融媒體時(shí)代虛擬演播技術(shù)在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用研究

姚文峰 陳麗娜

（作者單位：西平縣融媒體中心）

融媒體時(shí)代，虛擬演播室技術(shù)可以打破電視節(jié)目制作中存在的時(shí)空區(qū)域限制，提升電視節(jié)目自身的觀看效果，同時(shí)也能夠縮減電視節(jié)目制作成本[1]?；诖耍恼轮饕獙?duì)虛擬演播室技術(shù)進(jìn)行研究和分析，以期對(duì)虛擬演播室技術(shù)在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全方位的了解和把握。

1 虛擬演播技術(shù)分析

1.1 概述

虛擬演播技術(shù)，是一種新型的電視節(jié)目制作技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)演播室真實(shí)內(nèi)容和計(jì)算機(jī)虛擬制作場(chǎng)景的有效融合應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)虛擬成像技術(shù)和傳統(tǒng)色鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)的融合交互發(fā)展呈現(xiàn)，使電視節(jié)目質(zhì)量可以得到有效提升。色鍵摳像技術(shù)主要是傳統(tǒng)電視節(jié)目制作過程中利用的技術(shù)，具有一定缺點(diǎn)，在節(jié)目的前景和后景制作方面，產(chǎn)生的頭飾效果相對(duì)較差，給人以前景、后景漂浮的感覺和體驗(yàn)，有一種違和感，對(duì)于此問題，可以利用虛擬演播技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)。虛擬演播技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要及時(shí)進(jìn)行相機(jī)拍攝參數(shù)數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)，利用跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的調(diào)整，保證前景和后景之間具備符合要求的透視效果，同時(shí)可使用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的個(gè)性化制作研究，結(jié)合前景拍攝到的畫面信息，實(shí)現(xiàn)前景和畫面的同步變化，在電視的輸出效果方面達(dá)到更好的狀態(tài)。虛擬演播技術(shù)在演播室進(jìn)行應(yīng)用的過程當(dāng)中主要借助于U型或者L型的藍(lán)箱，在實(shí)現(xiàn)三維合成狀態(tài)下，可以借助色鍵技術(shù)對(duì)主持人的畫面進(jìn)行摳像處理，還可以借助于捕獲攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和所處位置實(shí)現(xiàn)對(duì)主持人在演播室的位置變化捕捉，主持人能夠保持合理的方式和三維背景相融合，最終創(chuàng)造出更具真實(shí)感的畫面和鏡頭。區(qū)別于傳統(tǒng)的拍攝方式，虛擬演播室的拍攝過程需要借助于數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)。拍攝過程中，攝像機(jī)的視頻信號(hào)需要借助延遲期實(shí)現(xiàn)色鍵處理，最終生產(chǎn)一個(gè)主信號(hào)。此種方式為常用的二維虛擬演播室技術(shù)，現(xiàn)階段更多地應(yīng)用三維虛擬的演播室技術(shù)，也就是在立體圖像的技術(shù)基礎(chǔ)上，在實(shí)時(shí)推拉搖移等多個(gè)渲染功能的基礎(chǔ)上營(yíng)造出一種完美的虛擬空間體系系統(tǒng)[2]。

1.2 技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬演播技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用操作的時(shí)候，系統(tǒng)內(nèi)部主要包含三個(gè)部分，即攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)、虛擬場(chǎng)景生成系統(tǒng)及視頻色鍵合成系統(tǒng)。

對(duì)于攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)，演播室的攝像機(jī)在拍攝的過程中可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)攝像機(jī)的同時(shí)運(yùn)動(dòng)化拍攝，區(qū)別于傳統(tǒng)的演播室拍攝，主持人在出現(xiàn)位置的移動(dòng)之后，不會(huì)改變對(duì)應(yīng)的位置環(huán)境。現(xiàn)階段的攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用可以突破局限性，攝像機(jī)處于動(dòng)態(tài)的運(yùn)行中也可以對(duì)拍攝到的畫面視角和畫面內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)化改變。對(duì)于攝像機(jī)跟蹤技術(shù)來說，主要是利用多種定位方式進(jìn)行圖像識(shí)別和參數(shù)的捕獲，比如機(jī)械傳感圖像識(shí)別、紅外線跟蹤超聲波定位，將捕獲得出的參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)部從而生成一個(gè)背景畫面，最終實(shí)現(xiàn)真實(shí)攝像拍攝的任務(wù)和軟件虛擬攝像機(jī)同步的目標(biāo)，達(dá)到真實(shí)的三維效果。

對(duì)于虛擬場(chǎng)景生成系統(tǒng)，主要是利用圖形工作站渲染制作而成，利用現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的參數(shù)進(jìn)行虛擬攝像機(jī)的搭建，并根據(jù)模型要求進(jìn)行合成重構(gòu)，以此形成一個(gè)虛擬背景的圖像序列，借助于渲染機(jī)實(shí)時(shí)產(chǎn)生和前景透視關(guān)系相關(guān)的二維或者三維場(chǎng)景。比如在某城市的電視臺(tái)演播室內(nèi)部，可以利用iArtist制作軟件進(jìn)行前景的制作包裝，將其在虛擬播放軟件中進(jìn)行播放。

對(duì)于視頻色鍵合成系統(tǒng)，主要是借助于色鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)人物和背景的分離，在計(jì)算機(jī)的合成下，可以實(shí)現(xiàn)虛擬演播系統(tǒng)的搭建構(gòu)造。融媒體時(shí)代，如果要實(shí)現(xiàn)成本的最大化節(jié)約，確保電視節(jié)目的制作在可視化程度方面更加精確，可以借助Vmatte HD高清色鍵器4.2版進(jìn)行虛擬演播室的搭建，確保多機(jī)位、多通道的內(nèi)容設(shè)定。其中，色鍵器硬件部分可以進(jìn)行4組色鍵參數(shù)的記憶和存儲(chǔ)操作，在機(jī)位切換之后，整組參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)下一幀視頻的回掃切換，利用MBS_Remote軟件與應(yīng)用程序接口（Application Program Interface,API）進(jìn)行接口的控制，在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以實(shí)現(xiàn)和4部攝像機(jī)位的同步參數(shù)調(diào)整和背景的切換。通過此種方式，1臺(tái)色鍵器的功效和4臺(tái)機(jī)器的效果一致，且在機(jī)器開機(jī)的過程中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)還原關(guān)機(jī)前用的機(jī)位與色鍵參數(shù)的一系列操作。

2 應(yīng)用虛擬演播技術(shù)的必要性

首先，虛擬演播技術(shù)的主要原理是利用攝像機(jī)拍攝藍(lán)色幕布前的真人的行為，結(jié)合攝像機(jī)與對(duì)應(yīng)的跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的抓拍，并將其實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)圖形工作站，最終利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來融合拍攝任務(wù)和虛擬的三維場(chǎng)景。虛擬演播技術(shù)具備一定的特點(diǎn)，對(duì)于現(xiàn)實(shí)存在的或者不存在的都可以借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行融合。在此種背景下，成品視頻的創(chuàng)意場(chǎng)景要素可以根據(jù)創(chuàng)作者的想法實(shí)現(xiàn)隨意的增加或者減少。另外，虛擬演播技術(shù)可以使得電視節(jié)目和創(chuàng)作者的理念更加吻合，利用電視節(jié)目場(chǎng)景和背景內(nèi)容的更改設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目創(chuàng)作意識(shí)的良好傳播，激發(fā)更多人群的興趣和共鳴，提升電視節(jié)目的藝術(shù)水平[3]。其次，虛擬演播技術(shù)具備強(qiáng)大的場(chǎng)景更換能力，此種強(qiáng)大的場(chǎng)景更換能力可以使得電視節(jié)目更具創(chuàng)意和表現(xiàn)形式。再次，虛擬演播技術(shù)可以降低成本，對(duì)制作過程當(dāng)中涉及的拍攝空間要求和拍攝場(chǎng)景的要求也可以實(shí)現(xiàn)縮減。不需要對(duì)創(chuàng)作者的設(shè)計(jì)場(chǎng)景做出實(shí)際布置，可以借助于小房間或小場(chǎng)景的拍攝方式對(duì)人物資料進(jìn)行采集，成品視頻內(nèi)所需要的任務(wù)場(chǎng)景也可以利用計(jì)算機(jī)合成的方式來構(gòu)成。可以說，虛擬演播技術(shù)能夠大大提升視頻拍攝的效率，降低視頻拍攝的成本。

3 虛擬演播技術(shù)的功能

3.1 構(gòu)建虛擬影子

虛擬演播技術(shù)在構(gòu)建虛擬影子方面具有顯著的作用。虛擬影子是一種特殊效果，它在電視節(jié)目制作中廣泛用于增強(qiáng)視覺效果和吸引觀眾的注意力。通過虛擬演播技術(shù)，制作人員可以為文字、物體或人物添加虛擬影子，從而使它們?cè)谄聊簧峡雌饋砀恿Ⅲw和逼真。虛擬影子的形狀、方向和長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到更好的視覺效果。這種技術(shù)在廣告制作和舞臺(tái)演出中尤其常見，可以使廣告產(chǎn)品或演員在畫面中更加突出，并增強(qiáng)演出的視覺沖擊力。

3.2 構(gòu)建虛擬人物

虛擬人物形象在各個(gè)領(lǐng)域中均有著廣泛的應(yīng)用，通過虛擬技術(shù)可構(gòu)建虛擬人物形象，對(duì)人體各個(gè)部位進(jìn)行仿真模擬。在計(jì)算機(jī)的控制下，虛擬人物的身體和行動(dòng)控制猶如現(xiàn)實(shí)中的個(gè)體，能夠自如活動(dòng)，栩栩如生。而且虛擬人物能夠與現(xiàn)實(shí)中的人進(jìn)行無障礙交流和溝通，有助于為廣大受眾和使用者提供更加高級(jí)的感官享受，從而提高電視節(jié)目的收視率。

3.3 構(gòu)建虛擬場(chǎng)景

通過虛擬技術(shù)，將虛擬場(chǎng)景分成若干板塊并分別應(yīng)用，可多元化調(diào)整節(jié)目制作參數(shù)，使觀眾的聽覺與視覺感受得以提升。同時(shí)，還能夠利用虛擬場(chǎng)景導(dǎo)入二維虛擬場(chǎng)景，提高節(jié)目的收視率。

3.4 視頻剪輯與合成

電視節(jié)目的最終呈現(xiàn)需要將無數(shù)條視頻剪輯并合成在一起，通過摳像技術(shù)可有效整合背景與人物，最終可保證所呈現(xiàn)視頻的完整性。但制作過程中必須嚴(yán)格把控系統(tǒng)數(shù)值，高效且合理地變換虛擬場(chǎng)景中的位置，保證畫質(zhì)效果。

4 電視制作中的虛擬演播關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

4.1 攝像機(jī)跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

攝像機(jī)跟蹤技術(shù)（Camera Tracking），也稱為攝像機(jī)匹配或相機(jī)追蹤，是一種利用計(jì)算機(jī)視覺算法，通過對(duì)視頻或圖像序列中的特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和跟蹤，從而估計(jì)攝像機(jī)在拍攝過程中的運(yùn)動(dòng)和位置的技術(shù)。該技術(shù)常用于虛擬演播技術(shù)中，將虛擬元素與真實(shí)拍攝內(nèi)容進(jìn)行精確的融合。攝像機(jī)跟蹤技術(shù)在電視節(jié)目制作中發(fā)揮著重要作用，為制作人員提供了許多創(chuàng)意和操作上的便利[4]。

攝像機(jī)跟蹤技術(shù)在電視節(jié)目制作中的具體應(yīng)用主要包含以下幾個(gè)方面：第一，虛擬場(chǎng)景與真實(shí)拍攝結(jié)合。利用攝像機(jī)跟蹤技術(shù)，制作人員可以將虛擬場(chǎng)景與真實(shí)拍攝的素材進(jìn)行無縫融合。通過準(zhǔn)確跟蹤攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)可以確定虛擬場(chǎng)景的視角和相機(jī)參數(shù)，從而使虛擬場(chǎng)景看起來與真實(shí)拍攝的場(chǎng)景完美契合，產(chǎn)生出逼真的效果。這在電視新聞、天氣預(yù)報(bào)等節(jié)目中廣泛應(yīng)用，使得主持人似乎身處在虛擬的場(chǎng)景中進(jìn)行報(bào)道，增強(qiáng)了節(jié)目的視覺吸引力。第二，角色與虛擬場(chǎng)景互動(dòng)。在一些綜藝節(jié)目或兒童節(jié)目中，攝像機(jī)跟蹤技術(shù)可以讓真實(shí)的主持人或演員與虛擬角色進(jìn)行互動(dòng)。通過準(zhǔn)確跟蹤主持人的運(yùn)動(dòng)，虛擬角色可以與其在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行實(shí)時(shí)的互動(dòng)，創(chuàng)造出有趣的效果，增強(qiáng)節(jié)目的娛樂性和互動(dòng)性。第三，廣告和宣傳片制作。在廣告和宣傳片中，攝像機(jī)跟蹤技術(shù)常用于將虛擬產(chǎn)品或特效與實(shí)際拍攝場(chǎng)景結(jié)合，使廣告效果更加生動(dòng)和引人入勝。例如，汽車廣告中可以將虛擬的汽車與真實(shí)道路進(jìn)行融合，展現(xiàn)出車輛的動(dòng)態(tài)駕駛場(chǎng)景。

4.2 藍(lán)箱技術(shù)的應(yīng)用

藍(lán)箱技術(shù)（Blue Screen Technology），也稱為“藍(lán)幕技術(shù)”或“藍(lán)背景技術(shù)”，是一種利用特殊的藍(lán)色背景幕布和計(jì)算機(jī)合成技術(shù)，將真實(shí)拍攝的主體與虛擬背景進(jìn)行合成的技術(shù)。藍(lán)箱技術(shù)使用時(shí)，攝影棚的背景幕布通常為鮮艷的藍(lán)色或青綠色（也稱為“藍(lán)幕”或“綠幕”），這些顏色在人物或物體中很少出現(xiàn)，因此可以通過計(jì)算機(jī)合成技術(shù)將其替換成任意虛擬場(chǎng)景或特效。

藍(lán)箱技術(shù)在電視節(jié)目制作中有廣泛應(yīng)用，包括但不限于以下方面：其一，虛擬場(chǎng)景生成。藍(lán)箱技術(shù)可以用于創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景，讓演員或主持人在藍(lán)色背景前表演，然后在后期制作中通過計(jì)算機(jī)合成將其放置在各種虛擬環(huán)境中，進(jìn)而在有限的攝影棚內(nèi)創(chuàng)造出各種不同的場(chǎng)景，比如城市街道、森林、海洋等，而無須實(shí)際前往現(xiàn)場(chǎng)拍攝。其二，特效制作。藍(lán)箱技術(shù)也是電影和電視劇中常用的特效制作手段之一。例如，在動(dòng)作片中，可以使用藍(lán)箱技術(shù)來打造飛行、激烈戰(zhàn)斗等場(chǎng)景，不必實(shí)際進(jìn)行危險(xiǎn)的特技表演。同時(shí)，通過藍(lán)箱技術(shù)，可以為角色添加各種特殊能力或改變其外貌。其三，天氣預(yù)報(bào)。藍(lán)箱技術(shù)在天氣預(yù)報(bào)節(jié)目中也得以廣泛應(yīng)用。氣象主持人站在藍(lán)色背景前，然后在后臺(tái)通過計(jì)算機(jī)合成技術(shù)，將氣象圖、天氣情況及各種特效效果融合到背景中，使得主持人似乎置身于一個(gè)生動(dòng)的氣象環(huán)境中，能夠增強(qiáng)節(jié)目的吸引力和信息展示效果。

4.3 色鍵技術(shù)的應(yīng)用

色鍵技術(shù)（Color Keying Technology）也被稱為“Chroma Keying”或“Green Screen Technology”，是一種在后期制作中使用的特效技術(shù)，主要利用顏色差異實(shí)現(xiàn)將一個(gè)特定顏色的背景（通常是綠色或藍(lán)色）替換為其他圖像或視頻的技術(shù)。在電視節(jié)目制作中的拍攝階段，通常使用綠色或藍(lán)色背景幕布，稱為“色鍵幕”。被拍攝主體（演員或物體）很少使用相近顏色，以確保背景與主體之間的顏色差異明顯，演員或物體在色鍵幕前表演或擺放，攝像機(jī)記錄這一過程。在后期制作階段，使用計(jì)算機(jī)合成軟件（如Adobe After Effects）對(duì)拍攝的視頻進(jìn)行處理，制作人員將選擇一個(gè)特定的顏色（通常是綠色或藍(lán)色）并把它替換成所需的虛擬場(chǎng)景、特效或圖像。最后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)將選定的顏色（比如綠色）與虛擬圖像進(jìn)行合成，從而將虛擬元素融合到原始視頻中，形成最終效果。

4.4 虛擬場(chǎng)景技術(shù)的應(yīng)用

虛擬場(chǎng)景生成技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)圖像合成技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)生成虛擬的場(chǎng)景或環(huán)境，然后將真實(shí)拍攝的素材與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行無縫融合的技術(shù)。這種技術(shù)在電視節(jié)目制作中扮演著重要的角色，為制作人員提供了豐富多樣的場(chǎng)景選擇和視覺效果，同時(shí)也大大降低了制作成本和拍攝難度[5]。虛擬場(chǎng)景生成技術(shù)通?；谟?jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)使用，制作人員首先使用專業(yè)的三維建模軟件或場(chǎng)景生成軟件創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景，這些場(chǎng)景可以是建筑、風(fēng)景、城市、外太空等。在后期制作中，制作人員可以根據(jù)需要對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整、增添特效和細(xì)節(jié)，使其與真實(shí)拍攝內(nèi)容完美融合。比如在電視新聞節(jié)目制作過程中，虛擬場(chǎng)景生成技術(shù)常用于實(shí)現(xiàn)記者或主持人站在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行報(bào)道，制作人員可以靈活地切換各種場(chǎng)景，增強(qiáng)可視化效果。

5 結(jié)語

虛擬演播技術(shù)在電視節(jié)目制作中發(fā)揮著重要的作用，為節(jié)目帶來了更多的創(chuàng)意和可能。隨著我國(guó)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將繼續(xù)推動(dòng)電視節(jié)目制作向更加高級(jí)、創(chuàng)新的方向發(fā)展，并帶來更多精彩的節(jié)目?jī)?nèi)容，吸引更多觀眾，提高節(jié)目的收視率。