虛擬演播室技術及在電視節目制作中的應用

摘要：隨著廣播電視數字化技術的發展，電視節目的制作方式也發生了變化，虛擬演播室的出現就是其中之一，它是傳統的演播室技術與現代計算機圖形技術相結合的產物，本文主要闡述虛擬演播室技術的原理、核心技術及應用優勢。

關鍵詞：虛擬演播室；色鍵；攝像機；跟蹤技術

作者簡介：周永彬，1981年，男，黑龍江密山，碩士，助教，數字媒體技術方向。

[中圖分類號]：G22[文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139(2011)-20-0214-01

虛擬演播室（Virtual Studio）技術，又稱虛擬布景技術，它區別于傳統色鍵摳像的電視節目制作技術。傳統色鍵摳像技術，是當攝像機做任何運動時，背景不發生變化，播音員好像浮在背景上，效果失真。而虛擬演播室技術能夠在攝像機的位置發生變化時，使背景與攝像機同步運動，實現前景與背景的完美結合。利用虛擬演播室技術的顯著優點是能夠在有限的空間內實現大場景的搭建與轉換，如此一來可節約大量資金和時間，提高電視節目制作效率。

一、虛擬演播室工作原理

虛擬演播室技術源于傳統的色鍵摳像技術（Chromaey），但與色鍵摳像技術相比又有本質的區別。色鍵摳像技術先在藍色的背景下進行前景拍攝，然后用另一路背景視頻圖像代替當前視頻中的藍色背景，把前景簡單地鍵入背景中。這一技術的局限性是當前景攝像機的位置角度和焦距發生改變時，背景視頻圖像不能隨之而變化，使得合成圖像缺乏立體感和真實性。虛擬演播室技術則是在傳統色鍵摳像技術的基礎上，利用計算機三維圖形技術和視頻合成技術，根據前景攝像機的位置焦距等參數，使三維虛擬場景的透視關系與前景保持一致，經過色鍵合成后，使得前景中的人物道具看起來完全沉浸于計算機所產生的三維虛擬場景中，從而創造出逼真的立體感很強的演播室效果。

二、虛擬演播室的核心技術

虛擬演播室系統關鍵在于如何產生虛擬背景并將其與前景相融合，它通常包括，三維虛擬場景的制作、攝像機的跟蹤、虛擬背景的生成、圖像的合成4個組成部分，其中三維虛擬場景的制作、攝像機跟蹤技術和圖像的合成是這項技術的關鍵。

1、三維虛擬場景的制作

虛擬演播室中的背景圖像可以是動態的，也可以是靜止的，利用最多的是虛擬場景，也就是由計算機創作的三維圖形。在虛擬演播室中，首先要對場景中的所有物體進行建模，這與計算機輔助設計相似。在建立一個模型的同時，計算機將它們分解成許多個多邊形，一般是三角形，然后定義一個輪廓，在每個多邊形上施加材質，可以是簡單的顏色，也可以是材料。再把圖像或照片施加在多邊形上，以產生更逼真的效果。場景中所包含的多邊形的數目越多，場景的復雜程度越高，對系統的三維渲染能力的要求也越高。

2、攝像機跟蹤技術

攝像機跟蹤技術是指在節目拍攝過程中，實時獲取攝像機在演播室中的實際位置參數和動作參數。其中攝像機鏡頭參數ZOOM、FOCUS，云臺運動參數PAN、TILT以及描述攝像機空間位置和角度的參數ROLL、X、Y、Z。獲得這組參數就有可能把攝像機和鏡頭與一臺高性能的計算機連接（該計算機可以生成背景的每一場），背景制作的應用軟件根據這些參數來調整虛擬攝像機的位置、方向和鏡頭參數，使虛擬場景產生對應的變化。

3、圖像的合成

一般來說虛擬攝像機和實際攝像機的數量是相同的，但虛擬背景信號源的數量與實際攝像機數量并不一定相同。用兩個背景生成器，兩個色鍵器就可以完成任何兩個攝像機之間疊化效果制作，硬切只需要一個虛擬背景信號源。為了完成疊化效果制作，計算機通過編輯接口監視切換器的狀態或從預演母線上了解下一個切換的攝像機，并對其進行切換。當虛擬攝像機切換之后，切換器就做好了疊化的準備。

三、虛擬演播室技術的廣泛應用

相對于傳統的使用實景演播室，虛擬演播室有其無法比擬的巨大優勢。由于采用了計算機圖形技術，虛擬場景的設計可以無限豐富，不僅可以實現與現實完全相同的布景，更可設計出現實中無法見到的場景。在降低布景設計與場景搭建成本的同時，也拓寬節目制作的創作空間，滿足了電視觀眾對藝術效果越來越高的要求。因此，從資金、人力和時間的角度看，使用虛擬演播室可以有效地節約節目制作成本，發揮創造人員的想象力，制作出精美的電視節目。

虛擬演播室技術從應用角度來講，大多數電視臺都將其應用在中小規模演播室制作新聞訪談、體育、天氣預報和節目預告等類型的欄目。受到燈光、演播室場地等多種條件的制約，一般不用于大型演播室和人物眾多的綜藝類節目，在我國只有少數電視臺，如中央電視臺在2008年北京奧運會中采用Orad公司的三維虛擬演播室系統對奧運會進行了直播。一般的地方性電視臺都采用大洋、索貝等國產品牌的虛擬演播室，如福建電視臺新聞頻道使用大洋VRset系統制作《娛樂新聞網》、《時事前哨》、《體育新聞網》、《正午時光》和《探索在線》五個欄目。

從傳達信息角度來看，虛擬演播室能夠更有效地表達信息，增強感染力，利于信息的傳遞。由于虛擬演播室的背景是合乎比例的立體設計，攝像機移動時，虛擬的背景和前景能夠相應變化，從而增強了節目的動感和美感，更大程度上滿足了人們在信息接收時的要求。

四、小結

在計算機不斷發展的今天，虛擬演播室系統也將會有更大的發展空間。雖然目前還不太可能完全代替傳統演播室，但是成本的不斷降低，技術的日臻完善，越來越多的用戶會選擇虛擬演播室技術。根據自己的實際情況，選擇最適合自己的系統和技術，才能使其發揮最大的優勢，創造出最理想的效果。而在虛擬演播室逐漸深入人心的同時，他的工作也對節目制作人員也提出了新的要求。因為虛擬演播室從虛擬場景的設計、制作，到演播室的燈光布置、攝像機操作等，都不同于一般的演播室，因此要求制作人員不僅要精通影視技術，具有前期拍攝和后期編輯的能力，而且要求制作人員懂得計算機，能熟練地使用計算機進行三維場景的設計，且具有很強的創作能力。

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