虛擬演播室技術在氣象預報節(jié)目中的科學運用

金晨路，王 淞，開 麗，韓照全，何 婧

（南京市氣象局，江蘇 南京 210019）

0 引言

作為一種新型的電視節(jié)目制作工具，虛擬演播室技術對比傳統的色鍵摳像技術，為天氣預報節(jié)目制作帶來了更多便利。它結合了計算機三維圖形技術與視頻合成技術，以攝像機的位置及參數，將三維虛擬場景的透視技術、與前景保持一致，再通過色鍵合成，打造了主持人與三維虛擬場景巧妙融合的視覺感觀。這樣的視覺呈現，讓觀眾感到更加逼真、更有立體感，體驗感更佳；與此同時，節(jié)目細膩、形象、逼真的效果，獲得了業(yè)內專家的一致好評。虛擬演播室技術目前仍然不斷地發(fā)展和探索階段，我們通過大膽的實踐和嘗試，將此項技術運用于南京市氣象服務中心標點氣象節(jié)目當中，通過主持人的互動講解，為觀眾解讀天氣變化，實現了動態(tài)、直觀的高仿真場景設計效果。

1 虛擬演播室技術分析

1.1 建模技巧

建立虛擬電視天氣預報演播室的三維場景，是虛擬天氣預報節(jié)目當中的基礎工作，也是極其重要的一項工作。觀眾所看到的虛擬演播室中的背景圖像，大多是通過計算機技術所創(chuàng)作的二維或三維圖形，也就是我們所說的虛擬場景。現階段，我們可以用到的三維建模及動畫軟件有很多，諸如3DMax、Maya、Softimage等，都是比較常用的。隨著科學技術和計算機技術的快速發(fā)展，三維模型的繪制成果愈加形象逼真，這為虛擬天氣預報節(jié)目效果的呈現帶來了更多精彩之處。但是，由于節(jié)目中的一些模型及動畫的實時動態(tài)需要，建模過程中需要注意以下幾點：

（1）三維動畫的動態(tài)效果對于構成模型的三角形數量具有限制性，一般情況下，按照工作站計算能力估算，數量大約在5000到20000的區(qū)間之內，數量不等。因此，在制作時需要盡量保持模型的簡化構造原則。

（2）一般情況下，模型中最好不要設置過多的燈光，但精致逼真的模型往往又要依靠燈光的數量提升效果。這一矛盾點，需要在建模之后，利用Lightscape等軟件，將燈光參數形成貼圖，以此來提升實時運行速度。

1.2 虛擬影子的制作

三維模型避震效果的形成，絕大部分原因是它可以對實物光影進行仿真，從而加強模型及動畫的立體感。在建模過程中，需要使光的方向保持一致，模仿實物的真實影子效果進行設計。而前景主持人在演播室進行錄制時，很可能因為大理石地板的反射原理，在地面形成倒影，如果虛擬演播室的整體虛擬背景能夠與此倒影相契合，則可將倒影融入到整體畫面當中。建模時，可以讓前景主持人在事先準備好的場景中行動，只要其倒影投射在藍箱內具有反光效果的透明塑料布上，就可以形成制作背景的倒影。此種方法程序簡化、方便實用，效果也十分逼真。

1.3 自動反饋／標志系統

在電視天氣預報節(jié)目當中，主持人在對觀眾介紹天氣的時候，經常設計出了虛擬模型圍繞人物運動的效果，或是在主持人在虛擬布景中行走時、穿過虛擬物體。為了避免這些運動出現穿幫現象，主持人需要注視返送監(jiān)視器中的效果，對自身的動作進行調整，在行走時需要走在地板上事先畫好的路線上。一般來說，虛擬系統的視頻多會出現延時情況，所以難以從根本上解決這一問題。因此，自動反饋／標志系統應運而生。這種系統可以讓主持人明確虛擬物體的實時位置，但是所反映出的也會對主持人的影子造成一定的干擾性，因此，此系統很少在實際應用中出現。

1.4 虛擬動畫人物表演

為了增加虛擬天氣預報中的節(jié)目效果，一般還會在節(jié)目中加入一些動畫人物表演。一些節(jié)目中會借用計算機技術，在真人的關鍵部位安裝傳感器，并通過數據傳感、控制虛擬動畫人物的肢體動作，讓其模仿真實人物的表演，形成動畫人物與主持人互動的效果。也有一些節(jié)目為了在講解天氣狀況時，為了豐富講解內容，讓觀眾更加深入地了解到該天氣內是否適宜運動、出行等，會將動態(tài)的卡通人物直接運用到畫面當中，為觀眾演示動畫情境。無論采用哪一種方式，都將為虛擬天氣預報節(jié)目增強更多新奇感，從而獲得更多觀眾的喜愛。

2 南京市氣象服務中心《標點氣象》中對虛擬演播室的創(chuàng)新應用

2019年入夏以來，夏季影響南京的重要天氣氣候事件主要有臺風、暴雨、高溫和強對流。其中高溫最為搶眼，2019年夏季南京全市高溫日數為14（六合）～24（高淳）天，較常年平均偏多2（六合）～7（浦口）天。高溫時段主要集中在7月下旬、8月上旬和下旬前期。隨著融媒體時代的到來，普通的摳像技術場景呆板，畫面缺乏層次感，難以滿足受眾的審美需求。于是，我們大膽嘗試，采用虛擬演播室技術，將枯燥乏味的氣象數據，生動直觀的展示于觀眾，實現自動景深、半透明前景物體，凹凸紋理貼圖等高仿真場景設計，將人們帶回到那個超長待機的夏天中，畫面逼真、形象、細膩，受到觀眾和業(yè)內專家的一致好評。

2.1 景別的創(chuàng)新運用

虛擬的三維空間方便演播室背景景別的快速更換，在南京市氣象服務中心標點氣象節(jié)目中，主持人從畫外走入鏡頭，并利用動作指引、推動虛擬天氣動畫的運動，作為節(jié)目的開場，使得整體景別效果更加新奇，引起觀眾繼續(xù)看下去的興趣。此外，在節(jié)目當中，大背景由“演播室內”的場景切換到“室外草地”，并利用轉動的風車、人物的動態(tài)效果，這種靈活多變的景別切換，取代了傳統天氣預報節(jié)目的單一性，讓節(jié)目內容更加飽滿、生動，而且更具趣味化。節(jié)目最后，介紹明日天氣的時候，又將畫面切到半身機位，這樣一個遠近大小的變化，可以有效防止觀眾的審美疲勞，帶來不斷變化的新鮮的視覺感受。

2.2 主持人與動畫互動

虛擬演播技術，相比于普通的摳像技術，最大的優(yōu)勢在于前景的運用。主持人在講解天氣時，不用刻板地保持同一站位或同一姿勢，而是可以用手勢和動作與三維動畫特效進行互動，通過動作指示以及行走，令節(jié)目的整體效果擺脫了刻板和枯燥。而三維動畫的加持，比如轉動的風車、縮放的數字等，無不是對觀眾視覺的挑逗。

2.3 虛實結合，虛擬植入

在實景演播室中，可以通過植入虛擬物體，并憑借攝像機的跟蹤技術，打造虛實結合的演播效果，從而彌補實景演播室在實物展示方面的局限性。《標點氣象》節(jié)目當中，具有足夠大的應用空間，將城市輪廓地圖、氣溫變化柱狀圖等虛擬動畫加入到留白空間，生動形象地演示了當地的天氣情況，更方便觀眾根據所了解到的這些變化情況安排日常活動，兼顧了虛擬天氣預報節(jié)目的美觀性和實用性。

2.4 通過模擬動畫直觀展示天氣情況

該檔節(jié)目對于天氣信息的介紹全面詳盡，不僅通過室外驕陽似火的太陽給人一種置身于炎炎夏日的體驗感，同時利用多種動態(tài)前景對氣象數據進行細致的描述和演示，讓觀眾有了更加準確的參照，大大增加了天氣預報節(jié)目的可看性，體高了公眾氣象服務能力。節(jié)目中在介紹浦口和六合地區(qū)高溫情況時，用了動態(tài)環(huán)狀圖，直觀地對2019年高溫的情況和常年同期做的對比，畫面簡潔明了（圖1）。在介紹高淳地區(qū)高溫情況時，用了三種不同的呈現形式，比如用了三維立體地圖動態(tài)呈現高淳地區(qū)所處的方位和高溫日數，（圖2），還利用大屏展示高淳日最高氣溫曲線變化圖（圖3），以及利用動態(tài)曲面透明顯示牌突出8月5日到11日的連續(xù)高溫天氣，連續(xù)的視覺沖擊，讓觀眾一目了然，印象深刻。如果主持人需要向觀眾介紹暴雨、風一類的天氣情況，完全可以借助模擬動畫，演示出惡劣天氣出行的危險性，讓觀眾們對此提高警惕、增加安全意識，盡量減少出行安排。

3 結束語

現階段，我國的虛擬演播室技術已經小有成就，并且伴隨著科學技術的發(fā)展和創(chuàng)新，虛擬演播室技術已經涉及到了除電視節(jié)目與氣象節(jié)目之外的更多領域。各領域人士通過不斷的探索和嘗試，逐漸發(fā)掘虛擬演播室的利用價值，取代傳統演播室的不足之處，為觀眾帶來更加精美、逼真、新奇的視覺感受。氣象預報節(jié)目需要迎合當今社會大眾的審美需求，結合自身的實際情況，對節(jié)目效果進行進一步的優(yōu)化和改良，促進氣象影視行業(yè)的發(fā)展。