虛擬演播室系統組成及應用

秦艷艷

（東營市融媒體中心，山東 東營 257091）

0 引 言

虛擬演播室系統作為一種新興的技術解決方案，正在不斷引起媒體和演藝界的關注。本文旨在研究虛擬演播室系統的組成和應用，并探討其在文藝演出、新聞報道等領域的潛力和影響。通過深入分析虛擬演播室系統的功能和技術特點，展示其在創意表達、視覺效果和互動體驗方面的優勢。本文將通過實際案例，為虛擬演播室系統的發展和應用提供有益的參考。

1 虛擬演播室系統組成

1.1 虛擬演播室概念

虛擬演播室是一種利用虛擬現實技術構建的多媒體交互環境，用于模擬傳統演播室的功能并提供更多靈活性和創意空間。它是將計算機圖形學、實時渲染和虛擬化技術應用于演播行業的創新解決方案。虛擬演播室具備沉浸式空間透視、相機追蹤、虛擬數字人人體捕捉、實時渲染、拓展現實、增強現實（Augmented Reality，AR）特效等功能。虛擬演播室系統具有廣泛的應用空間，被應用于短視頻虛擬制作、虛擬拓展直播、虛擬數字人新聞播報、攝影、演出、展覽、廣告及活動等領域[1]。

1.2 虛擬演播室系統組成

虛擬演播室系統的組成包括LED 顯示屏、渲染服務器、合成服務器、相機追蹤系統、燈光系統、攝像系統及音響系統。下面對每個組件進行詳細的介紹。

1.2.1 LED 顯示屏

LED 顯示屏是虛擬演播室系統中最重要的組件之一。它通過高分辨率的LED 面板來顯示虛擬場景、背景、道具和特效。LED 顯示屏通常安裝在虛擬演播室的墻面、地板或天花板，為主持人和觀眾提供逼真的虛擬環境。通過實時渲染和顯示，LED 顯示屏能夠呈現高質量的圖像和動畫效果。

1.2.2 渲染服務器

渲染服務器是虛擬演播室系統中負責圖形渲染的核心組件。它具備強大的計算能力，通過實時渲染算法將虛擬場景的三維模型、紋理和光照等信息轉化為逼真的二維圖像。渲染服務器需要高性能的圖形處理單元（Graphics Processing Unit，GPU）和大容量的內存來實現實時渲染，以保證圖像的質量和流暢性。

1.2.3 合成服務器

合成服務器負責將不同的圖像和視頻元素進行合成，以創建虛擬場景的最終圖像。它可以將虛擬場景與實時視頻流或預先錄制的視頻素材進行融合，使主持人和虛擬角色與虛擬環境無縫地交互。合成服務器需要運行復雜的圖像合成算法，處理實時視頻流，以實現高質量的合成效果。

1.2.4 相機追蹤系統

相機追蹤系統用于追蹤真實攝像機的位置和姿態，并將這些信息傳遞給虛擬演播室系統，以便系統能夠相應地調整虛擬場景和角色的視角。相機追蹤系統可以通過傳感器、紅外技術或計算機視覺算法來實現，確保虛擬場景與真實拍攝場景保持一致，提供更真實的觀看體驗。

1.2.5 燈光系統

燈光系統在虛擬演播室中起到關鍵作用，通過調節光照和陰影來增強虛擬場景的真實感。燈光系統包括各種類型的燈具和控制設備，用于控制光源的亮度、顏色、方向和效果。在虛擬演播室系統中，燈光系統與其他組件密切配合工作。它與渲染服務器、合成服務器和相機追蹤系統進行實時通信，根據虛擬場景和攝像機角度的變化，自動調整燈光設置，以保持虛擬環境的一致性和連貫性。

1.2.6 攝像系統

攝像系統由多個攝像機組成，用于捕捉主持人、演員和虛擬角色的動作和表情。攝像系統可以采用不同類型的攝像機，包括固定攝像機、運動攝像機和跟蹤攝像機。攝像系統與虛擬演播室系統的其他組件密切協作，與相機追蹤系統、燈光系統和渲染服務器實時通信，根據攝像機的位置和角度調整虛擬場景的渲染和燈光效果，以保持虛擬環境與實際拍攝的一致性。

1.2.7 音響系統

音響系統在虛擬演播室中用于提供聲音效果和音頻增強。它包括揚聲器、音頻控制設備和混音臺等組件，實現聲音的立體定位和環繞音效，使觀眾獲得沉浸式的聽覺體驗。音響系統通過將聲音信號與虛擬場景的動態調整進行同步，實現聲音的定位和環境反饋。音響系統與其他組件配合工作，例如與合成服務器和渲染服務器實時通信，確保聲音與虛擬場景的一致性[2]。

2 虛擬演播室系統的應用

2.1 虛擬演播室系統在LED 虛擬制作中的應用

LED 虛擬制作是一種利用虛擬演播室系統的先進技術，在電影、虛擬音樂會、廣告拍攝和晚會等領域創造出逼真的虛擬場景。通過LED 顯示屏、渲染服務器、相機追蹤系統等組成的虛擬演播室系統，可以實現高度沉浸式的視覺效果和互動體驗。以下是兩個具體應用的示例。

2.1.1 VP 攝影棚

VP 攝影棚（Virtual Production Studio）是將實時渲染和虛擬現實技術應用于電影制作的創新解決方案。通過在虛擬演播室系統中創建高度逼真的虛擬場景，演員可以在虛擬環境中表演，并實時觀看虛擬場景中的呈現。這種實時的視覺反饋使得導演和攝影師能夠更好地控制拍攝效果，并減少后期制作的工作量。例如，迪士尼的電影《曼達洛人》使用了VP 攝影棚技術，通過虛擬演播室系統創建了許多逼真的虛擬環境，使得電影場景看起來真實而驚人。制作團隊使用3D 建模軟件設計虛擬場景，包括外星行星、太空船和城市等元素。這些場景經過精細的建模和紋理處理，能夠確保與劇情的一致。

2.1.2 XR 延展影棚

XR 延展影棚（Extended Reality Studio）是在虛擬演播室系統中結合了虛擬現實和增強現實技術的創新應用，能夠使音樂會、晚會的制作團隊在虛擬場景中創造出令人驚嘆的視覺效果和互動體驗。將虛擬演播室系統與虛擬音樂會和虛擬晚會相結合，觀眾可以享受到逼真的虛擬現場體驗。一個著名的例子是Travis Scott 在2020 年舉行的虛擬音樂會“Fortnite Astronomical”，通過虛擬演播室系統和增強現實技術，創造了令人震撼的虛擬現場體驗，吸引了數百萬觀眾參與。音樂會制作團隊使用虛擬演播室系統創建虛擬舞臺，設計了舞臺布景、燈光效果和特殊效果等元素。這些虛擬元素可以根據音樂會的主題和概念進行定制設計。XR 延展影棚中的LED 顯示屏被用作虛擬舞臺的背景。顯示屏可以構建完整的虛擬環境，如絢麗的太空、奇幻的世界或現實世界的場景。這些顯示屏通過實時渲染技術將虛擬舞臺的圖像實時顯示出來，為觀眾提供沉浸式的視覺體驗[3]。

2.2 虛擬演播室系統在虛擬現實新聞報道中的應用

虛擬演播室系統在虛擬現實新聞報道中的應用正在快速發展。通過結合虛擬現實技術和實時渲染，虛擬演播室系統可以為新聞報道提供沉浸式、生動逼真的視覺體驗。

2.2.1 創造沉浸式環境

虛擬演播室系統能夠為新聞報道創造出沉浸式的環境，使觀眾能夠親身體驗新聞事件的現場感。通過使用虛擬現實頭顯和控制器，觀眾可以在虛擬場景中自由移動，并且可以與虛擬對象進行互動。以中央廣播電視總臺推出的虛擬現實新聞報道《走進克里姆林宮》為例，制作人員通過虛擬演播室系統與三維建模，還原克里姆林宮的建筑特色，使得參觀者能夠360°沉浸式地參觀克里姆林宮。

2.2.2 虛擬重現歷史事件

虛擬演播室系統可以利用虛擬現實技術和實時渲染功能，重現歷史事件，向觀眾展示逼真的場景和情境。通過虛擬演播室系統的應用，觀眾可以親身體驗歷史事件，了解歷史背景和事件發展的細節。以央視新聞客戶端虛擬現實新聞報道《帶你到戰地——央視獨家VR 呈現被炸毀的敘利亞》為例，新聞機構利用虛擬演播室系統向大眾呈現戰爭后的敘利亞場景，向觀眾展示了當時的緊張氣氛和事件的歷史意義。通過虛擬演播室系統，觀眾可以穿戴虛擬現實頭顯，用手機等終端選擇自己的視角，沉浸式地體驗戰爭帶給城市、人們生活的影響，感受到歷史事件帶來的巨大影響[4]。

2.3 虛擬演播室系統在文藝演出中的應用

虛擬演播室系統在文藝演出中的應用，為藝術家和觀眾提供了全新的創作和欣賞體驗。它將虛擬現實技術與傳統文藝演出相結合，創造出令人驚嘆的視覺效果和沉浸式體驗。

咪咕文化第十四屆音樂盛典“咪咕匯”是全球首場5G+4K/8K+XR 云演藝盛典，充分融入5G、4K/8K、拓展現實（Extended Reality，XR）、全息影像等技術。全會場布置4K 攝像機、8K 攝像機、自由視角攝像機、8K VR 攝像機累計71 個，利用虛擬演播室系統為觀眾打造了一個富有創意和視覺沖擊力的表演舞臺[5]。2021 年，愛奇藝推出云演出產品“虛擬之城”沉浸式演唱會。演唱會總共分為《晝·造夢》和《夜·閃耀》兩場，這是全球首次將影視級LED 寫實化虛擬制作和XR 技術同時應用于演唱會直播，通過3 個XR 虛擬機位、10 個直拍機位完成多角度的拍攝與實時場景渲染，打造了十余個虛實變幻的舞臺場景[6]。

3 結 語

虛擬演播室系統作為一種創新的多媒體交互環境，為文藝演出、新聞報道等領域帶來了巨大的變革和創作空間。通過結合虛擬現實技術、實時渲染和互動功能，虛擬演播室系統提供了更豐富、更具沉浸感的觀賞體驗。它不僅拓展了藝術家的創作想象力，還為觀眾帶來了全新的互動和參與方式。