虛擬現實技術在電視氣象節目創新中的應用

容軍

【摘 要】文章論述應用虛擬現實技術對電視氣象節目進行創新的方式，主要體現在節目整體包裝、氣象數據的可視化和具象化表達、虛擬現實植入模型的應用、多個電視節目制作系統的組合運用等方面;并探討目前電視氣象節目應用虛擬現實技術存在的問題和改進思路。

【關鍵詞】虛擬現實技術;氣象;電視;創新

【中圖分類號】TP391.9 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）08-0072-03

0 前言

現代信息技術快速發展，虛擬現實技術（Virtual Reality）越來越成熟并廣泛應用于包括電視媒體在內的各行各業，成為科技領域的一個重要發展方向。虛擬現實技術在電視制作中的應用主要有虛擬演播室技術和虛擬植入技術兩種，虛擬演播室技術應用攝像機跟蹤技術，將演播室圖像與計算機生成的虛擬場景進行實時合成，計算機通過追蹤攝像機的鏡頭參數變化來產生背景運動變化，使兩者空間透視關系完全一致，給觀眾以新穎真實的視覺享受。虛擬植入技術是在虛擬演播室技術的基礎上，將計算機三維虛擬模型整合到虛擬演播室、實景演播室或外景畫面中，實現虛擬模型與現實時空真假難辨的視覺感受。

目前，電視媒體面臨著新興媒體的嚴峻挑戰，除了開展融媒體改革，增強傳播力，還要在內容、形式等方面積極創新。新技術不但可以改進節目的表現形式，還能夠創新出新型的節目形態，而虛擬現實技術的出現恰恰提供了這種可能。電視氣象節目作為生活服務類節目中最具影響力的節目之一，近幾年來也在不斷開展創新，力求把更多、更先進的電視制作技術引入節目當中，以提高節目制作質量。廣西氣象服務中心于2017年開始利用虛擬現實技術制作廣西廣播電視臺播出的各套電視氣象節目，獲得相關部門和廣大觀眾好評，取得了較好的社會效益。下文對我們利用虛擬現實技術開展電視氣象節目的創新進行總結和探討。

1 虛擬現實技術在電視氣象節目中的創新應用

1.1 運用虛擬現實技術進行電視氣象節目整體包裝，為節目包裝引入了新的觀念與方法

（1）三維虛擬演播室豐富傳統的演播室設計手段。以往的電視氣象節目多采用摳像技術將主持人畫面與二維圖文背景疊加，節目基本為固定構圖。三維虛擬演播室充分利用現代三維動畫制作技術，所需的電腦三維場景采用電腦三維動畫制作軟件Maya、3D Studio MAX、Softimage 3D等進行設計，這些制作軟件可以使設計者突破傳統實景演播室制作技術或成本的限制，極大地發揮設計者的想象力和創意能力，在較短時間內構建出立體化空間感強烈的、既有寫實性又帶有超現實寫意效果的三維演播室，并根據節目發展的需求隨時修改、完善演播室設計，極大地豐富節目的表現形式，同時可以節約成本，縮短節目制作周期。

（2）實現信息的立體化展示。在三維虛擬演播室中充分利用場景的空間位置，規劃出信息的立體化展示區域，如將不同類型信息分別放置于左–中–右位置、懸空放置或立于地面、居于背景圖文板內或作為前置模塊展示等，通過鏡頭的推拉搖移或攝像機雙機位鏡頭切換，實現節目場景的同步調度，把重點信息或畫面突出展示出來，使場景中各功能區域分工明確，信息傳播效果更加突出。

（3）虛實結合，實現演播室包裝的二次創新。虛實結合指的是把虛擬現實技術與實景演播區結合起來應用，分為兩種情況：一是實景演播區與虛擬植入技術結合，氣象節目實景演播區一般包括LED拼接大屏、交互式觸摸屏、多聯屏等，畫面構圖比較單調，通過在實景演播室畫面中植入虛擬三維模型動畫、虛擬三維數據圖表、虛擬電視墻、虛擬三維圖文字幕等，既可以充實節目構圖、豐富節目表現形式，又可以對實景屏幕展示信息進行補充或具象化模擬展示，實現演播室節目拍攝和制作手段的二次創新。二是實景演播區與虛擬演播區組合運用，分別利用實景區進行數據解讀、虛擬演播區進行虛擬現實的體驗式講解，通過主持人的走動、搖臂攝像機的追蹤進行景區變換，在復雜的節目形態中，最大限度地發揮兩種演播區的空間展現力。

1.2 虛擬現實技術創新了節目中氣象數據的可視化、具象化表達

電視氣象節目作為氣象科技服務類的電視節目，科學性是根本，節目中需要大量運用氣象觀測實況和天氣預報成果數據，目前這些數據是通過色斑圖或統計圖形的方式表現的，采用虛擬現實技術可以實現數據的立體化、多樣化、直觀化展示。

（1）平面數據圖的立體化展示。對疊加于地圖上的二維色斑統計圖或動畫，廣西范圍的實況觀測和天氣預報圖，我們采用貼圖等方式將其疊加于三維廣西地圖模型;而全國、亞洲或更大地理區域的云圖、高度場、流場圖，則疊加在球面、全息造型等三維模型上，前置于場景中展示。同時，可以把各圖表上的重點信息以三維標識或圖例疊加的方式展示。

（2）前置三維統計模型的應用。對于以時序變化來統計或需要做對比的數據，根據數據特性和表達要求分別可以做成折線、柱狀、餅狀等三維統計模塊，或者三維虛擬模型如雨量筒、溫度計、標識數據的虛擬物件等，作為前景層疊加于主持人前面或側面，更便于主持人講解和互動。

（3）多種數據的組合展示，可以更形象地把各種數據間相互的邏輯關系直觀地表達出來。利用三維虛擬演播室的空間優勢，把同一天氣現象或事件的不同數據圖組合展示并進行分析，如臺風路徑圖與衛星云圖、衛星云圖與雨量統計圖、氣溫統計圖與雨量統計圖等。

（4）虛擬植入場景與數據圖表的組合展示，可以使數據信息更為直觀。在數據圖表展示的同時，植入事件發生時的模擬現場情景，如疊加在相應生活情境場景中發布的氣象生活指數預報、閃電統計圖疊加雷雨天場景、雨量統計圖疊加暴雨時積水高度模擬場景等。

1.3 虛擬現實植入模型的創新應用，豐富了節目的內容和表現形式

（1）三維天氣場景特別是災害性天氣場景運用在氣象節目中，可以更直觀地展示模擬天氣狀況下的情景，讓觀眾有現場“聽課”的感覺，如雨、雪、雷電、高溫、霧霾天氣、泥石流或山體滑坡場景等。

（2）三維虛擬天氣模型的運用，使抽象的天氣現象所蘊含的信息或原理得到直觀的表達。在防臺風的氣象節目中，應用三維動畫技術制作臺風結構示意，可以逐層“剖開”，清晰地展示臺風的結構組成和內部環流，通過與主持人的互動引導，臺風模型逐步移動，顯示即將經過的路徑和受影響區域。類似的三維結構模型還有雪花、冰雹、人工降雨炮彈、病毒等。

（3）三維虛擬模型動畫可以將復雜天氣等事物及其變化過程的科學原理演示出來，不僅可以制作出三維動畫的拓撲流程動畫示意圖，還可以把天氣復雜的演變進程通過動畫效果逐步展示出來，如雷雨、鋒面雨、地面輻射降溫、霜凍等天氣現象的成因。

（4）虛擬植入技術在電視氣象科普宣傳中，可以發揮“言傳身教”優勢，通過模擬天氣災害場景、造成的后果，演示并指導人們采取正確的防災避險措施，比其他宣傳方式更直觀，不易引發歧義，警示效果更強。例如，汽車通過積水路段造成熄火、山洪暴發時的逃生線路、野外防雷的正確行為等。

1.4 以虛擬制作系統為龍頭，開發新舊電視節目制作系統的組合運用，形成節目制作方式的二次創新

（1）虛擬制作系統與氣象圖文系統的組合應用，解決了氣象數據三維展示問題。目前的虛擬制作系統都不帶氣象數據處理模塊或功能，用于制作電視氣象節目這種專業性很強的節目是一個缺陷，而原有的氣象圖文制作系統只能輸出二維圖片或視頻，我們在節目中將氣象圖文系統輸出的圖片或視屏，通過貼圖或視頻輸入方式運用于三維虛擬模型上，實現了氣象圖文的三維展示。

（2）多系統組合應用，改進了電視氣象節目彈窗展示功能。以往我們節目的背景彈窗主要以展示二維圖文為主，采用虛擬植入技術設計的三維彈窗，除了采用貼圖方式外，還具備多路實時視頻信號輸入功能，將其他制作系統如氣象圖文、字幕機和非線性編輯系統等信號輸入，使各個彈窗可以分別展示不同的內容，包括圖文圖表、視頻、手機、電腦、多媒體信號等，并依節目進程逐次彈出與主持人互動，使節目的表現重點更為突出。

（3）利用第三方制作軟件成果，實現“假三維植入”功能。不同的三維動畫軟件和電視節目制作系統都有自己在圖文、三維動畫或視頻制作方面的優勢，但由于模型復雜、系統采用的格式或使用到其他專門插件等原因，所以很難作為模型或模塊直接導入虛擬制作系統使用。虛擬制作系統可以通過貼圖方式引用其他三維動畫軟件制作的帶Alpha通道的視頻文件，或者輸入其他電視制作系統制作的帶有鍵信號的圖文或視頻，可以制作出效果比較逼真的“假三維植入”功能。

2 目前電視氣象節目中應用虛擬現實技術存在的問題和改進思路

我們使用虛擬制作系統制作氣象節目已經有幾年時間，在應用過程中，也發現存在的一些問題和需要進一步改進的部分，總結如下。

（1）日常節目制作的安全保障問題。電視氣象節目是日播或者每日多次播出的節目，安全制播要求高。虛擬制作系統價格昂貴，很難購置多套系統進行熱備份，同時系統操作過程復雜，對鏡頭機位和演播室場景要求高。經過數年運行，系統的各方面性能和穩定性都有所下降，一旦在節目制作過程中出現故障，很容易引發安全隱患。因此，應當制定完善的應急保障制度，建立應急節目制作的技術備份。

（2）由于制作技術和設計能力及對節目定位的理解存在不足，目前我們的虛擬演播室在包裝設計上與電視氣象節目的定位還有一定落差，與其他節目相比，差異性不突出，場景模型和材質的精細度、仿真度不夠。同時，應當花大力氣開發建立起高精度三維虛擬模型庫，解決目前虛擬模型嚴重不足的問題，以備日常節目使用之需。

（3）虛擬制作系統操作比較復雜費時，例如三維模型從建模、優化面線、烘焙材質到模型導入虛擬系統都要耗費一定的時間，而我們日常制作節目時間非常短，很難做出復雜而優秀的作品，日常創新困難，甚至很多時候用二維圖片代替三維模型，嚴重時會出現整個場景不同物件風格迥異的現象，從而影響到節目質量。

（4）在日常節目制作過程中，由于知識水平和理解能力的差異，有時還存在著制作的虛擬植入模型科學性、準確性問題，所以日常制作過程中要嚴把質量關，以防錯誤信息誤導觀眾。

（5）設備使用得好不好，使用者的能力是關鍵，我們目前缺少集較高藝術設計、三維軟件操作和氣象知識于一體的全能型人才。這些問題可以通過與社會技術力量及高等院校相關專業深度合作開發、引進人才、加大內部技術培訓、加大與電視部門技術交流等方式解決。

（6）虛擬制作系統還需要進一步提高穩定性和系統功能，系統對三維虛擬場景和模型的點面數據量有一定要求，高精度的模型需要優化降低數據量才能導入，影響精度及效果。同時，由于系統運行的需要處理的數據量非常大，在進行鏡頭追蹤、運行一些大的模型或動畫時容易出現畫面抖動或延時。虛擬系統與主持人的交互還需要預先設定，交互的自主性和融合度還有很大的提升空間。

3 結語

虛擬現實新技術在電視氣象節目中的應用，極大地推動了節目形態和表現形式的進步。設備不可能經常更新，但技術人員的觀念和知識能力需要不斷更新，勤于思考，敢于嘗試，通過不斷地挖掘設備潛力，研究新用法和設備的組合應用，把設備的優勢發揮到極致，不斷創新，使節目常變常新，更好地服務社會大眾。

參 考 文 獻

[1]潘維涵.虛擬技術在電視節目制作中的應用[J].中國傳媒科技，2019（2）：120.

[2]黎琮煒.提高氣象傳媒競爭力的思考[J].氣象研究與應用，2017，38（2）：106.

[3]陳燕.虛擬演播室技術在電視節目制作中的應用探討[J].視聽，2018（12）：255-256.