融媒體時代虛擬演播技術在電視節(jié)目制作中的應用研究

姚文峰 陳麗娜

（作者單位：西平縣融媒體中心）

融媒體時代，虛擬演播室技術可以打破電視節(jié)目制作中存在的時空區(qū)域限制，提升電視節(jié)目自身的觀看效果，同時也能夠縮減電視節(jié)目制作成本[1]。基于此，文章主要對虛擬演播室技術進行研究和分析，以期對虛擬演播室技術在電視節(jié)目制作中的應用實現(xiàn)全方位的了解和把握。

1 虛擬演播技術分析

1.1 概述

虛擬演播技術，是一種新型的電視節(jié)目制作技術，可以實現(xiàn)演播室真實內(nèi)容和計算機虛擬制作場景的有效融合應用，是計算機虛擬成像技術和傳統(tǒng)色鍵技術優(yōu)勢的融合交互發(fā)展呈現(xiàn)，使電視節(jié)目質(zhì)量可以得到有效提升。色鍵摳像技術主要是傳統(tǒng)電視節(jié)目制作過程中利用的技術，具有一定缺點，在節(jié)目的前景和后景制作方面，產(chǎn)生的頭飾效果相對較差，給人以前景、后景漂浮的感覺和體驗，有一種違和感，對于此問題，可以利用虛擬演播技術進行彌補。虛擬演播技術在實際應用中需要及時進行相機拍攝參數(shù)數(shù)據(jù)的記錄和存儲，利用跟蹤技術實現(xiàn)對參數(shù)的調(diào)整，保證前景和后景之間具備符合要求的透視效果，同時可使用計算機技術實現(xiàn)對虛擬場景的個性化制作研究，結(jié)合前景拍攝到的畫面信息，實現(xiàn)前景和畫面的同步變化，在電視的輸出效果方面達到更好的狀態(tài)。虛擬演播技術在演播室進行應用的過程當中主要借助于U型或者L型的藍箱，在實現(xiàn)三維合成狀態(tài)下，可以借助色鍵技術對主持人的畫面進行摳像處理，還可以借助于捕獲攝像機的運動軌跡和所處位置實現(xiàn)對主持人在演播室的位置變化捕捉，主持人能夠保持合理的方式和三維背景相融合，最終創(chuàng)造出更具真實感的畫面和鏡頭。區(qū)別于傳統(tǒng)的拍攝方式，虛擬演播室的拍攝過程需要借助于數(shù)字攝像技術。拍攝過程中，攝像機的視頻信號需要借助延遲期實現(xiàn)色鍵處理，最終生產(chǎn)一個主信號。此種方式為常用的二維虛擬演播室技術，現(xiàn)階段更多地應用三維虛擬的演播室技術，也就是在立體圖像的技術基礎上，在實時推拉搖移等多個渲染功能的基礎上營造出一種完美的虛擬空間體系系統(tǒng)[2]。

1.2 技術應用系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬演播技術在實際應用操作的時候，系統(tǒng)內(nèi)部主要包含三個部分，即攝像機跟蹤系統(tǒng)、虛擬場景生成系統(tǒng)及視頻色鍵合成系統(tǒng)。

對于攝像機跟蹤系統(tǒng)，演播室的攝像機在拍攝的過程中可以實現(xiàn)多臺攝像機的同時運動化拍攝，區(qū)別于傳統(tǒng)的演播室拍攝，主持人在出現(xiàn)位置的移動之后，不會改變對應的位置環(huán)境?，F(xiàn)階段的攝像機跟蹤系統(tǒng)內(nèi)部應用可以突破局限性，攝像機處于動態(tài)的運行中也可以對拍攝到的畫面視角和畫面內(nèi)容進行動態(tài)化改變。對于攝像機跟蹤技術來說，主要是利用多種定位方式進行圖像識別和參數(shù)的捕獲，比如機械傳感圖像識別、紅外線跟蹤超聲波定位，將捕獲得出的參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)部從而生成一個背景畫面，最終實現(xiàn)真實攝像拍攝的任務和軟件虛擬攝像機同步的目標，達到真實的三維效果。

對于虛擬場景生成系統(tǒng)，主要是利用圖形工作站渲染制作而成，利用現(xiàn)場攝像機內(nèi)部存儲的參數(shù)進行虛擬攝像機的搭建，并根據(jù)模型要求進行合成重構(gòu)，以此形成一個虛擬背景的圖像序列，借助于渲染機實時產(chǎn)生和前景透視關系相關的二維或者三維場景。比如在某城市的電視臺演播室內(nèi)部，可以利用iArtist制作軟件進行前景的制作包裝，將其在虛擬播放軟件中進行播放。

對于視頻色鍵合成系統(tǒng)，主要是借助于色鍵技術實現(xiàn)人物和背景的分離，在計算機的合成下，可以實現(xiàn)虛擬演播系統(tǒng)的搭建構(gòu)造。融媒體時代，如果要實現(xiàn)成本的最大化節(jié)約，確保電視節(jié)目的制作在可視化程度方面更加精確，可以借助Vmatte HD高清色鍵器4.2版進行虛擬演播室的搭建，確保多機位、多通道的內(nèi)容設定。其中，色鍵器硬件部分可以進行4組色鍵參數(shù)的記憶和存儲操作，在機位切換之后，整組參數(shù)都可以實現(xiàn)下一幀視頻的回掃切換，利用MBS_Remote軟件與應用程序接口（Application Program Interface,API）進行接口的控制，在實際應用的過程中可以實現(xiàn)和4部攝像機位的同步參數(shù)調(diào)整和背景的切換。通過此種方式，1臺色鍵器的功效和4臺機器的效果一致，且在機器開機的過程中可以實現(xiàn)自動還原關機前用的機位與色鍵參數(shù)的一系列操作。

2 應用虛擬演播技術的必要性

首先，虛擬演播技術的主要原理是利用攝像機拍攝藍色幕布前的真人的行為，結(jié)合攝像機與對應的跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)圖像的抓拍，并將其實時傳輸給計算機圖形工作站，最終利用計算機技術來融合拍攝任務和虛擬的三維場景。虛擬演播技術具備一定的特點，對于現(xiàn)實存在的或者不存在的都可以借助于計算機技術來進行融合。在此種背景下，成品視頻的創(chuàng)意場景要素可以根據(jù)創(chuàng)作者的想法實現(xiàn)隨意的增加或者減少。另外，虛擬演播技術可以使得電視節(jié)目和創(chuàng)作者的理念更加吻合，利用電視節(jié)目場景和背景內(nèi)容的更改設計，實現(xiàn)電視節(jié)目創(chuàng)作意識的良好傳播，激發(fā)更多人群的興趣和共鳴，提升電視節(jié)目的藝術水平[3]。其次，虛擬演播技術具備強大的場景更換能力，此種強大的場景更換能力可以使得電視節(jié)目更具創(chuàng)意和表現(xiàn)形式。再次，虛擬演播技術可以降低成本，對制作過程當中涉及的拍攝空間要求和拍攝場景的要求也可以實現(xiàn)縮減。不需要對創(chuàng)作者的設計場景做出實際布置，可以借助于小房間或小場景的拍攝方式對人物資料進行采集，成品視頻內(nèi)所需要的任務場景也可以利用計算機合成的方式來構(gòu)成?？梢哉f，虛擬演播技術能夠大大提升視頻拍攝的效率，降低視頻拍攝的成本。

3 虛擬演播技術的功能

3.1 構(gòu)建虛擬影子

虛擬演播技術在構(gòu)建虛擬影子方面具有顯著的作用。虛擬影子是一種特殊效果，它在電視節(jié)目制作中廣泛用于增強視覺效果和吸引觀眾的注意力。通過虛擬演播技術，制作人員可以為文字、物體或人物添加虛擬影子，從而使它們在屏幕上看起來更加立體和逼真。虛擬影子的形狀、方向和長度可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整，從而達到更好的視覺效果。這種技術在廣告制作和舞臺演出中尤其常見，可以使廣告產(chǎn)品或演員在畫面中更加突出，并增強演出的視覺沖擊力。

3.2 構(gòu)建虛擬人物

虛擬人物形象在各個領域中均有著廣泛的應用，通過虛擬技術可構(gòu)建虛擬人物形象，對人體各個部位進行仿真模擬。在計算機的控制下，虛擬人物的身體和行動控制猶如現(xiàn)實中的個體，能夠自如活動，栩栩如生。而且虛擬人物能夠與現(xiàn)實中的人進行無障礙交流和溝通，有助于為廣大受眾和使用者提供更加高級的感官享受，從而提高電視節(jié)目的收視率。

3.3 構(gòu)建虛擬場景

通過虛擬技術，將虛擬場景分成若干板塊并分別應用，可多元化調(diào)整節(jié)目制作參數(shù)，使觀眾的聽覺與視覺感受得以提升。同時，還能夠利用虛擬場景導入二維虛擬場景，提高節(jié)目的收視率。

3.4 視頻剪輯與合成

電視節(jié)目的最終呈現(xiàn)需要將無數(shù)條視頻剪輯并合成在一起，通過摳像技術可有效整合背景與人物，最終可保證所呈現(xiàn)視頻的完整性。但制作過程中必須嚴格把控系統(tǒng)數(shù)值，高效且合理地變換虛擬場景中的位置，保證畫質(zhì)效果。

4 電視制作中的虛擬演播關鍵技術及其應用

4.1 攝像機跟蹤技術的應用

攝像機跟蹤技術（Camera Tracking），也稱為攝像機匹配或相機追蹤，是一種利用計算機視覺算法，通過對視頻或圖像序列中的特征點進行識別和跟蹤，從而估計攝像機在拍攝過程中的運動和位置的技術。該技術常用于虛擬演播技術中，將虛擬元素與真實拍攝內(nèi)容進行精確的融合。攝像機跟蹤技術在電視節(jié)目制作中發(fā)揮著重要作用，為制作人員提供了許多創(chuàng)意和操作上的便利[4]。

攝像機跟蹤技術在電視節(jié)目制作中的具體應用主要包含以下幾個方面：第一，虛擬場景與真實拍攝結(jié)合。利用攝像機跟蹤技術，制作人員可以將虛擬場景與真實拍攝的素材進行無縫融合。通過準確跟蹤攝像機的運動，計算機可以確定虛擬場景的視角和相機參數(shù)，從而使虛擬場景看起來與真實拍攝的場景完美契合，產(chǎn)生出逼真的效果。這在電視新聞、天氣預報等節(jié)目中廣泛應用，使得主持人似乎身處在虛擬的場景中進行報道，增強了節(jié)目的視覺吸引力。第二，角色與虛擬場景互動。在一些綜藝節(jié)目或兒童節(jié)目中，攝像機跟蹤技術可以讓真實的主持人或演員與虛擬角色進行互動。通過準確跟蹤主持人的運動，虛擬角色可以與其在虛擬場景中進行實時的互動，創(chuàng)造出有趣的效果，增強節(jié)目的娛樂性和互動性。第三，廣告和宣傳片制作。在廣告和宣傳片中，攝像機跟蹤技術常用于將虛擬產(chǎn)品或特效與實際拍攝場景結(jié)合，使廣告效果更加生動和引人入勝。例如，汽車廣告中可以將虛擬的汽車與真實道路進行融合，展現(xiàn)出車輛的動態(tài)駕駛場景。

4.2 藍箱技術的應用

藍箱技術（Blue Screen Technology），也稱為“藍幕技術”或“藍背景技術”，是一種利用特殊的藍色背景幕布和計算機合成技術，將真實拍攝的主體與虛擬背景進行合成的技術。藍箱技術使用時，攝影棚的背景幕布通常為鮮艷的藍色或青綠色（也稱為“藍幕”或“綠幕”），這些顏色在人物或物體中很少出現(xiàn)，因此可以通過計算機合成技術將其替換成任意虛擬場景或特效。

藍箱技術在電視節(jié)目制作中有廣泛應用，包括但不限于以下方面：其一，虛擬場景生成。藍箱技術可以用于創(chuàng)建虛擬場景，讓演員或主持人在藍色背景前表演，然后在后期制作中通過計算機合成將其放置在各種虛擬環(huán)境中，進而在有限的攝影棚內(nèi)創(chuàng)造出各種不同的場景，比如城市街道、森林、海洋等，而無須實際前往現(xiàn)場拍攝。其二，特效制作。藍箱技術也是電影和電視劇中常用的特效制作手段之一。例如，在動作片中，可以使用藍箱技術來打造飛行、激烈戰(zhàn)斗等場景，不必實際進行危險的特技表演。同時，通過藍箱技術，可以為角色添加各種特殊能力或改變其外貌。其三，天氣預報。藍箱技術在天氣預報節(jié)目中也得以廣泛應用。氣象主持人站在藍色背景前，然后在后臺通過計算機合成技術，將氣象圖、天氣情況及各種特效效果融合到背景中，使得主持人似乎置身于一個生動的氣象環(huán)境中，能夠增強節(jié)目的吸引力和信息展示效果。

4.3 色鍵技術的應用

色鍵技術（Color Keying Technology）也被稱為“Chroma Keying”或“Green Screen Technology”，是一種在后期制作中使用的特效技術，主要利用顏色差異實現(xiàn)將一個特定顏色的背景（通常是綠色或藍色）替換為其他圖像或視頻的技術。在電視節(jié)目制作中的拍攝階段，通常使用綠色或藍色背景幕布，稱為“色鍵幕”。被拍攝主體（演員或物體）很少使用相近顏色，以確保背景與主體之間的顏色差異明顯，演員或物體在色鍵幕前表演或擺放，攝像機記錄這一過程。在后期制作階段，使用計算機合成軟件（如Adobe After Effects）對拍攝的視頻進行處理，制作人員將選擇一個特定的顏色（通常是綠色或藍色）并把它替換成所需的虛擬場景、特效或圖像。最后，應用計算機將選定的顏色（比如綠色）與虛擬圖像進行合成，從而將虛擬元素融合到原始視頻中，形成最終效果。

4.4 虛擬場景技術的應用

虛擬場景生成技術是指利用計算機圖像合成技術，通過計算機生成虛擬的場景或環(huán)境，然后將真實拍攝的素材與虛擬場景進行無縫融合的技術。這種技術在電視節(jié)目制作中扮演著重要的角色，為制作人員提供了豐富多樣的場景選擇和視覺效果，同時也大大降低了制作成本和拍攝難度[5]。虛擬場景生成技術通?；谟嬎銠C圖形學和計算機視覺技術使用，制作人員首先使用專業(yè)的三維建模軟件或場景生成軟件創(chuàng)建虛擬場景，這些場景可以是建筑、風景、城市、外太空等。在后期制作中，制作人員可以根據(jù)需要對虛擬場景進行調(diào)整、增添特效和細節(jié)，使其與真實拍攝內(nèi)容完美融合。比如在電視新聞節(jié)目制作過程中，虛擬場景生成技術常用于實現(xiàn)記者或主持人站在虛擬場景中進行報道，制作人員可以靈活地切換各種場景，增強可視化效果。

5 結(jié)語

虛擬演播技術在電視節(jié)目制作中發(fā)揮著重要的作用，為節(jié)目帶來了更多的創(chuàng)意和可能。隨著我國信息技術的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術必將繼續(xù)推動電視節(jié)目制作向更加高級、創(chuàng)新的方向發(fā)展，并帶來更多精彩的節(jié)目內(nèi)容，吸引更多觀眾，提高節(jié)目的收視率。