虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬演播室中的應(yīng)用與實現(xiàn)

李龍珠

【摘要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種利用仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)相結(jié)合的新型技術(shù)，能夠?qū)⑷藗儙氲揭暵犛|覺一體化的虛擬環(huán)境之中。利用該技術(shù)所構(gòu)建的虛擬演播室目前在各種大型晚會中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠營造出絢麗多彩的舞臺效果，從而給人們帶來不一樣的視覺體驗。因此，本文首先將概述虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬演播室之間的關(guān)系，然后詳細(xì)闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬演播室中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，最后分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬演播室的未來發(fā)展前景，希望可以為相關(guān)工作人員提供有用的參考。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù);虛擬演播室;應(yīng)用;關(guān)鍵點(diǎn);發(fā)展前景

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.009

目前在商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的虛擬演播室系統(tǒng)中，大多數(shù)都是基于獨(dú)立的工作站平臺經(jīng)開發(fā)而獲取的，其應(yīng)用價格相對來說較為高昂。這就導(dǎo)致一些小型電視臺往往無法承受這么高昂的成本。因此，就需要積極的探索低成本的虛擬演播室系統(tǒng)，才可以有效擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。有研究資料顯示，利用普通個人計算機(jī)就可以實現(xiàn)虛擬演播技術(shù)，這種新型的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在控制以及成本上都有著很好的發(fā)展前景，能夠很好的應(yīng)用到各種中小型電視臺。

1. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬演播室之間的關(guān)系

虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前在各個領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用，這項技術(shù)可以說是未來的主要發(fā)展方向。該技術(shù)主要是利用人類的生理特點(diǎn)，我們?nèi)祟悓ζ矫娑S圖像的敏感性，相比空間三維圖像有著明顯的差異。通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為我們呈現(xiàn)出三維圖像，可以使人們更好的認(rèn)識到事物時間的關(guān)系以及趨勢。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅可以表現(xiàn)出某一特定的顯示環(huán)境，還可以構(gòu)建出一些特殊的幻想世界，這就對現(xiàn)代的電視節(jié)目帶來了極大的沖擊。尤其是對新聞演播節(jié)目來說，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入其中，能夠使播放的新聞更加吸引觀眾的眼球，提高新聞節(jié)目的播出效果，還可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠升華人們的邏輯思維。尤其是隨著現(xiàn)如今各種先進(jìn)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使電視節(jié)目的制作方式也有了極大的改進(jìn)。而虛擬演播室技術(shù)則源于色鍵技術(shù)，是一種將計算機(jī)技術(shù)與視頻技術(shù)相結(jié)合的形式，計算機(jī)技術(shù)在其中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，使演播室可以擺脫實景的限制。通過對攝像機(jī)的鏡頭以及位置進(jìn)行調(diào)整，從而使計算機(jī)中的“虛擬攝像機(jī)”也隨之發(fā)生改變，從而就可以營造出同步的虛擬場景，營造出真實自然的虛擬畫面。

2. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬演播室中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 演播室燈光的特殊要求

在利用虛擬演播室技術(shù)制作電視節(jié)目時，對燈光的合理控制尤為重要。需要通過燈光有效的消除多余的陰影，才能夠使色鍵的效果得到充分的保證。同時，還需要科學(xué)的對燈光進(jìn)行布置和調(diào)配，保證虛擬背景的照明亮度能夠前景相匹配。節(jié)目主持人以及其所需要使用到各種真實道具，需要在藍(lán)箱的投影中，一同進(jìn)入到虛擬世界之中，才可以保證畫面的完整性。一旦節(jié)目主持人在演播室中的陰影無法與虛擬場景中的陰影相匹配，就會影響電視節(jié)目所呈現(xiàn)出的質(zhì)量。所以，為了能夠有效的提取陰影，在設(shè)置燈光時，需要保證背景藍(lán)幕布中所使用藍(lán)色電平，要與陰影處的藍(lán)色電平產(chǎn)生差異。并且，各種事物和人物的影子也需要與虛擬世界中的光源方向相符，這樣才可以提高燈光的真實性。所以，在虛擬演播室技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要保證虛擬合成光源能夠與現(xiàn)實世界的光源進(jìn)行同步變化，條件允許的情況下可以通過計算機(jī)對演播室的燈光進(jìn)行控制，并將各種燈光用具的設(shè)置方式進(jìn)行保存。

2.2 攝像機(jī)跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

首個虛擬演播室系統(tǒng)誕生于上世紀(jì)90年代中期的美國，當(dāng)時的電視節(jié)目使用了能夠上下左右運(yùn)動的攝像機(jī)基座，通過使用精確的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以對攝像機(jī)的拍攝方向進(jìn)行合理設(shè)計。并且，還是用一種專門用于采集電子新聞以及電子現(xiàn)場節(jié)目鏡頭的特殊編碼器，可以先實現(xiàn)對鏡頭聚焦設(shè)置參數(shù)以及推拉參數(shù)進(jìn)行朱期內(nèi)的設(shè)置。通過利用該編碼器，可以使每一個攝像機(jī)和鏡頭與高性能計算機(jī)相連接，科學(xué)的對每一個攝像機(jī)鏡頭進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以使?fàn)I造的虛擬場景隨之發(fā)生變化，從而實現(xiàn)虛擬演播室的制作。

目前，在虛擬演播室中，攝像機(jī)所用的跟蹤技術(shù)主要可以分為機(jī)械傳感器以及圖形識別兩種類型。在利用圖形識別技術(shù)制作虛擬演播室的過程中，能夠根據(jù)實際的需求，對攝像機(jī)的動作參數(shù)以及位置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而拍攝出相應(yīng)的畫面，再將畫面?zhèn)鬏數(shù)綌?shù)字視頻處理器中，通過計算拍攝畫面的透視關(guān)系以及旋轉(zhuǎn)關(guān)系，這樣就可以呈現(xiàn)出虛擬的場景。而利用機(jī)械傳感器對虛擬演播室進(jìn)行構(gòu)建的過程中，主要是利用攝像機(jī)上的傳感器記錄其動作參數(shù)，再將獲取的位置參數(shù)輸入到計算機(jī)之中。這樣將虛擬演播室中所使用的攝像機(jī)鏡頭安裝在特殊的托架上，將編碼器與其相連，就可以獲取更為全面的參數(shù)，這樣在拍攝時就可以按照固定的程序?qū)z像機(jī)進(jìn)行操作。

2.3 計算機(jī)技術(shù)參與節(jié)目制作

通常情況下，在虛擬演播室系統(tǒng)中，需要有不少于兩套的計算機(jī)系統(tǒng)，其中一套用于對攝像機(jī)的跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，另一套則負(fù)責(zé)制作虛擬演播室的場景。前者都使用高配置的微型計算機(jī)，后者則需要計算機(jī)具有較高的計算能力，可以完成多種任務(wù)，并需要具備良好的繪畫能力，可以支持實時操作，這樣才可以更好對各種設(shè)備進(jìn)行操作。

2.4 建立背景與藍(lán)背景

在對虛擬演播室的藍(lán)背景進(jìn)行制作時，最基本的要求就是要具有空間感，并且要背景平滑。通常需要使用兩面（及以上）藍(lán)色墻，為了保證全景鏡頭的使用，還需要對地面進(jìn)行處理，并保證照射在背景上的光線要均勻。同時，為了提高色鍵效果，需要使用純正的色鍵藍(lán)色。在布置藍(lán)背景的過程中，需要充分考慮節(jié)目主持人的活動區(qū)域，還要保證所有道具都可以被容納其中。虛擬演播室的背景不僅可以使靜止的，還可以是動態(tài)的。這就需要通過計算機(jī)制作相應(yīng)的二維或者是三維圖形。在構(gòu)建的過程中，首先是要對場景中的所有事物進(jìn)行建模，合理設(shè)計各種物體的外形和尺寸，其次則需要對虛擬燈光進(jìn)行合理的布置，確定陰影、反射以及折射等各種參數(shù)，最后利用攝像機(jī)傳感器制作虛擬攝像機(jī)，對虛擬的畫面進(jìn)行拍攝，從而構(gòu)建出虛擬背景。

2.5 鍵信號處理與圖像合成

虛擬演播室節(jié)目的質(zhì)量不僅與攝像機(jī)、制作環(huán)境、藍(lán)背景以及燈光等多種因素有關(guān)，色鍵的制作也會對虛擬演播室節(jié)目的質(zhì)量造成影響。尤其是色鍵器的質(zhì)量更是其中的關(guān)鍵性因素。在制作節(jié)目的過程中，需要將背景圖像充分混合前景，才可以保證整個場景的完整性。這些操作都需要利用色鍵合成器，通常兩個色鍵器就可以對攝像機(jī)所拍攝的圖形完成疊化效果的制作，在虛擬攝像機(jī)切換的過程中，切換器就需要做好疊化準(zhǔn)備，然后將獲取的圖像通過計算機(jī)進(jìn)行處理，就可以獲得完整的電視圖像。

3. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬演播室的未來發(fā)展前景

虛擬演播室技術(shù)最為關(guān)鍵性的作用就可以更好的傳播各種新聞信息，提高新聞信息的交互性以及感染力。在常規(guī)的電視節(jié)目中，將會受到色鍵的直接限制。而色鍵主要是在二維平面空間運(yùn)作，在對色鍵前景畫面進(jìn)行拍攝時，攝像機(jī)不管是變焦、移動、左右搖動以及上下擺動，都不會對色鍵的背景畫面造成影響。但是，在應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)時，需要根據(jù)相應(yīng)的比例，進(jìn)行合理的布景，這就造成攝像機(jī)在移動的過程中，前景與虛擬的布景都會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣就可以大幅提高電視節(jié)目的真實感。同時，在使用虛擬場景時，還具有經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以有效降低布景的費(fèi)用，并可以方便電視節(jié)目更換場景，不需要在對景物進(jìn)行移動和調(diào)整，從而能夠有效降低工作人員的工作壓力。但是需要注意的是，針對單集片，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性無法充分體現(xiàn)。然而，如果在系列節(jié)目，需要長期使用各種背景，但是攝像機(jī)的位置不會改變的情況下，這就可以使用虛擬演播室技術(shù)，減少相應(yīng)的資金。并且，虛擬演播室技術(shù)在制作上還具有十分明顯的優(yōu)勢，能夠有效擴(kuò)大制作人員的選擇余地，幫助他們擺脫場景的樹木。特別是即使不同的電視節(jié)目，也可以使用相同的演播室。制作的虛擬背景還可以儲存起來，實現(xiàn)重復(fù)利用。制作人員也可以充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)作力，提高背景的制作知識量。

但是，虛擬演播室技術(shù)雖然具有很多的優(yōu)點(diǎn)，并具有十分廣闊的發(fā)展前景。然而，也存在著一定的局限性。主要是傳統(tǒng)的電視工作人員對這種新的電視節(jié)目形式無法適應(yīng)，難以有過去的二維平面轉(zhuǎn)換為三維立體空間，需要對他們進(jìn)行再次培訓(xùn)之后，才可以使他們更好的適應(yīng)自己的崗位工作。同時，在燈光設(shè)計方面與傳統(tǒng)的也存在著較大的區(qū)別。這是因為不管是真實世界還是虛擬世界都必然需要有相應(yīng)的燈光照明。這就導(dǎo)致燈光師不僅需要對真實世界的燈光進(jìn)行設(shè)計，還需要合理的設(shè)計虛擬世界的燈光，并使兩者可以相互協(xié)調(diào)、交相呼應(yīng)，才可以避免互相干擾的問題發(fā)生。同時，為了保證虛擬演播室的布景更加真實可靠，還需要有相應(yīng)的高素質(zhì)人才，布景人員不僅需要掌握相應(yīng)的建筑理念，還需要具有計算機(jī)圖像操作的經(jīng)驗，才可以更好的完成布景工作。

4. 結(jié)束語

總而言之，現(xiàn)如今虛擬演播室技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其發(fā)展勢頭也十分迅猛。通過觀察我國目前的電視節(jié)目來看，虛擬演播室技術(shù)可以說是尤為常見。但是，這也暴露出了很多的問題，比如虛擬背景融合效果較差、攝像機(jī)變焦時會對視頻流暢性造成影響以及虛擬物體的形態(tài)與形態(tài)過于生硬等。這主要是因為虛擬演播室技術(shù)主要是利用圖形計算機(jī)以及攝像機(jī)追蹤系統(tǒng)有關(guān)，只有將這兩者有效結(jié)合，才能夠使背景與前景的畫面能夠同步改變，并促使前景的任務(wù)能夠自由的在虛擬背景之中穿插，并有效的融合到一起。所以，為了更好的發(fā)揮虛擬演播室技術(shù)的作用，需要提高虛擬模型的適用性，并對三維數(shù)據(jù)做好延伸，才可以更好的保證圖像和視頻的質(zhì)量，避免出現(xiàn)“穿幫”的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]林鐄，陳龍，路慧.高清虛擬演播室建設(shè)的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2019，38（12）：274-277+287.

[2]徐穎，歐健俊，鄧文博.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究與探討[J].教育現(xiàn)代化，2020，v.7（16）：96-97.

[3]吳尚儒.數(shù)字媒體藝術(shù)創(chuàng)作中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人工智能應(yīng)用[J].信息記錄材料，2020，v.21（1）：112-113.

[4]單盛.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬校園系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)[J].山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報，2020，v.37;No.205（4）：36-38.