虛擬植入技術在電視節目制作中的應用分析

張楊菁

（湖南廣播電視臺衛視頻道，湖南 長沙 410003）

導語

在1978年，“電子桌布”的定義被首次提出，與此同時，還對未來節目制作進行了明確，指出節目制作能夠在空演播室內實現，其中僅有演員及攝像機，剩下的布景及道具都是通過電子系統進行合成的。該項技術在20世紀80年代進行了專業技術認證，也被叫作虛擬現實技術，即VR技術。就虛擬現實技術而言，它是計算機技術深入發展之下的產物。人們借助計算機技術，構建同現實環境存在較高相似度的虛擬化環境，不管是聲音及視覺等方面都存在相似性。且用戶還能通過有關的設備及虛擬環境對象開展互動活動，從而形成同真實環境接近的感受。針對虛擬現實技術來說，它能夠構建出與現實情境非常接近的相對真實的場景，能夠讓體驗人員形成身臨其境的體驗。該項技術給人們創造了基于數字信號形成的空間，且還是在該空間之內進行實踐創造的技術。它主要有三個特征，第一個為沉浸性，第二個為交互性，第三個為構想性。

1.虛擬現實技術分類

VR技術的主要內容是建立虛擬的環境。以VR頭盔為例，當體驗人員帶上頭盔，就能實現與現實世界的視覺脫離，然后把他們帶入虛擬三維空間，讓用戶形成身臨其境的錯覺。VR技術的呈現通常包含四種類型，具體分析如下。

1.1 桌面虛擬現實

它主要是借助個人計算機，還有初級工作站開展仿真活動，將計算機屏幕當作虛擬環境的入口，利用相關的輸入設備，如鼠標及追蹤球等，將現實世界同虛擬環境連接起來，實現兩者之間的有效交互，并對虛擬環境的物體進行操縱。該類VR技術極易被附近的現實環境影響，所以體驗者的沉浸感相對較差。[1]

1.2 分布式虛擬現實

該系統往往是借助計算機網絡，實現各個用戶之間的有效連接，讓他們一起在相同的虛擬空間中，一起感受虛擬經歷。該類VR技術的境界則相對較高，能夠實現協同工作。以央視音樂頻道為例，其中的《音樂公開課》，在進行節目制作時，想要有效增強用戶的音樂體驗，讓眾多的用戶一起感受音樂魅力，就借助了VR技術開展節目制作，同時還利用計算機網絡，把大量的觀眾聚集在相同的空間范圍中，讓大家一起體驗虛擬世界，一起參加音樂公開課。

1.3 沉浸式虛擬現實

在這一系統中，能夠讓用戶形成身臨其境的感受，是現階段運用最廣泛的方式。該系統主要是借助頭盔式顯示器級別的設備，將體驗者的視覺及聽覺等感官全都進行封閉，為他們構建更好的虛擬感覺空間，同時借助位置跟蹤器等輸入設備，讓體驗人員產生身臨其境的感受，從而全面沉浸其中。經常運用的沉浸式系統一般包括兩種，一種是頭盔式顯示器系統，另一種是投影式虛擬系統。

1.4 增強現實性

該系統也叫AR系統，利用該系統不但可以對現實世界進行模擬，同時還能強化體驗人員的真實感受，進一步提升了在現實世界中不能感知及感知存在障礙的感受。以央視《生活圈》節目為例，在這一節目中，主持人想要對互動數據進行表達時，在他的面前就會產生相應的實時數據板，這一效果就是借助AR技術完成的。又如央視的《國家記憶》節目，在節目制作過程中也運用了AR技術，將有關的媒體數據展示給嘉賓，這在很大程度上增強了熒屏效果。[2]

2.虛擬植入技術系統和虛擬演播室技術系統的運用特點

就虛擬演播室技術而言，它和虛擬植入技術相同，都屬于虛擬現實技術，其技術基因及系統構造均是一樣的。兩者都是借助圖形處理技術及視頻合成技術，通過計算機制作而合成的三維虛擬場景及主體人物和別的一系列元素，在人物及植入的虛擬場景中構建互動關系，將虛擬場景同現實進行有機結合，達到同步變化，從而實現節目方案預期的目標，合成相應的畫面。

針對虛擬演播室技術而言，其系統運用特點如下：基于藍箱及綠箱環境，借助色鍵技術，針對主體人物進行摳像，接著將其同虛擬背景進行合成，使其達到可運動及虛實結合的存在互動關聯的效果。基于節目形態的越來越豐富，以往要在虛擬演播室中完成的節目制作，通常都要根據實景來進行，在這一過程中，就應運用能夠在實景區域中完成三維場景的技術。對此，在虛擬現實技術之上就產生了有效的節目制作技術，也就是虛擬植入技術，可將其簡稱為AR。該技術系統是基于虛擬演播室系統之上發展的節目制作系統。[3]

基于虛擬演播室系統來說，虛擬背景通常都是位于人物后面。就虛擬植入技術而言，它是基于實景背景，在主體人物面前制作的虛擬場景及道具，將虛擬場景加入主體人物前面，促進虛擬場景同現實的融合，構建兩者的交互關系。該項技術的制作有著極強的代入感，能夠讓觀眾體驗到身臨其境的效果，從而讓節目內容豐富起來，增加節目的趣味性。現階段，對各種各樣的節目來說，實際進行制作時，相關的工作者往往更傾向于虛擬植入技術。

3.虛擬植入系統組成

針對虛擬植入技術而言，不管是該項技術，還是虛擬演播室技術，這兩者都是基于虛擬現實技術產生的，屬于虛擬現實技術的產物，且也是對影像合成技術的進一步創新及發展。就虛擬植入系統來說，基于實景區域開展的虛擬場景投放，可以不用通過色鍵摳像技術來完成，可以說虛擬植入技術徹底打破了原有虛擬演播室技術在藍箱方面的局限，該項技術可以被普遍應用于一系列的實景節目制作中。對虛擬系統而言，其中還存在多個系統構成，如圖形圖像創作及攝像機跟蹤系統等。

3.1 圖形創作系統

就圖形創作系統來說，它主要是借助三維動畫軟件，通過計算機創造虛擬環境，然后基于虛擬的三維世界，在其中構建相應的模型和場景。設計者會按照有關的設計標準，對虛擬攝像機運行軌跡和相關的一系列動畫參數進行設置，根據模型運用原理，從而制作出相應的合成畫面。[4]針對虛擬植入系統來說，其場景設置一般都是三維虛擬場景。它們往往是借助3D Max以及Maya等軟件進行建模，然后利用專業的圖形處理技術進行編輯及合成，其中有建模、物體運動及材質分配等動畫效果，通常情況下，它對電腦的性能及圖形處理軟件有著較高的要求，需運用專業軟件及電腦進行制作，比如HP Z800電腦。在對三維場景進行制作的過程中，應全面考慮現場實景環境及燈光等要素，基于4K或8K時代，將材質細節及色調進行科學調整，使其與實際場景形成一致，當處理完成之后，還應對合成效果進行預演，以保證可以滿足相關標準。

3.2 攝影機跟蹤系統

對攝像機跟蹤系統來說，其功能主要是幫助圖形工作站處理相關的工作，為其奠定數據基礎，包括現場元素的位置及運動數據，這樣圖形工作站就能根據相關的信息，建立虛擬攝像機系統，并且同現場攝像機運行軌跡、畫面內容信息達成統一，全面展示出現場各個元素間的位置關系。在攝像機跟蹤技術中，還包含四種技術類型，比如傳感器跟蹤技術及超聲波跟蹤等。就傳感器跟蹤方式來看，它還劃分為兩種系統，依次為機械傳感式及識別系統，現階段，在電視節目制作中，運用最為普遍的為機械光電傳感。

針對攝像機跟蹤系統而言，其工作原理一般是借助攝像機云臺還有鏡頭上安裝的傳感器，對攝像機運動及鏡頭焦距變化情況進行識別，具體而言，主要是對攝像機的推、搖等動作進行收集，從而了解攝像機運動數據，以及鏡頭出現變化時的相關參數，在這之后，再將所有的信息在第一時間發送到圖形工作站，有利于圖形工作站合理利用攝像機運動信息，將其映射給處理單元，構建虛擬攝像機系統，保證攝像機運動數據可以及時產生變化。[5]如此一來，虛擬攝像機同現場攝像機，就全都固定在了相同的位置上，若是現場攝像機進行運動，那么跟蹤器也將對虛擬攝像機進行控制，使其同現場攝像機一起運動。

通過跟蹤系統對攝像機運動信息進行記錄，然后利用圖形工作站對這些信息進行分析及處理，有助于更好地處理各個合成元素，如主體位置及透視關系等。比如，渲染工作站獲取到攝像機景別變化，轉變成近景及特寫，若是信息中主要為跟蹤主體人物，對渲染主機而言，將會發布將背景進行虛焦的命令，這樣合成的畫面就會呈現為前實后虛的效果；若是在這一過程中，傳感器未能獲取景別變化，那么前景將同背景聚焦達成統一，根本無法區分前景及后景，這會使畫面的景深出現不協調現象。對跟蹤系統來說，應在第一時間對攝像機的運動變化開展捕捉及處理，唯有如此，才可以促進圖形工作站更好地開展工作，為其提供準確有效地運動變化信息。由此，可以看出虛擬植入系統在跟蹤傳感器方面有著較高的要求，應盡可能地提升傳感器精度。

3.3 圖形工作站

就虛擬植入系統而言，其圖形處理工作一般都是通過圖形工作站進行的。不但要對攝像機跟蹤器獲取的攝像機運動數據進行處理，還應對原來制作的3D虛擬場景進行調用及調整，從而將圖像數據發送給圖形發生器。針對電視節目來說，實際進行制作時，其中任務最重的系統就是圖形工作站。在對攝像機運動數據進行處理的過程中，要求圖形工作站還應對動畫、燈光及透明物體等模型文件進行渲染加工，保證能夠對虛擬三維場景進行實時調用及科學調整。

因為一幀虛擬場景的繪制時間通常都是20毫秒，同時虛擬場景還對貼圖質感及光效有著較高的要求，應同實景達成統一，基于此，針對虛擬元素及模型開展處理的過程中，通常情況下，要借助一系列計算及渲染資源才能完成。除此之外，伴隨攝像機的運動，對于圖形工作站來說，還應對場景中虛擬元素開展計算，比如光感變化等元素，在這一過程中，也應完成實時渲染輸出，由此，可以看出圖形工作站應該擁有較強的數據處理能力以及渲染運算能力，以便更好地處理大量的數據信息。若是處理能力無法達到有關的標準，將產生運動畫面卡幀及場景脫節等問題，很難實現電視節目設計的預期目標。

4.電視節目制作中虛擬植入技術的運用研究

虛擬植入技術具有沉浸性及互動性特征，雖然對傳統的電視觀看造成了很大的影響，但是這也給電視業的創新帶來了新的發展機遇?；谔摂M植入技術的進一步發展，使得電視節目制作也獲得了空前的發展，以奧運會直播為例，就運用了VR技術，給全世界的人民呈現了良好的視覺感受。在各個項目中都運用了這項技術，如籃球及跳水等，在各場比賽中，都會放置三個VR機位，從而讓用戶通過App來觀看現場直播。[6]

虛擬植入技術能夠把各個元素整合起來，比如主持人畫面等元素，將這些元素科學添加到演播室實景中，抑或是外景拍攝的各個地點，有著較強的靈活性，針對娛樂、天氣及體育等節目，能夠進行較好的現場包裝。近些年，從大部分的體育賽事及春節晚會來看，其節目制作現場往往都可以看到相關的技術工作者。針對各個類型的節目而言，虛擬植入場景的種類也有很大的差異。就虛擬植入形態來講，它包含多種類型，如奇幻形態、道具形態及虛擬人物形態。這些形態的構建，有助于同現場實現良好的互動關系。

對晚會及綜藝類節目來說，在其中增添虛擬場景元素，能夠為觀眾呈現更為絢爛的場景，給他們更好的觀看體驗。比如2021年春晚中的武術表演，就在其中添加了塞外場景，全面提升了觀眾的沉浸感。針對體育賽事及紀錄片等節目，在其中增添虛擬場景，抑或是增加現實中無法制作的虛擬道具，能夠更好地配合節目內容，進一步強調節目內容，從而使觀眾全面理解節目內容。比如轉播的游泳比賽，在賽道上增添虛擬標識，能夠讓觀眾更好地了解賽事，有效區分現場環境。

從部分節目制作現場來看，一般都是根據LED大屏幕內容來植入虛擬場景，不但能夠對抽象內容開展寫實化處理，還可以很好地渲染現場氣氛。比如央視的《心理訪談》節目，從節目制作現場來看，在訪談區域中間，是將LED大屏幕當作背景的，且在屏幕的兩邊還依次設置了兩塊綠板，將它們同大屏有效連接起來。對設計創作者來說，是想要把屏幕兩邊的虛擬背景同LED大屏中的內容進行串接，從而構建相對完整的互動場景，合成完善的訪談背景，進而增強觀眾的視覺效果，促使實景同虛擬場景有機結合起來。另外，設計者還根據背景大屏，植入了能夠進行互動的虛擬場景及一系列道具，對抽象節目內容開展具象化處理。利用虛實結合的技術，將虛擬背景同LED大屏實景內容全面連接起來，把實景、虛擬背景以及增添的場景有機結合起來，構建相應的互動關聯，讓主持人及嘉賓同虛擬現場更好地融合起來?；谶@類復雜的場景，一般都是通過虛擬演播室技術同虛擬植入技術有機融合來完成的，可以說是相得益彰，極具設計特點。就虛擬場景植入來看，應貫徹簡潔及直觀的特點，在植入之前，需對各個元素進行綜合分析，包括場景數量、尺寸及色彩等，不但要充分反映出虛擬場景植入的作用，還應將虛擬場景同實景進行完美融合，全面增強合成效果。

5.結論

綜上所述，基于5G+4K/8K+AI技術的深入發展，使得虛擬植入技術也獲得了較快的發展。且虛擬植入技術的運用也越來越靈活，在影視制作平臺，尤其是電視節目制作，對虛擬現實技術的運用越來越重視，對此要求有關人員應加強重視，持續更新虛擬植入技術，進行深入的研究，使其得到廣泛的推廣及運用。