室系統(tǒng)及其在高校中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代交際，2015（5）：197-197.

[4]張杰. 校園電視臺(tái)虛擬演播室燈光設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J]. 江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016， 22（6）：17-20.

[5]胡琨，舒鈺純. 虛擬技術(shù)在江西廣播電視臺(tái)全媒體演播室的應(yīng)用[J]. 科技視界，2017（12）：96-96.

[6]康璐晨. 廣播電視制作技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向研究[J]. 西部廣播電視，2015（1）：150-150.

[7]董志彪，曲向東. 虛擬演播室系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)評(píng)判方法的探討[J]. 電視字幕（特技與動(dòng)畫），2007（07）：20-22.

TN948.12

A

1671-0134（2017）11-064-02

10.19483/j.cnki.11-4653/n.2017.11.018

吉林電視臺(tái)）