虛擬演播室技術(shù)在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

孫 濤，萬(wàn)海偉，談鶴然

（1.杭州市蕭山區(qū)融媒體中心，浙江 杭州 311201；2.西藏廣播電視臺(tái)，西藏 拉薩 850000；3.遼寧廣播電視集團(tuán)（遼寧廣播電視臺(tái)），遼寧 沈陽(yáng) 110820）

0 引 言

1984年，美國(guó)VPL公司的JARON L首次提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念，此時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還僅被用于航天、軍工等專業(yè)領(lǐng)域。近些年，虛擬演播室技術(shù)發(fā)展迅速，且被廣泛應(yīng)用于電視節(jié)目制作中。2019年3月至2019年12月期間，用戶通過(guò)谷歌對(duì)“虛擬演播室”總共進(jìn)行69 300次搜索[1]。2020年3月至2020年12月，“虛擬演播室”的搜索量增長(zhǎng)了90%，總計(jì)132 300次，其中包括“虛擬新聞室”（同比增長(zhǎng)190%）、“虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)”（同比增長(zhǎng)125%）和“3D虛擬場(chǎng)景”（同比增長(zhǎng)264%）。受眾對(duì)電視節(jié)目的要求不斷提高。充分發(fā)揮虛擬演播室技術(shù)在電視節(jié)目制作中的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目效果的全面優(yōu)化，能夠滿足受眾觀看高清晰電視節(jié)目的要求。

1 虛擬演播室技術(shù)的概念與工作原理

1.1 虛擬演播室技術(shù)的概念

虛擬演播室技術(shù)是電視節(jié)目制作的一種特殊技術(shù)，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，與系統(tǒng)跟蹤、節(jié)目拍攝、摳像以及三維動(dòng)畫等技術(shù)相結(jié)合，制作電視節(jié)目虛擬場(chǎng)景。虛擬演播室技術(shù)的本質(zhì)在于，對(duì)攝像機(jī)所拍人物互動(dòng)圖像與計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫進(jìn)行數(shù)字化融合，同步實(shí)現(xiàn)人物互動(dòng)和演播室內(nèi)容的信息整合，最終呈現(xiàn)出清晰度較高的電視節(jié)目畫面[2]。

1.2 虛擬演播室技術(shù)的工作原理

虛擬演播室技術(shù)的構(gòu)成主要包括攝像機(jī)、控制機(jī)、切換設(shè)備、跟蹤系統(tǒng)、色鍵器、虛擬背景渲染服務(wù)器以及延時(shí)器等設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬演播室技術(shù)工作原理圖

虛擬演播室技術(shù)的工作原理是：主持人站在藍(lán)箱中主持電視節(jié)目，攝像機(jī)正常拍攝，后期制作時(shí)應(yīng)用色鍵技術(shù)摳除攝像機(jī)所拍攝的藍(lán)色背景圖，僅保留主持人和前景圖像；攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)對(duì)鏡頭與攝像機(jī)成像和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)參數(shù)虛構(gòu)虛擬攝像機(jī)；計(jì)算機(jī)依照虛擬攝像機(jī)所提供的成像參數(shù)設(shè)計(jì)虛擬場(chǎng)景，同時(shí)與前景圖像形成無(wú)縫銜接的透視關(guān)系，最后通過(guò)圖像合成系統(tǒng)將背景圖像、前景圖像整合為一幅圖像，保證前景與背景畫面的三維透視關(guān)系、運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及成像參數(shù)保持一致，使觀眾能夠觀看到逼真、自然的電視合成畫面。

2 虛擬演播室的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬背景生成系統(tǒng)

不同于傳統(tǒng)演播室技術(shù)，虛擬演播室技術(shù)利用計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫構(gòu)建虛擬背景，其中包括拍攝所需的影像、道具等。虛擬背景中，攝像機(jī)并非僅拍攝人物及其活動(dòng)區(qū)域，還會(huì)拍攝虛擬畫面后期需要應(yīng)用的區(qū)域。攝像機(jī)拍攝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)背景統(tǒng)一選擇藍(lán)色，將藍(lán)色當(dāng)作摳像基礎(chǔ)顏色。多組攝像機(jī)對(duì)人物素材完成多角度拍攝后，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫構(gòu)建虛擬背景，再融合人物素材和虛擬背景。虛擬背景創(chuàng)建過(guò)程必須遵循以下原則。

（1）虛擬演播室背景長(zhǎng)期保持光滑，且具有立體感[3]。

（2）根據(jù)構(gòu)建虛擬畫面與人物移動(dòng)所需范圍布置藍(lán)色背景，確保所有拍攝區(qū)域均在背景范圍內(nèi)。

（3）預(yù)留放置道具的充足空間。如果某些道具無(wú)法實(shí)現(xiàn)藍(lán)色背景覆蓋，可將其涂為藍(lán)色，以便與計(jì)算機(jī)虛擬成像相配合。例如，拍攝人物在廚房做飯的場(chǎng)景時(shí)，可將幾何立體物體涂為藍(lán)色，當(dāng)作虛擬灶臺(tái)所生成背景，再通過(guò)計(jì)算機(jī)生成虛擬灶臺(tái)。

2.2 攝像機(jī)跟蹤技術(shù)

虛擬演播室的攝像機(jī)跟蹤技術(shù)分為位置偵測(cè)模式、機(jī)械傳感模式以及畫面識(shí)別模式三種模式。其中，機(jī)械傳感模式先對(duì)攝像機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，主持人可在藍(lán)色背景中活動(dòng)，但所有攝像機(jī)必須配備跟蹤設(shè)備。安裝跟蹤設(shè)備后的攝像機(jī)，也會(huì)增加移動(dòng)期間的定位與校正難度。畫面識(shí)別模式通過(guò)跟蹤設(shè)備協(xié)調(diào)攝像設(shè)備，工作期間無(wú)需再校準(zhǔn)攝像設(shè)備，但必須提取畫面和數(shù)據(jù)分析，主持人活動(dòng)也會(huì)受限。位置偵測(cè)模式則是將定位儀器安裝在攝像機(jī)中，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)傳送位置信息。

2.3 視頻色鍵合成系統(tǒng)

虛擬演播室技術(shù)中，視頻色鍵合成系統(tǒng)是通過(guò)色鍵技術(shù)分離背景圖和人物，再通過(guò)計(jì)算機(jī)將人物和虛擬背景融合起來(lái)，形成虛擬演播系統(tǒng)。為提高電視節(jié)目畫面品質(zhì)，通過(guò)合成圖像處理技術(shù)增強(qiáng)畫面真實(shí)感。通常，虛擬攝像頭和現(xiàn)實(shí)攝像頭數(shù)量相同，唯一的差別是信號(hào)源不同。

3 虛擬演播室用于電視節(jié)目制作中的優(yōu)勢(shì)

電視節(jié)目制作中應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)。

（1）節(jié)約電視節(jié)目制作成本的同時(shí)，還能提升電視節(jié)目制作效率。近年來(lái)，大眾生活質(zhì)量越來(lái)越高，以往電視節(jié)目已經(jīng)很難滿足大眾審美需求。應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)，不僅能滿足受眾需求，而且減少了節(jié)目拍攝所需人、財(cái)、物的消耗，能夠節(jié)約電視節(jié)目制作時(shí)間，提升電視節(jié)目制作效率[4]。

（2）虛擬演播室技術(shù)能夠優(yōu)化電視節(jié)目畫面感，使節(jié)目呈現(xiàn)效果更佳。虛擬演播室技術(shù)實(shí)時(shí)合成電視節(jié)目拍攝圖像和三維動(dòng)畫，提升電視節(jié)目像素清晰度。

（3）虛擬演播室技術(shù)有助于電視節(jié)目制片方發(fā)揮創(chuàng)造力與想象力。制片方通過(guò)虛擬演播室技術(shù)制作電視節(jié)目，通常不會(huì)受空間、時(shí)間以及資金等條件束縛，可自由發(fā)揮想象力，從而創(chuàng)作出與受眾審美需求相符合的電視節(jié)目。

4 虛擬演播室技術(shù)在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

4.1 新聞?lì)愲娨暪?jié)目

通過(guò)虛擬演播廳拍攝新聞?lì)惞?jié)目，必須注重新聞時(shí)效性，緊抓時(shí)代熱點(diǎn)和時(shí)代發(fā)展方向。通常，新聞節(jié)目制作方都擁有拍攝演播室，但考慮到電視節(jié)目收益與成本，會(huì)將虛擬演播室當(dāng)作重點(diǎn)拍攝環(huán)境。新聞?lì)惞?jié)目的功能主要在于傳遞新聞資訊，將精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的新聞資訊傳遞給受眾。拍攝新聞電視節(jié)目期間，主持人的信息傳播任務(wù)艱巨，這是新聞節(jié)目的重要組成部分。應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)拍攝過(guò)程中，要先利用攝像機(jī)位移技術(shù)拍攝人像，再摳取與捕捉人像，同時(shí)攝像機(jī)傳感器模擬拍攝虛擬背景，合成主持人和虛擬背景，形成全新的新聞?lì)愲娨暪?jié)目[5]。

新聞?lì)愲娨暪?jié)目需要異地采訪，由于受空間、時(shí)間等限制，新聞?lì)惞?jié)目的異地拍攝成本較高，該情況下可發(fā)揮虛擬演播室的作用。電視節(jié)目制作方利用人像摳像機(jī)器處理所接收的外地?cái)?shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)其摳像后，向虛擬演播室發(fā)送所有數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入虛擬演播室，將背景切換為虛擬演播室，即可保證主持人如同置身新聞現(xiàn)場(chǎng)。2022年兩會(huì)期間，央視網(wǎng)推出《兩會(huì)C+時(shí)刻》節(jié)目，打造極具“科技感”的虛擬演播室，融合實(shí)時(shí)面部+動(dòng)作捕捉、實(shí)時(shí)渲染、深度學(xué)習(xí)等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字虛擬主播、嘉賓和虛擬場(chǎng)景共同融合，打造極具“視覺(jué)穿透力”的虛實(shí)場(chǎng)景。

4.2 綜藝類電視節(jié)目

與新聞?lì)愲娨暪?jié)目相比，綜藝類節(jié)目具有娛樂(lè)性、靈活性以及生動(dòng)性特征，制作節(jié)目時(shí)更重視視覺(jué)體驗(yàn)與節(jié)目感染力。綜藝類節(jié)目劇情起伏線比較大，經(jīng)常會(huì)將出乎意料的節(jié)目效果和劇情變化帶給觀眾，因此綜藝節(jié)目的受眾范圍更廣泛，感染力也更強(qiáng)。為制作出優(yōu)秀的綜藝節(jié)目，制片方可以科學(xué)利用虛擬演播室技術(shù)，通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)裝飾綜藝類電視節(jié)目，以優(yōu)化電視節(jié)目呈現(xiàn)效果[6]。例如，河南電視臺(tái)通過(guò)虛擬演播室技術(shù)制作娛樂(lè)節(jié)目，憑借傳統(tǒng)文化類節(jié)目奇妙游系列成功出圈，同時(shí)引入科技手段，聯(lián)合七維科技打造了拓展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）沉浸式演播室。虛擬演播室建成后，河南電視臺(tái)采用XR技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，通過(guò)新科技在演播室打造虛擬仿真沉浸式場(chǎng)景，省去了前期置景時(shí)間，提高了拍攝效率。河南衛(wèi)視基于七維科技提供的XR技術(shù)屢屢拍攝出圈作品，如《七夕奇妙游》《非凡十年 出彩中原》《梨園春》等。科技的加入，既符合去娛樂(lè)化的要求，也能夠使節(jié)目亮點(diǎn)頻出，吸引到更多的電視觀眾。通過(guò)虛擬演播室技術(shù)切換節(jié)目場(chǎng)景的過(guò)程中，應(yīng)充分利用視頻、音頻以及圖片等，不斷提升娛樂(lè)電視節(jié)目地觀賞體驗(yàn)，同時(shí)增強(qiáng)各節(jié)目環(huán)節(jié)的緊密性與串聯(lián)性。

4.3 訪談?lì)愲娨暪?jié)目

拍攝訪談?lì)愲娨暪?jié)目，需要重點(diǎn)把握節(jié)目空間轉(zhuǎn)換問(wèn)題，保證節(jié)目主持人與嘉賓、現(xiàn)場(chǎng)等無(wú)縫銜接，適時(shí)調(diào)整拍攝角度，確保人物發(fā)言過(guò)程中鏡頭空間充足，防止出現(xiàn)圖像偏移或者畫面失衡等問(wèn)題。布置訪談?lì)惞?jié)目拍攝現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，主持人與嘉賓之間需要留有足夠的社交距離，防止因訪談畫面太遠(yuǎn)或太近而造成主持人與嘉賓尷尬。通過(guò)虛擬演播室技術(shù)，制片方可在訪談?lì)惞?jié)目演播室加入墻畫、花瓶、贊助物品等裝飾性道具，以緩解訪談中的緊張氛圍。訪談?lì)惞?jié)目還可以利用虛擬演播室技術(shù)，使主持人置身于焦點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以增加訪談節(jié)目的真實(shí)性[7]。例如，2022年4月，中央電視臺(tái)知名電視節(jié)目《焦點(diǎn)訪談》全新改版。改版之后的《焦點(diǎn)訪談》節(jié)目實(shí)現(xiàn)了全面虛擬場(chǎng)景直播化，演播室內(nèi)不再有主播臺(tái)，主持人置身于一個(gè)虛擬場(chǎng)景中，給人一種強(qiáng)烈的現(xiàn)場(chǎng)感。此次《焦點(diǎn)訪談》演播室改版也是央視寬屏改版之后，《焦點(diǎn)訪談》首次全程使用虛擬制景錄制串聯(lián)?！冻琕對(duì)話》節(jié)目作為國(guó)內(nèi)首檔VR虛擬訪談節(jié)目，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)更新?lián)Q代帶來(lái)的巨大紅利，與行業(yè)重量級(jí)嘉賓一起探索VR、AR以及5G對(duì)未來(lái)生活、娛樂(lè)、工作、教育等方面帶來(lái)的變革。節(jié)目采用VSWORK虛擬空間應(yīng)用，將節(jié)目場(chǎng)景設(shè)定在遙遠(yuǎn)的外太空飛船中，與嘉賓共同體驗(yàn)外太空之旅。主持人和嘉賓的角色采用照片建模，擬真還原本人的真實(shí)容貌，讓“面對(duì)面”溝通看起來(lái)更真實(shí)、更沉浸。量與呈現(xiàn)效果的同時(shí)，促進(jìn)電視節(jié)目制作高效發(fā)展。

5 結(jié) 語(yǔ)

新媒體時(shí)代下，電視節(jié)目制作中應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)，可突破時(shí)間和空間限制，基于電視節(jié)目制作需求，開(kāi)發(fā)出最佳場(chǎng)景效果。通過(guò)拓展電視節(jié)目制作范圍與拍攝方法，拍攝出極具創(chuàng)意且內(nèi)容豐富的電視節(jié)目，在節(jié)約節(jié)目拍攝成本的同時(shí)，也提升了電視節(jié)目呈現(xiàn)效果，為觀眾帶來(lái)娛樂(lè)性、新穎性以及創(chuàng)意性節(jié)目觀看體驗(yàn)。除此之外，電視節(jié)目制片方還需要進(jìn)一步挖掘與創(chuàng)新虛擬演播室技術(shù)，在提升節(jié)目質(zhì)