虛擬演播室在新時期電視節目制作中的結合與應用分析

■文/武 艷

虛擬演播室在新時期電視節目制作中的結合與應用分析

■文/武 艷

虛擬演播室是目前比較新穎獨特的電視節目制作技術，其實質就是將計算機制作的虛擬三維場景和電視攝像機所拍攝的真實場景進行數字化合成。虛擬演播室的主要內容有攝像機跟蹤、計算機虛擬場景生成以及視頻合成三個部分，虛擬演播室在電視節目制作中的應用主要體現在建模及紅外檢測、設計虛擬人物以及虛擬影子三個方面。目前來看，虛擬演播室在電視節目制作中的優勢主要有創意自由、降低成本、方便升級以及解決傳輸摳像失真問題。

虛擬演播室；電視節目制作；應用；優勢

新時期我國對社會信息化建設工作的重視程度逐漸提高，并且隨著當前計算機信息技術的飛速發展，電視節目制作技術的改革和創新也在不斷上演。虛擬演播室技術正是以虛擬計算機技術為基礎，與電視節目制作技術相互融合而產生的新電視節目制作技術，該技術突破了傳統意義上演播室只能采用實景布置和場景設計的局限性，無需布置實景，只需要借助道具和演員，將攝像機拍攝的表演內容經過計算機三維虛擬處理后進行數字化合成即可，這樣就能實現電視節目前期拍攝和后期制作的完美結合。

1.虛擬演播室的主要技術

1.1 攝像機跟蹤

攝像機跟蹤的主要任務是為了對攝像機所在演播室內的動作參數及攝像機本身的位置進行準確測算。在攝像機進行實時拍攝時，各項參數都會發生變化，包括鏡頭變焦、聚焦、水平角和俯仰角以及景深等，這些不斷變化的參數會被實時傳送至用于進行背景合成的計算機，然后計算機再根據這些不斷變化的參數實時調整三維視圖[1]。目前，虛擬演播室的攝像機跟蹤定位系統主要有紅外線發射和接收識別、機械傳感器識別以及圖形識別三種。

首先分析圖形識別，此識別方式主要和演播室的大小有關，然后在演播室的背景幕布上制定不同尺寸的網格結構，再根據攝像機實時抓拍的圖像對攝像機的位置、方向、變焦等參數進行解析。應該重視的問題在于，在演播室進行攝像機操作，不管是安裝還是操控，都是相對比較容易的，并且應引起特別重視的是，全部的參數都來源于攝像機實時拍攝的畫面，因此攝像機的實時拍攝畫面應同時滿足網格占當前畫面一半以上并且有四個網格交叉點，否則系統無法正確識別。

其次是機械傳感器識別，此識別方式主要借助安裝在攝像機各部分的機械傳感器獲得多種信息。機械傳感器識別方式具有以下優點：在單色（主要是藍色）背景下，不需要再繪制網格，并且很容易將背景照亮；跟蹤數據基本不會產生延時；在增加了某幾個位置的測量跟蹤器后，仍然不會限制攝像機的運動，演員也可以在舞臺范圍內自由活動；采集攝像機的變焦、移動、搖移等信息速率依然跟得上電視圖像的刷新率。

最后是紅外線發射和接收識別，此識別方式主要采用了紅外線信號發射和多點攝像頭接收的工作原理，對攝像機實現實時定位。此方式利用紅外線的收發裝置用于檢測演播室中演員和攝像機的位置[2]。接收裝置被安裝在背景上方，紅外線發射裝置則被安裝在攝像機和演員身上。此識別方式也有一定的缺陷，主要是采用這一識別方式需要付出較高的成本，并且安裝步驟非常繁瑣。

1.2 計算機虛擬場景生成

計算機對虛擬演播室的場景繪制圖形存在三維與二維上的區別，因此虛擬場景也是被分為三維和二維的。其中二維場景僅僅是被作為平面背景使用的，屬于放置在真人身后的背景，當然有時候也會放在真人身前。另外，真人可以圍繞這一虛擬實景運動，以此達到以假亂真的效果。三維虛擬場景的設計制作，可以借助alias、front、softimage3D、3Dmax以及maya等軟件實現，虛擬實景也能夠對燈光、模型以及貼圖等各項參數進行合理控制，如果再加入虛擬燈效以及視頻插入信號，虛擬演播室就會表現出非常強烈的真實感。

1.3 視頻合成

虛擬演播室系統視頻的合成主要依靠摳像技術，摳像方式可以對攝像機所拍攝下來的景物和人物進行摳像處理，在處理之后，將其和計算機的虛擬場景結合為完整的畫面。應注意的是，通過計算機制作的虛擬場景和每個像素都有一個景深的數值，此數值主要的作用是提供參數以實現控制切換臺，最終完成將真實人物在虛擬場景中的位置變換，從而實現將前景和背景融合的目的。

2.虛擬演播室在電視節目制作中的應用

2.1 建模及紅外檢測

在虛擬演播室的系統模型和動畫需要保持運動狀態時，就應該建立一套具有基本規范的建模，值得注意的是，要盡可能避免復雜的建造模型；在轉化燈光參數時，通過特定軟件可以實現相應操作；通過遮罩效果強化虛擬系統的逼真性。在實際應用時，常常會應用到主持人從虛擬前景的后面走到其前面，使前景變成背景的情況，這就要求在處理畫面時，人為控制遮罩的開關。這里，主持人和導播臺之間的配合就顯得極為重要，為了避免穿幫，這樣的鏡頭一般都要事先彩排好，主持人和導播臺都要精確掌握時間[3]。

但如果能夠對紅外檢測技術加以熟練應用，就能夠對被檢測物的實時縱向位置進行確定，也就是說，在演播室中拍攝前景處于背景之中的位置深度，以避免穿幫，具體的操作技巧如下：其一，在演播室上方固定2-4個紅外線攝像機，以它們作為接收裝置；其二，通過運用紅外發射裝置對演播室進行測量；其三，繪制好演播主體活動范圍的網格圖。這樣一來，就可以將物體位置準確地在網格圖中表示出來，然后將數據傳輸至工作站，計算模型中物體的真實深度和準確三維位置，深度鍵的概念也由此而來。

在虛擬實景系統的紅外線檢測中，深度鍵的概念產生了，它能夠使虛擬背景中的主持人始終保持在正確的位置上，攝像機無論從哪個角度拍攝都不會造成穿幫。深度鍵對于主持人、實物和虛擬物之間都會形成相互之間的動態阻擋，這些現象是正常的。這樣一來，主持人從虛擬實景的后面走出并走到虛擬實景的前面，就不用再通過人為的方式開關鍵罩，系統會通過自動使用深度鍵對演播室中虛擬景物和主持人之間的前后關系進行確定，做到真正逼真的遮擋效果，被遮擋的畫面也會自動形成，確保節目不會穿幫。

2.2 設計虛擬人物

目前，很多電視節目中都出現了虛擬人物。在應用虛擬技術時，只需要將傳感器安裝在真人各重要部位（以關節為主），然后將得到的數據傳輸至工作站，就能夠對虛擬動畫人物進行控制，動畫人物就能夠完全模仿表演者的各種動作。即使在演播室同時出現了真人和虛擬動畫人物，他們之間也可以實現位置調換和交流，這一點在傳統演播室中當然是無法實現的。虛擬演播室可以通過虛擬人物的方式為電視節目帶來神秘感，使得節目效果得以顯著加強。

2.3 虛擬影子

虛擬演播室能夠將光和影仿真展現出來，這是三維技術所獨具的逼真性。以此在制作電視節目時，就應該引用虛擬演播室系統建模，重視光效的方向，應同現實保持一致[4]。但是在演播室內，燈光的亮度一般都比較大，這樣會增加色鍵摳像的難度，于是前景主持人的影子就很難在合成后的圖像中保持和背景物體的吻合性。同時，當演播室采用網格識別法時，采用摳像的方法就不能獲得虛擬影子。所以需要增加一些必要的設備，例如虛擬影子機等。

3.虛擬演播室在電視節目制作中的優勢

3.1 創意自由

虛擬演播室可以產生幾乎不受任何限制的三維畫面，只要這些畫面契合節目主旨，創作人員就可以充分發揮想象，自由發揮，決定場景的大小、材料、布局、動畫效果等，這種場景將不會受到空間、時間等各種因素的限制。

3.2 降低節目成本

每個電視臺都有大量的節目，類型也十分豐富，由于不同節目具有不同的場景要求，而演播室的場景又必須結合節目的內容設定，因此如果所有的節目都單獨設立演播室，那么就顯得極為浪費。而如果實現了虛擬演播室，就只需要一個演播室即可，只需要變化場景，連搭建、拆卸工作都不需要。

3.3 方便升級

虛擬演播室是基于計算機技術的，而計算機技術的硬件和軟件都是在不斷升級的，因此虛擬演播室也可以根據需求隨時更新，而計算機無論是硬件更新還是軟件更新，都是非常方便的。

3.4 解決失真問題

當采用了同步跟蹤技術后，虛擬演播室的攝像機運動參數就可以轉變成電信號，通過計算機進行運算，就可以隨時調整虛擬場景的各項參數，實時生成和前景聯動的背景信號。

5.結束語

虛擬演播室系統為新時期電視節目的制作提供了廣闊的創作空間，對于豐富電視節目并節省費用方面的貢獻非常明顯，同時也對有關節目制作人員的創造力提出了更高要求。

[1] 李婷.虛擬演播室技術應用研究——以校園電視節目制作為例[J].數字技術與應用，2015，7（12）：67-68.

[2] 姜悅.高清虛擬演播室系統在城市電視臺的應用[J].信息技術與信息化，2015，18（3）：163-164.

[3] 段鋒耀，何莉，黃黎等.虛擬演播室技術和在線包裝系統在電視節目中的應用[J].影視制作，2016，22（3）：72-75.

[4] 張曉芳.電視節目制作中虛擬演播室系統的應用探討[J].科技傳播，2015，7（12）：87，74.

（作者單位：臨汾電視臺）

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1671-0134（2017）12-119-02

10.19483/j.cnki.11-4653/n.2017.01.037