淺談影視傳媒數字虛擬現場制作技術的發展演變

摘要：本文根據作者自身的學習和從事虛擬現場制作工作中的實踐經驗，簡要介紹了虛擬現場制作技術的發展演變，以及虛擬拍攝技術在當代電影電視領域中的作用。客觀探討一下虛擬拍攝這一技術方式在未來的發展方向和改進設想。

關鍵詞：虛擬現場制作;計算機圖形虛擬空間;傳感器;影視制作

數字圖像技術在電視電影行業的標準化應用直接奠定了動態視頻圖像內容豐富化的發展趨勢，從根本上改變了過去模擬信號技術時代圖像低畫質和影視產品制作低效率高投入的生產屬性。在21世紀頭20年的時間里，數字圖像技術仍然在迅猛發展，720P，1080P圖像制式已經逐漸成為過去式，2K，4K HDR，8K視頻制式正在伴隨著5G技術、網絡IP化制作的大技術前提下正在逐漸發展成為當前以及未來一段時間內影視傳媒制作的技術主流。在此基礎上，以計算機圖形混合現實技術為根基的虛擬現場制作又將發展到一個新的階段。

二十世紀九十年代，經濟的繁榮帶動了文化的繁榮，世界傳媒行業迅猛發展，衛星廣播網絡開始讓更多的電視節目有了全球廣泛傳播的方式，電視節目的制作方式開始變得多樣化，為了提高節目的觀賞效果，豐富節目中通過視覺所傳達的信息量的同時控制節目制作時間成本，很多科技公司根據計算機圖形技術的發展積累提出的理論基礎以及市場需求紛紛開始研發具有將計算機圖形制作的虛擬空間和現實演播室空間相匹配整合的虛擬演播室系統。1993年，以色列的傲威公司（ORAD）就開發出了第一套帶有真三維虛擬空間的虛擬演播室系統，并在當年的專業設備展會上首次亮相，開啟了虛擬拍攝技術的商業化應用的時代。從這個時期開始直到現如今，隨著計算機圖形技術和數字視頻技術的飛速進步，虛擬現場制作這一概念在電視節目制作行業和電影電視劇制作行業都開始起到越來越重要的作用。

從20世紀九十年代中后期開始，各個發達國家電視臺開始組建虛擬演播室進行虛擬現場制作，通過電子機械臂控制攝像機的運動或應用傳感器將攝像機的物理運動轉換為電子信號數據，利用藍幕綠幕摳像技術將主持人及節目相關演出人員與利用CG技術制作好的平面背景或三維虛擬場景進行合成并簡單匹配運動，錄制出的節目不但在視覺效果上得到了創新，同時使節目制作更加多樣化，可以實現在同一個虛擬演播室中錄制多個不同題材的節目，節省了制作周期，提高了制作效率。中國大陸在上世紀九十年代末，二十一世紀初期開始在中央電視臺開始應用虛擬演播室技術來制作節目。隨著虛擬演播室系統的日驅完善以及CG技術，數字視頻影像技術的不斷進步，虛擬現場制作在電視領域中開始越來越多的廣泛應用，使電視臺節目的制作內容不斷豐富，涵蓋信息越來越多樣化，可通過圖形化這一形式將節目中所要傳達的內容要點更直觀的展現給觀眾。

1977年美國好萊塢電影《星球大戰》系統性的應用了電腦特效和物理特效，開啟了現代意義上的CG特效大片的時代。從此應用綠幕藍幕的電腦特技拍攝方式開始逐漸應用到較大制作規模的影片當中，時至今日，這種電腦特技拍攝方式越來越大量的應用在電影項目制作中。在這種拍攝方式的早期，是無法在現場看到綠幕藍幕上的CG制作內容，所有的效果都要經過后期特效人員經過“粗模型合成樣片”來確定每個鏡頭的制作方案，之后再進入到精確的特效鏡頭制作中。進入21世紀之后，電腦特技拍攝的鏡頭越來越多的應用在影片制作中，這種先做“粗模型合成樣片”的拍攝方式無疑嚴重影響了影片拍攝和制作進度。隨著電影工業數字化進程的普及，利用電視行業虛擬現場制作的經驗模式逐漸變成了可能，電影虛擬現場拍攝技術應運而生，電影虛擬現場拍攝技術的工作流程是將能夠由電子陀螺儀等能夠感知旋轉和位移的傳感器與電影攝影機相綁定，二者形成固定的位移旋轉關系，傳感器所感知的位置變化信息即攝影機所感知的位置變化信息，將這些位移旋轉數據在圖像引擎中的虛擬相機中表達出來，再通過數字視頻摳像硬件系統將綠幕藍幕環境中的景物和演員提取出來，與虛擬三維景物合成出在拍攝現場能夠實時觀看的預覽畫面。2001年上映的影片《指環王》就以及應用到了在特技拍攝現場應用VR虛擬現實技術來安排較復雜內容的場面調度。2009年的電影《阿凡達》和2010年的影片《愛麗絲夢游仙境》更是將電影的虛擬現場制作推向了一個全新的工業制作標準，改變了電影電視劇的制作流程，現如今虛擬現場制作拍攝已經越來越多的出現在不同的影視劇項目當中。

影視虛擬現場制作技術在經歷20多年的不斷演化，目前正在朝著吸納更多逐步成熟的多領域技術綜合應用的方向發展，比如在2019年北京BIRTV展會上索尼公司推出基于人工智能技術先進算法的無幕布摳像技術，這一技術雖然還在發展的初始階段，很多功能還并不完善，比如智能處于固定機位進行摳像拍攝，攝像機無法運動，對于摳像的背景識別也有諸多限制，目前該產品也只能應用于民用商業領域，尚不能滿足專業領域的技術要求，但這個產品已經能夠展現出未來虛擬現場制作的一個技術發展趨勢，在人工智能技術和新一代精準傳感器的幫助下虛擬現場制作努力擺脫局限在專業場地的限制，朝著能適應更加靈活多變的應用方式進化發展，能夠將虛擬現場制作應用到更多種類不同條件的拍攝環境中，并在項目制作中起到更加重要的作用。在專業場地的使用中，隨著近些年LED顯示技術的進步，將高品質的LED幕墻用來代替傳統的摳像技術也成了一個新的發展趨勢。將實時渲染引擎中制作好的三維場景映射到高分辨率LED幕墻上，渲染引擎中的虛擬相機由真實攝像機上綁定的傳感器實時傳輸旋轉位移信息，從而實現高精度的匹配運動。這樣的方式從根本上解決了影視劇項目制作周期的問題，在制作周期，制作成本，項目視覺質量要求中達到了一個平衡關系，為影視劇項目的開發制作提供了一個全新的思路。應用該種方法進行拍攝制作也對拍攝過程提出了新的技術要求，在打光設置和安排鏡頭的移動調度時都要根據LED的發光特性進行新的思考和嘗試，與以往傳統的特技拍攝方式又產生了很大的區別。

隨著電視節目播出制作領域和電影電視劇制作領域逐漸吸收互網絡技術，未來基于IP化的制作技術必將越來越成為主流，5G技術的普及應用會為該領域鋪設更寬廣的信息“高速公路”，5G技術的高帶寬，低延遲，多硬件設備的無線數據互聯互通為虛擬現場制作技術的功能擴展和升級提供了更具保障的數據傳輸基礎，在此基礎上人工智能算法就可以在高帶寬的鏈路上對多種物理傳感器的數據進行實時的分析比對，從而在制作技術要求的規格之內提供過去無法獲得的更高精度的數據。在這個技術背景下，比如在非穩定的室外進行多維度的虛擬現場動態制作從過去的不可想象變成了一個新的可實踐化的研發課題，并且目前已經有該領域的研究機構和研發公司正在對該課題進行技術實踐研發。更加精致的由真人扮演的虛擬人物也即將從特技電影的制作遷移到多平臺節目的制作播出當中，高帶寬低延遲的動作捕捉數據可以更快速的從表演者直接傳達到虛擬角色中與主持人和觀眾進行互動表演，虛擬和真實之間的界限會開始變得模糊。2020年初新冠病毒疫情在全球的爆發事件也深刻影響這影視傳媒行業的方方面面，很多企業為了滿足疫情防控要求和控制人員聚集所帶來的風險，分分將自家產品的發布會改為網上直播的方式來代替現場直播，并開始應用虛擬現場制作做為網絡線上直播發布會展示產品特性和企業文化的新方式。接下來的一個時代，相信基于5G技術和人工智能技術的影視虛擬現場制作將向著便捷化和多工作場景應用化，多技術平臺應用化的方向發展，改變影視傳媒產品的制作方式。

作者簡介：

任宏達（1987-），籍貫：哈爾濱市，2010年畢業于北京電影學院動畫學院。2011年工作于中影電影數字制作基地有限公司，2012年開始從事影視虛擬拍攝技術行業，期間參與了大量影視作品拍攝。2020年工作于黑龍江省電視臺全媒體新聞中心，從事演播室制播保障工作。