虛擬演播室系統與網絡課程資源建設的研究

何一輝

(廣西廣播電視大學 教學資源與技術中心，廣西 南寧 530022)

虛擬演播室系統與網絡課程資源建設的研究

何一輝

(廣西廣播電視大學 教學資源與技術中心，廣西 南寧 530022)

虛擬演播室技術以其全新的視頻節目制作理念開拓了網絡課程建設領域的新視野。虛擬演播室也以其便捷性、高仿真和高效率等獨特魅力逐漸被應用于各高校的課堂教學以及遠程教學中，在改善遠程教學的教學質量、提升網絡課程資源建設等方面更能發揮其獨特的作用。

虛擬演播室；課程云模式；網絡課程資源

一、虛擬演播室系統

虛擬演播室的實質是將計算機制作的虛擬二維或三維場景與攝像機現場拍攝的人物活動圖像通過色鍵技術進行數字化的實時合成，使人物與計算機生成的虛擬背景能夠融為一體，虛擬演播室可以把一些難以看見、摸不著、拍不到的景象形象地表現出來。例如，要表達某些天體運行情況、史前生物的生活情況等。它還可以移動場景，而移動場景這一功能非常適合講授型教育節目的制作，它可以一改以往屏幕以教師頭像為主的畫面風格，很方便地將教師講授的內容同實例通過移動場景在畫面上結合起來。

虛擬演播室可以實現虛擬人物表演的功能。計算機技術的高速發展使得實時人物動畫表演成為可能，如在真人身上各重要關節處加裝傳感器，傳感器的各組數據傳到服務器中用于控制已制成的虛擬動畫人物的關節活動，使它完全實時地模仿表演者的動作，它會給節目帶來新奇感和神秘感，這在已往的傳統演播室制作過程中是無法想象的。

二、虛擬演播室系統在高校中的應用

隨著計算機圖形處理技術、多媒體技術、視頻數字化的發展，不僅虛擬演播室技術日趨完善，已經達到了實際應用的程度，而且虛擬演播室系統的性價比得到大幅提升，加快了虛擬演播室在教育領域的應用推廣。虛擬演播室在教育領域中的應用，越來越引起全國各高校的重視。目前已有部分高校建設了虛擬演播室，并在教育電視節目制作、遠程教育和新教學模式的探索等方面取得了一些可喜的成績。

1.虛擬演播室在高校電視節目中的應用

虛擬演播室首先是被廣泛應用于電視節目的制作，全國各地的傳媒大學或學院是較早將虛擬演播室用于實驗教學中的。這些大學一般都開設有文藝編導、影視節目制作、播音與主持等多個專業。他們在實踐中不斷通過對演播室系統的完善和改造來豐富實驗內容，拓展教學實驗項目，摸索教學經驗。因而，演播室就需要經常更換實物場景或者把大演播室劃分為若干小區域，再在小區域進行燈光布置以滿足學生上課的需要，但結果往往是眾口難調，管理和調試都很麻煩。現在使用虛擬演播室，學生可以根據自身條件和要求自主挑選背景，場景切換方便，不受真實條件的約束，這種教學實驗方式很受師生歡迎，也有利于拓展學生的創造空間。虛擬演播室具有制作成本低、制作周期短、制作效率高、所用場地小和實驗教學靈活等諸多優勢，將會成為未來實驗教學的重要途徑和方式。

2.虛擬演播室在高校遠程教育中的應用

電視大學是主要開展遠程開放教育的大學，經過多年的發展建設，已經形成了以中央電大、省電大為中心、地市級電大分校為主干的遠程教育網絡系統。廣西電大較早論證采用將虛擬演播室和雙向視頻會議系統應用于遠程教育中，目前已在積極建設中。而據報道，清華大學、第四軍醫大學、北京電大等高校已有將虛擬演播技術應用于教學的案例。在遠程教育課程的制作過程中，虛擬演播室表現出許多的優勢：

（1）虛擬演播室具有虛擬列席功能。可將遠地演播室中專家的實況視頻與本地演播室中教師的場景視頻實時結合在一個虛擬場景中，兩人可以在虛擬場景中面對面交談、演講，學生覺察不到他們是身處異地，可以大大增強教學的現場感和參與感。這可以充分挖掘各地區教育領域的人才資源，實現人才教育資源的共享，如邀請大學教授、專家學者共同參與對某一問題的討論，或者開展對某一節課的點評。

（2）提高教學的生動性與效率。在虛擬演播室創設的教學環境下，那些以往不便于遠程教學的動作技能類教學內容可以通過虛擬演播室的三維建模來實現，這大大豐富了遠程教學內容的呈現手段。同時，由于授課的教師身處虛擬的講臺上，通過后臺三維或兩維設計，其環境不僅可以是靜止的，也可以是活動的，且可以結合課程內容變換貼切場景，產生超現實的效果，解決了在普通演播室難以解決的許多問題。

（3）激發學生聽課興趣。虛擬演播室畫面變化多樣，教師的授課方式十分靈活，不僅可以激發學習者的興趣、提高學習的效率，還有助于提高遠程教育課程的現場感和真實性,有效保持學習者的注意力，增強課程的傳播效果,也吸引了學生學習興趣。

（4）可以實現虛擬演播室網絡化。虛擬演播室是與計算機數據壓縮、傳輸和網絡技術緊密結合的。通過這種技術，可以將圖文信息、攝像機、話筒等前端信號直接轉為數字信號，并可按照一定格式進行壓縮，然后通過視頻會議系統或網絡傳輸給各地終端服務器設備。當設備距離較近時，也可以選擇不壓縮而直接通過網絡傳輸，迅速傳遞講課內容。

三、虛擬演播室與課程制作的系統架構與關聯性

在虛擬演播室創建的教學環境中，教師端和學生端可以通過虛擬演播室的視頻進行融合，可以實現虛擬的教師和學生同處一室的教學過程，教師可以直觀地呈現教學內容，學生會感到仿佛是在與教師面對面交流，可以獲得教師的當面指導，教師也可以得到學生的反饋信息，根據學生的需求及時調整教學內容和方式，使教學活動達到最佳效果。

1.虛擬演播室的基本架構

虛擬演播室一般由計算機3D和2D處理系統、現場攝像機、攝像機跟蹤器、圖形圖像發生器、色鍵控制器、視／音頻切換特技臺和調音臺構成的節目制作系統組成。

系統的組成框圖如圖所示。攝像機拍攝的授課教師在帶識別標志的藍屏前授課的視頻圖像信號一路送攝像機位置識別控制器，實時獲取運動攝像的內外參數，另一路輸出送數字色鍵器，從帶識別標志的教師圖像中去掉識別標志和藍背景部分，再送視頻信號校正處理單元，以保證前景與虛擬背景在合成時嚴格同步；并給出描述前景與虛擬背景融合比例的鍵信號。三維虛擬場景制作既能根據節目需要制作虛擬場景，又能借助三維加速卡在攝像機運動參數控制下實現變換場景。

2.在虛擬演播室下的課程制作過程

在帶藍箱（或藍背景）的演播室里，教師或演員做著各種授課或表演，攝像機對其進行拍攝，以藍色屏幕為背景拍攝的攝像機圖像，通過色鍵控制器去“背景”，經延時后與選自計算機的虛擬背景以相同時碼進行合成，實時產生一個組合的圖像。

（1）由于計算機圖形技術的迅速發展，計算機實時繪制各種復雜仿真的三維場景越來越普遍，如用3DMAX、Softimage、Photoshop等三維或二維圖形圖像制作軟件來創建模型進行仿真設計。這些場景可以與攝像機攝制的視頻信號完美地合成在一起，后臺控制人員只需把與授課內容或表演內容相關聯的仿真三維場景調到系統合成，這使授課的空間得到擴展。

（2）在課程錄制中，現場的教師和學生可以在虛擬演播室中與三維背景呈現出真實的透視關系，同時允許插入視頻片斷。這些效果是在課程拍攝過程中根據課程內容或遵照后臺編導現場決定來完成的，我們能感覺到，現場視頻信號及三維場景是由同一臺攝像機拍攝的，并且它們來自同一個源。把這些合成的課程視頻信號與三分頻錄播系統進一步整合可以得到更完美的課程資源。

（3）虛擬演播室的實時反饋性。在節目制作中，教師的現場動作與計算機場景能實時地合成，合成后的場景能及時地反饋給攝影師和教師，以便幫助攝影師調整拍攝焦距和景別，幫助教師調整授課動作。

四、虛擬演播室引入下網絡課程資源建設的發展趨勢

網絡課程是一種基于計算機多媒體信息技術、網絡技術的教學資源，對于國家積極推進的信息化教育建設、優質資源建設共享和人才培養模式改革與創新，都有積極的推動作用。

1.教師在實施網絡課程建設中教學手段的多樣性

虛擬演播室可以連接多種教學媒體和教學資源，在虛擬演播室創設的教學環境下，那些以往不便于遠程教學的動作技能類教學內容可以通過虛擬演播室的三維建模來實現，這樣不僅大大豐富了課程教學內容的呈現手段，還增加了教學過程本身的趣味性。在虛擬演播室的環境下，一些教學活動的組織方式和呈現方式可以更加靈活，例如：在網絡課程教學中有好多工程師在以前做過的網絡路由配置實驗，通過虛擬模擬處理，把不同的參數設置對應不同的虛擬直觀輸出方式展現，教師在教學過程中可以作適當的引導，通過回放效果或者教師扮演的方法當面呈現給學生，把教學課程中復雜的問題通過虛擬現實逐一分解，這激發了學生的學習興趣，培養學生科學的思維方法。

2.網絡課程建設中師生的共同參與

網絡課程要建成特色，應該突破傳統單一的教師獨唱模式，從發展的趨勢看，將會轉換成教師、學生多人參與建設的課程云模式，所謂課程云模式就是在課程資源建設中，不論是本地的還是遠程的教師和學生，通過互聯網絡組成一個課程建設團隊，教師和學生均可將教學成果、教學過程、教學創新亮點、學習技巧與體會以互動的形式發布到課程資源庫，建構課程知識體系的空間，逐步完成課程建設。

虛擬演播室能為教師和學生提供一個可以自己建構知識體系的空間。在網絡課程建設中，一些傳統經典的學習內容可以從平面的文字形式轉化為空間的結構形式，教師可以將一些抽象的理論、復雜或繁瑣公式的推導等用圖形顯示的方式和虛擬場景的方式展示在學生面前，并可進行很好的虛擬互動交流，幫助學生更好地理解和掌握教學內容，起到事半功倍的教學效果。然而，虛擬演播室創設的空間結構形式又不同于一般的多媒體形式，它是一個可以多人直接參與的立體空間。無論是教師的教學過程還是學生的學習過程，無論人在本地還是在異地，都可以充分融入計算機創設的虛擬學習環境之中。這也是課程云模式建設的具體要求。

五、小結

虛擬演播室技術已受到越來越多的網絡課程資源建設者的關注。它既可以仿真傳統演播室，又可以超越傳統演播室，極大地豐富了網絡課程資源建設的手段。它既可以用于多媒體教室課堂教學，又可以用于網上講座的遠程教學；既可實現實景教學與課堂教學相結合創建的情境教學，又可創設虛擬現實和超現實的課程云模式。它在教育領域的應用也切實地解決了其他教學手段難以解決的參與性不強、不能及時交互、不利于教師潛移默化地進行課程啟發教育等問題。從長遠來看，虛擬演播室將會越來越多地參與教育教學和課程資源建設中，其制作的視頻與仿真效果更能真實和貼切地反映課程內容。因此，如何更好地運用這方面的新技術為教學和科研服務是值得我們研究的新課題。

[1]李蓉，趙剛，陳迪.虛擬演播室的教育運用[J].教育信息化,2006(7)：60-63.

[2]張東芬.虛擬演播室在遠程教學中的應用[J].教育傳播與技術,2009(2).

[3]秦新利.虛擬演播室在現代遠程教育中的應用[J].第四軍醫大學學報,2002(23).

[4]北京中科大洋科技發展股份有限公司.虛擬演播室應用技術探討[J].廣播電視與制作,2001(6).

(編輯：楊馥紅)

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1673-8454(2012)01-0023-03