廣西氣象影視節目中虛擬演播室模塊研究與應用

齊朋　莫凡

【摘要】廣西氣象服務中心自2017年9月開始引進了虛擬演播室系統，首次嘗試了色鍵摳像技術和攝像機跟蹤技術，制作了廣西衛視《天氣預報》、廣西都市頻道《點子圈天氣》、廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》以及應用在全國氣象影視業務競賽中、廣西氣象影視業務賽中，實現了虛擬演播室與Weather Central系統、大洋非現編系統的完美結合，截止2021年共制作虛擬演播室場景400多個，真實動感的視覺效果、直接調用氣象數據、氣象數據直接生成氣象圖表信息使得氣象節目更具科學性和觀賞性，其中廣西衛視《天氣預報》在廣西電視收視率及同時段市場份額名列前茅。

【關鍵詞】虛擬演播室;模板應用;氣象數據

中圖分類號：J9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.21.091

廣西氣象服務中心利用虛擬演播室系統進行制作日常氣象影視目一共有三檔，分別是：

廣西衛視《天氣預報》，如圖1，（節目時長2分30秒）：節目重點關注廣西天氣情況、廣西及北部灣未來天氣趨勢以及廣西主要城市的天氣預報，依托氣象和電視領域的高新技術為服務手段，為公眾提供權威、及時、準確的氣象服務信息。

廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》，如圖2，（節目時長2分30秒）：是一檔氣象旅游服務類節目，節目定位以都市人群為服務對象，節目關注每日天氣趨勢，通過多媒體演播技術，打造生動形象的節目場景，通過主持人講述，為觀眾提供旅游出行氣象服務，推薦適合當前天氣條件出行的旅游目的地。節目還提供廣西主要景區未來三天的天氣預報，通過精細化服務，讓觀眾曉天氣變化，享旅游動態，快樂出行。

廣西都市頻道《點子圈天氣》，如圖3，（節目時長2分30秒）：是一檔氣象生活類節目，定位以都市人群為服務對象，節目內容針對公眾在微信朋友圈中對于氣象的關注點進行互動式服務，向公眾科普、解答、分析氣象服務信息。

其中，廣西都市頻道《點子圈天氣》因為節目包裝精良，被都市頻道譽為“最好看的天氣預報節目”;廣西衛視《天氣預報》在2020年初完成節目升級打造，服務質量有了更大提升，根據廣西電視臺2020年上半年收視率報告，廣西衛視《天氣預報》節目平均收視率為2.285%，較2019年有了較大幅度上升，平均每期節目有約104萬廣西觀眾收看;廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》根據廣西電視臺報告，該節目2020年上半年收視率為2.887%，平均每期節目有131.4萬廣西觀眾收看，虛擬演播室的引進和發展助力了2020年公眾氣象服務滿意度再創新高（91.37分）。

1. 廣西氣象影視虛擬演播室模塊應用情況

廣西氣象影視虛擬演播室使用模塊分為虛擬演播室場景模板、Tracking虛擬跟蹤攝像機、虛擬演播室在線包裝系統和Weather Central氣象數據提取模塊。虛擬演播室模板包含三維場景模板、三維部件及演示動畫;Weather Central氣象數據提取模塊包括從廣西氣象臺提供的數據接口和CIMISS系統提供的格點預報數據、模式預報數據、雷達氣象數據接口，通過團隊研發的氣象影視業務預報數據轉換系統實現氣象數據可視化呈現。

1.1 虛擬演播室使用情況

廣西氣象影視目前使用的虛擬演播室場景模板的主要是運用3DMAX、MAYA等三維設計軟件完成三維模型、虛擬場景設計以及材質烘焙。

然后將制作好的三維模型導入艾迪普系統，并且運用Artist模塊對場景、模型進行邏輯化搭建，結合演播稿內容進行三維動畫展示設置。iArtist三維圖形實時創作系統，具有高效的三維圖形制作及渲染功能，系統具有簡單便捷的操作界面，豐富的模型素材庫、多元化的圖形場景特技效果，支持第三方創作軟件2D/3D設計模塊的導入等多種強大的功能特性，可滿足創作人員在節目模板制作過程中的所有設計需求，有效提高創作人員的工作效率，從而輕松快捷的完成豐富復雜的三維圖形效果的制作，并更專注的實現節目對三維圖文模板的功能需求。iArtist三維圖形實時創作系統的工作流程是首先新建素材clp素材，其次添加物件、以及物件編輯材質和貼圖，再次給物件創建豐富動畫，設置引出項和關聯物件，然后保存素材。

最后將Artist中制作完成的模板載入Icontral模塊中，使用虛擬云臺攝像機跟蹤系統依據演播稿內容和場景動畫設置進行鏡頭位置的調節，完成節目錄制。并且可以根據輸入數據內容，形成三維氣象圖文圖表。

1.2 Weather Central氣象數據提取模塊使用情況。

廣西氣象服務中心主要是從區氣象臺和CIMISS系統提供的API接口獲取數據的方法，然后經過我中心研發程序實施氣象數據可視化。

將氣象數據與地圖信息相結合，利用收集的數據，準確及時的模擬出模型，應用到氣象電視節目中。目前主要使用的數據有自動站氣象數據、雷達及其拼圖、衛星云圖、溫度場實況數據、高度場實況數據、流場實況數據、地面流暢實況數據、海平面氣壓場實況數據、海平面3小時變壓實況數據、歐洲中心高度場預報、歐洲中心流場預報等等。

但是Weather Central氣象數據提取在中心氣象影視節目中已使用10年，一直系統穩定，缺點是地圖老舊;二維平面可視化也遇到了一些限制和障礙，例如無法顯示多層數據、無法對空間上的分布進行直觀展示;地圖和氣象數據可視化效果已經跟不上現在觀眾的審美品位。

2. 廣西氣象影視虛擬演播室模塊優化應用

2.1 建設廣西省級節目制作系統應急備份中心，升級虛擬演播室，實現虛擬與實景大屏相結合

廣西省級節目制作系統應急備份中心項目建設以后，演播室視音頻系統中主要新增1臺高清攝像機、32路特技切換臺、視頻拼接器、16路調音臺、光電混合視頻矩陣、監視系統、通話系統、周邊設備、電視墻、控制臺、LED顯示屏等相關設備組成。能夠滿足有主持人氣象節目的多機位錄制，實現虛擬及摳像類節目、專家訪談類節目、實景區節目的制作需求，是廣西氣象影視數字化建設的一部分。

通過虛擬演播室前置技術，實現虛擬與實景LED大屏密切結合，突破舞臺限制，自由設計，此項技術不僅可以拓展旅游類氣象服務節目、新聞類氣象節目等，還可以制作黨建、專家訪談類節目。

2.2 更換云圖2.0氣象節目制作播出系統

云圖2.0系統是集制作和播出一體的氣象節目制作播出系統，系統由播控端、圖形渲染引擎和Datahub數據處理引擎。Datahub數據處理引擎可以處理Cimiss、Micaps、自動站等數據，數據包括整點氣溫、小時最高最低氣溫、小時相對濕度、逐小時降水、24小時降水、24小時變溫、兩米風速以及精細化報文、智能網格預報數據、模式預報等。處理后的數據通過本機共享盤同步到圖文渲染引擎進行圖形渲染進入播控端實現氣象數據可視化的呈現。

云圖2.0還擁有很多模板屬性，可以調節模板出現的鏡頭位置和鏡頭運動的時間，編輯完的模板還可以直接出現，極大提高了制作效率。

3. 展望未來—氣象影視節目發展趨勢

3.1 虛幻引擎技術結合虛擬演播室。

虛擬演播室利用軟件生成背景和模型，除了制作許多不存在的場景，還可以瞬間改變場景，電腦生成的背景和主持人完美融合，使虛擬演播室在氣象影視節目中的優勢凸顯。在未來的氣象節目發展中，基于虛幻引擎的實時廣播合成系統技術結合虛擬演播室將成為潮流如圖6、圖7，營造“沉浸式”和“混合現實”身臨其境式的觀看體驗。

Unreal Engine虛幻引擎技術是實時的，影視級渲染引擎，能夠實時渲染百萬到千萬級的幾何體，無論是燈光、材質、粒子等方面，表現力都是一流的，可以實現效果逼真的云、雨雪、雷電、霧霾、沙塵、水、流體模擬等，提供氣象仿真的水，來應對氣象數據快速發展的需求，并且在可視化領域具備前瞻性。

3.2 數據可視化趨勢。

2021年4月，為深入貫徹黨的十九屆五中全會精神和習近平總書記關于氣象工作的重要指示精神，強化科技創新在我國氣象現代化建設全局中的核心地位，中國氣象局制定了《中國氣象局加強氣象科技創新工作方案》，方案明確未來5年氣象科技創新目標。數值模式、綜合觀測、預報預測等重要領域關鍵核心技術基本實現自主可控。攻關重大天氣氣候機理研究、下一代數值預報模式、第二代再分析系統、氣象衛星遙感應用、新一代信息技術的氣象融合應用、氣象服務數字化智能化等市中國氣象科技創新發展趨勢。

由此，氣象數據可視化領域就面臨更多需求和挑戰：①隨著數值預報技術發迅猛發展，數據的空間網格尺度在迅速縮小，分辨率也大幅的提高;時間的間隔縮短;要素和空間層次更多。②氣象衛星觀測技術的更新，通道、分辨率、間隔指標要與國際發展同步。③數據同化技術的發展，同時也帶來了更為精細和時間跨度更大的數據。④天氣雷達、X波段等各類新技術應用到氣象領域，數據量增長迅猛，對可視化效率要求更高。所以對于數據可視化首先就要提高數據可視化引擎的算力;其次，對于非氣象人士，無論是政府部門還是普通觀眾，都需要有一套更為直觀、移動、科學的三維顯示工具;最后，還要提高數據可視化的實時效率。

剛剛提到未來的氣象影視節目的發展趨勢是將虛幻引擎技術引入虛擬演播室，那么在數據可視化方面在未來就需要開發全新的地理信息系統來承載各類氣象數據，開發全新的數據顯示插件，以及針對同化數據和雷達數據進行開發。

4. 小結

廣西氣象影視虛擬演播室，極大的展現了氣象數據可視化的表現形式，應用在氣象科普宣傳方面也使節目在視覺觀感上大力的提升。但是科技常新，我們氣象影視制作人員要不斷更新自己的認知和知識儲備，挖掘新技術在氣象可視化節目的方法。在及時、準確、可控發布氣象預警信息的同時，也為政府應急部門搭建一個防災減災宣傳的有效渠道，使公眾更快速、方便地獲得各類公共事件預警信息，增強其應對氣象災害的能力、提供高質量的氣象服務水平。

參考文獻：

[1]容軍.虛擬現實技術在電視氣象節目創新中的應用[J].企業科技與發展，2020（8）：466