虛擬演播室技術(shù)在氣象預(yù)報電視節(jié)目制作中的應(yīng)用思路研究

　　 摘要：本文基于筆者多年從事氣象預(yù)報節(jié)目制作的相關(guān)工作經(jīng)驗，以虛擬演播室技術(shù)在氣象預(yù)報電視節(jié)目制作中的應(yīng)用思路為研究對象，論文首先探討了虛擬演播室的優(yōu)勢，進而給出了虛擬演播室技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合海南某電視臺虛擬演播室實例進行了探討，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：虛擬演播室，氣象預(yù)報，電視節(jié)目，制作
　　中圖分類號：TP2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2011)06(c)-0000-00
　　
　　虛擬演播室是由電視節(jié)目制作系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)結(jié)合而成的一種新興的電視節(jié)目制作系統(tǒng)。它是一個只有演員和道具，無需實際場景的演播室。它將計算機制作的虛擬三維場景與攝像機現(xiàn)場拍攝的演員表演的（或是現(xiàn)場拍攝的其它電視畫面）活動圖像進行數(shù)字化的實時合成，使演員的表演與虛擬背景達到同步變化，從而實現(xiàn)前景與背景的完美結(jié)合。虛擬演播室具有傳統(tǒng)演播室無法比擬的優(yōu)越性。虛擬演播室技術(shù)早已在軍事、航空、科研、氣象、建筑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，也早已應(yīng)用于影視制作領(lǐng)域，《泰坦尼克號》、《侏羅紀公園》、《阿甘正傳》等大片的制作都借助了虛擬演播室技術(shù)。
　　1 虛擬演播室的優(yōu)勢
　　隨著虛擬演播室產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)的不斷開發(fā)、系統(tǒng)功能的不斷完善和提高，應(yīng)用范圍的不斷擴大，虛擬演播室的優(yōu)勢也逐漸地顯現(xiàn)出來：
　　（1）虛擬演播室最顯著的特點就是它能帶給編創(chuàng)人員無限的創(chuàng)作思維空間。虛擬演播室可以使創(chuàng)編人員的創(chuàng)作思維任意馳騁，編創(chuàng)人員的思維活動得到了充分的發(fā)揮。虛擬場景可以是真實的模擬，也可以是想象中的世界，不受現(xiàn)實的物質(zhì)條件和時空條件的限制。真正是 “沒有做不到，只有想不到”。大大滿足了觀眾的口味。
　　（2）虛擬演播室不需要搭建實景、不占用演播室制景和拆景時間，只要利用現(xiàn)有的多種三維動畫軟件，就可以制作出各種逼真的三維場景。節(jié)約了人力、物力、財力。制作成本大幅降低，制作周期大幅縮短，極大地迎合了電視節(jié)目制作人員的心理需求。
　?。?）虛擬演播室可方便快捷地更換場景，制作人員不必拘泥于場景的限制，選擇的余地非常大。虛擬場景能隨時的修改和更換，反復(fù)使用。場景文件的交換、傳送也極為方便，可有效地實現(xiàn)虛擬場景的共享。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對虛擬演播室的支持，電視節(jié)目的制作將不再受地域條件的限制。同一節(jié)目的制作可以在兩地或數(shù)地同時進行。
　　虛擬演播室的這些優(yōu)勢，使得傳統(tǒng)演播室無法與之相媲美。虛擬演播室的出現(xiàn)，將影視制作人員帶到了一個全新的世界。隨著虛擬演播室的新技術(shù)、新功能的不斷的開發(fā)和應(yīng)用，虛擬演播室將展現(xiàn)出更多的新優(yōu)勢。
　　2 虛擬演播室技術(shù)
　　虛擬演播室可分為三個部分：攝像機跟蹤部分、計算機虛擬場景生成部分、視頻合成部分。
　　2.1 攝像機跟蹤部分
　　攝像機跟蹤部分的任務(wù)就是實時地測出真實攝像機在演播室中的準(zhǔn)確位置和動作參數(shù)。攝像機在拍攝過程中有平移X、縱移Y、景深Z、水平角、俯仰角、鏡頭變焦ZOOM、聚焦FOCUS等變化，這些參數(shù)被傳遞給用于背景生成的計算機系統(tǒng)，圖形計算機將根據(jù)這些參數(shù)不斷調(diào)整三維視圖。目前虛擬演播室的攝像機跟蹤定位系統(tǒng)有以下三種方式：圖形識別方式、機械傳感方式、紅外線發(fā)射和接收方式。
　　2.1.1 圖形識別方式
　　這種方式是根據(jù)演播室的大小，在演播室的背景幕布上定制不同尺寸的網(wǎng)格，依靠攝像機拍下的視頻圖像，可以實時地解析出攝像機的位置、方向和變焦參數(shù)。支持任意數(shù)量和類型的普通演播室攝像機，安裝操作也比較簡單，由于所有的參數(shù)都來源于攝像機拍攝的網(wǎng)格，所以只有在攝像機拍攝的畫面中同時滿足網(wǎng)格占當(dāng)前畫面的50%以上和有四個網(wǎng)格交叉點這兩個條件時，系統(tǒng)才能正確識別參數(shù)。這種識別方式對演員的活動范圍有一定的限制，而且使用時會產(chǎn)生比較大的視頻延時。
　　2.1.2機械傳感器識別方式
　　這種方式是通過安裝在攝像機各部分的機械傳感器來獲取各種信息。機械傳感識別方式的優(yōu)勢在于單顏色藍背景，無需繪制背景的網(wǎng)格，很容易照亮藍色背景而不用擔(dān)心照亮網(wǎng)格；跟蹤數(shù)據(jù)沒有延時；在加入了某些位置測量跟蹤器后，攝像機運動不受限制，演員在藍色舞臺范圍內(nèi)可以自由活動；攝像機搖移、俯仰及變焦信息的采集速率可以完全跟上電視圖像的刷新速率，無需額外的工作站處理跟蹤信息。
　　2.1.3紅外線發(fā)射和接收識別方式
　　這種方式采用紅外線信號發(fā)射和多點攝像頭接收的原理，對攝像機位置進行定位。它是利用紅外線收發(fā)裝置來檢測演員和攝像機在演播室中的位置，紅外線發(fā)射裝置安裝在演員及攝像機身上，接收裝置則安裝在藍色背景的上方。這種方式成本相對較高，安裝相對復(fù)雜；對系統(tǒng)配置要求也較高；同時視音頻延時較大。
　　2.2 計算機虛擬場景生成部分
　　虛擬演播室的場景是計算機繪制的圖形，有二維和三維之分，因而虛擬場景也有二維和三維之分，二維場景只能作為背景平面，出現(xiàn)在真實的人物后面，而三維場景具有Z方向的厚度，是立體的，可以作為真實人物的前景出現(xiàn)，也可以作為背景出現(xiàn)，并且真實人物還能圍繞虛擬景物運動，達到以假亂真的程度。虛擬場景的設(shè)計制作可以用開放的平臺及軟件，例如3DMAX、MAYA、Softimage3D、Alias、Front等來建立三維虛擬場景。并控制合適的貼圖、燈光、模型等參數(shù)，加上視頻插入信號及虛擬燈光效果，虛擬演播室就更具真實感。
　　2.3 視頻合成部分
　　虛擬演播室系統(tǒng)視頻合成的基本技術(shù)是“摳像”技術(shù)，攝像機拍攝的真實人物和景物通過“摳像”處理，與計算機虛擬場景合成一個畫面。計算機制作的虛擬場景和每一個像素都有一個景深數(shù)值，根據(jù)帶有景深數(shù)值的參數(shù)控制切換臺（色度控制鍵）即可實現(xiàn)真實演員在虛擬場景中的位置的連續(xù)變化，從而實現(xiàn)前景與背景的實時合成。
　　3 典型的虛擬演播室系統(tǒng)分析
　　海南某電視臺虛擬演播室采用SGI 02圖形工作站、Questech Quick數(shù)字色鍵、VDI-10攝像機狀態(tài)分析器、含視頻延時單元的DVP50視頻處理器、BEL模擬音頻延時器等設(shè)備。其配置見圖1。
　　
　　圖1 某電視臺虛擬演播室設(shè)備配置圖
　　從圖1中可見，攝像機輸出的活動（推、拉、搖、移）信號與VDI-10狀態(tài)分析器的狀態(tài)信號（這里VDI-10相當(dāng)于跟蹤器的作用）送到DVP50視頻處理器；經(jīng)延時等處理后，DVP50將這些信號通過網(wǎng)線傳輸?shù)?；SGI 02工作站，工作站利用藍底網(wǎng)格辨認專用軟件識別攝像機的狀態(tài)，相應(yīng)的調(diào)整虛擬布景的參數(shù)，使色鍵器中背景與鍵信號完美合成輸出。
　　4 應(yīng)用實例分析
　　虛擬演播室采用了高速的圖形工作站，能夠產(chǎn)生實時的虛擬背景和完美的合成效果。以前傳統(tǒng)的天氣預(yù)報節(jié)目以圖文、摳像形式為主，形式單調(diào)，主持人不能移動，背景的更換也給人不真實的感覺，背景不能移到主持人的前面。利用虛擬演播室技術(shù)，則可克服傳統(tǒng)氣象預(yù)報節(jié)目制作中的缺陷，其關(guān)鍵任務(wù)就是設(shè)計一個吸引觀眾的虛擬背景，拓寬天氣預(yù)報的制作形式。主持人參照大屏幕解說天氣信息的整體效果可看出，虛實結(jié)合的合成效果較之傳統(tǒng)的制作形式有了大大地提高。
　　
　　5 虛擬演播室在實際應(yīng)用中的利弊
　　實踐證明，使用虛擬演播室技術(shù)制作電視天氣預(yù)報節(jié)目具有明顯優(yōu)勢，歸納起來，有如下幾點。
　?。?）改變攝像機的拍攝視角而不引起圖像整體失真，同時能讓演員走入或走出三維場景內(nèi)或虛擬物體的后面，同樣場景內(nèi)的虛擬物體可運動到演播者面前或周圍。當(dāng)攝像機拍攝到單色背景之外時，虛擬演播室能夠自動產(chǎn)生三維遮圖填充背景，以保證攝像機360度的搖移、俯仰而不穿幫。這一點是傳統(tǒng)演播室里色鍵摳像做不到的，特別適用于天氣預(yù)報的制作播出過程。
　?。?）利用虛擬演播室技術(shù)，外來的視頻信號（如：實況天氣、被采訪者等）可直接進入虛擬演播室，與現(xiàn)場主持人結(jié)合，從而實現(xiàn)實時的、面對面的交互。
　?。?）虛擬場景的增加和刪除、移位非常方便。由于天氣預(yù)報的場景是虛擬的，它可以為編導(dǎo)提供任意的、不受限制的創(chuàng)作空間，大大增強了節(jié)目視覺效果，又節(jié)約了制景費用。它還可以在瞬間改變場景，因此可創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目。
　　虛擬演播室具有諸多優(yōu)越性，但普及和推廣仍有一定的難度。虛擬演播室技術(shù)還處于發(fā)展階段，仍存在一些問題：
　　（1）虛擬場景的逼真性還不能令人滿意，其原因除了目前的一些軟件功能存在缺陷外，硬件的速度問題也是一個制約的因素；
　?。?）對于攝像機運動參數(shù)的獲取，不論采用何種方式，都存在局限性，有待于改進；
　　（3）虛擬演播室對節(jié)目制作人員也提出了更高的要求，它比常規(guī)演播室更加復(fù)雜，需要策劃者、編導(dǎo)、美編、主持人及虛擬系統(tǒng)操作者能形成良好配合，虛擬演播室的功能要得到真正發(fā)揮并創(chuàng)作出高質(zhì)量的特技效果，關(guān)鍵在于其節(jié)目制作者的技能和相關(guān)人員之間的密切配合；
　?。?）虛擬演播室價格昂貴，設(shè)備一次性投資很大。由于受經(jīng)費、技術(shù)支持、人才等因素的限制，目前氣象部門使用虛擬演播室制作電視天氣節(jié)目的還較少見。但各級基層氣象臺站要進一步提高電視氣象節(jié)目收視率，增加電視氣象服務(wù)效益，拓寬氣象服務(wù)領(lǐng)域，就必須在其制作質(zhì)量與效果上下功夫。用虛擬演播室取代傳統(tǒng)電視氣象節(jié)目制作方式，這無疑是一種行之有效的重要途徑。
　　
　　
　　參考文獻
　　[1] 萬新寧.荊門市氣象影視中心數(shù)字虛擬演播室建設(shè)方案淺析[J].電