遵化電視臺虛擬演播室的設計

文丨支盼英

（河北遵化廣播電視臺，河北唐山064200）

河北遵化廣播電視臺有一75平方米傳統演播室，由于幾個欄目共用，在節目制作過程中，需要經常更換場景，經常出現拆了又建，建了又拆的現象，節目制作效率低下，材料浪費嚴重。由于受傳統演播室場地，場景制作技術的局限，欄目編導人員的很多奇思妙想得不到實現。經領導研究決定，引進一套虛擬演播室系統。

1 虛擬演播室系統按攝像機跟蹤方式的不同分為圖案辨識方式和機械跟蹤方式兩種

兩者都是通過攝像機跟蹤器把真實演員及物體與攝像機之間的位置及透視信息送給圖形計算機，然后以攝像機的鏡頭產生虛擬環境，把真實演員與虛擬場景匹配起來。

1.1 圖案辨識方式 圖案辨識是將一個精確的網格圖案以兩種不同的藍色形狀繪制于藍背景上。通過攝像機識別這種圖案并與計算機跟蹤軟件及硬件預先確定的模型進行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關系及距離。它的優點是無需鏡頭校準；同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝像機，造價相對便宜。缺點是由于網格的影響，很難保持良好的鍵的質量。攝像機運動受限制，不能搖移及俯仰出網格，否則不能定位。

1.2 攝像機跟蹤方式 攝像機跟蹤系統采集攝像機的位置及透視數據，它通常被安裝在三角架或基座之上，機械跟蹤器一般使用傳感器來確定需要的數據。信息經常通過一些串行接口類型如RS232或RS422被傳送給計算機。它的優點是測量攝像機參數可以達到非常精確，旋轉角度可以達到0.001°，移動距離可以達到0.01 mm的精確度，工作穩定，數據處理時間短。主持人活動不受限制，由于單色背景沒有網格，鍵的質量良好。缺點是每臺攝像機都需要一臺跟蹤器，造價相對較高。

2 虛擬演播室系統根據生成背景圖像的維度不同

可分為：二維虛擬演播室、真三維虛擬演播室和所謂的二維半虛擬演播到。

2.1 二維虛擬演播室系統 也被稱為虛擬背景，它可以是多層動態和靜態效果的疊加，只不過是不具備鏡頭的推拉搖移效果。這種演播到系統生成的虛擬場景為二維圖像，這類系統的價位較低，背景生成裝置一般采用圖像處理器。

2.2 二維半虛擬演播室系統 二維半虛擬演播室系統生成的背景圖像的維度為三維，但又不同于三維虛擬演播室系統，它的虛擬場景必須在三維動畫編輯軟件里設計制作成三維模型場景，將制作好的三維模型場景進行渲染，制作成高圖像質量的圖片。也就是說，它的場景僅僅是一個用三維軟件制作的具有立體空間感的高質量圖片，這個場景圖片的角度和位置一旦渲染就無法改變，同樣二維半也是不具有鏡頭的推拉搖移效果，但目前市場上所見到的多功能虛擬演播室系統，也都有所改進，增加了一些簡單的單機位實現多機位效果的功能，就是可以通過一張圖的不同剪裁實現遠景、中景以及近景的效果。

2.3 真三維虛擬演播室系統 這種系統的價位比較高，屬于高檔的虛擬演播室系統，可以創建全三維的虛擬場景。真三維虛擬演播室系統的攝像機能夠在場景中自由運動，系統可以實時地讀取場景模型，這是真三維虛擬演播室系統與二維半虛擬演播室系統的最主要的區別。可以這樣簡單的理解，二維虛擬演播室的場景是一張三維軟件渲染出的圖片，而三維的場景則直接導入三維軟件的工程文件。

經過多方考察比較，結合我臺經濟情況最后決定選用攝像機跟蹤方式的單通道三機位數字真三維虛擬演播室系統。

視頻連接框圖如下

攝像機的視頻信號通過圖形渲染工作站，經過延時等處理后與系統調用的三維虛擬場景進入色鍵器進行疊加生成主輸出信號。主輸出信號的生成是在色鍵器上完成的。該色鍵器生成的鍵信號將場景與由色鍵器處理過的視頻信號進行融合。生成的畫面可經過字幕疊加或直通由非線性系統采集到本機高速硬盤或外接錄機上。系統攝像機的視頻信號采用SDI數字信號輸入，充分保證了視頻信號的質量，同時能夠滿足色鍵器對信號性能指標的要求。

虛擬演播室節目制作中燈光所起的作用是十分關鍵的。為了消除多余的陰影，保證色鍵的效果，燈光的布置相當重要。藍色舞臺需要被燈光照得非常均勻，因而要合理調配燈光，使前景與虛擬背景的照明亮度及方向匹配。主持人及真實道具在藍箱中投下影子也要隨主持人及道具一起進入虛擬空間。如果主持人在演播室中不能投下相同的陰影長度，虛擬場景的設計就應有長的陰影。為了更好地提取陰影，燈光的設置應使陰影處的藍色電平與背景藍幕布的藍色電平有較大的區別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。在虛擬演播室中，實際光源和虛擬合成光源之間的同步變化很重要。在我臺虛擬演播室中以三基色柔光燈為主，這種燈發光均勻、陰影小、發熱少、色溫相對恒定而均勻，因而光布在主持人臉上會顯得自然而逼真；采用傳統聚光燈進行輪廓光及眼神光的照明。同時，傳統的演播室一般都運用點布光原理來滿足節目對燈光的要求，而虛擬演播室技術采用的是色鍵器消藍技術進行摳藍處理，因此，要消除藍色對前景(主持人)的影響就必須要有整體布光的理念。先前景布光，后藍箱布光。

實際設計中，由20臺三基色柔光燈構成環境基礎光以達到整個光區照度均勻，光線柔和。主輪廓光采用6臺2KW中度漫反射聚光燈，使光效層次分明。采用固定軌，滑軌加恒力鉸鏈吊桿系統，主光源燈具可在三維空間內任意移動，整個系統方便靈活。

燈光設計如上圖

經過幾個月的使用，虛擬演播室為河北遵化廣播電視臺的欄目制作提供了無限的創造空間，但對欄目制作人員的想象力，制作能力，藝術創新能力提出了更高的要求。我們相信，隨著虛擬演播室的使用，河北遵化廣播電視臺的節目質量一定能更上一層樓。