影視藝術(shù)類高校虛擬演播室升級改造探討

黃 河 鐘康云浙江傳媒學院 浙江杭州 310018

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影視藝術(shù)類高校虛擬演播室升級改造探討

黃 河 鐘康云
浙江傳媒學院 浙江杭州 310018

摘 要：隨著高清影視技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬演播室也產(chǎn)生了適合高清影視制作的高清虛擬演播室，這一技術(shù)的應用大大滿足了高清節(jié)目制作和播出的需要。對于浙江傳媒學院升級改造過程中所考慮的技術(shù)要求、系統(tǒng)構(gòu)成以及相關(guān)問題進行了探討。

關(guān)鍵詞：高清虛擬演播室；攝像機跟蹤；網(wǎng)格識別；虛擬演播室渲染引擎（HDVG）

自從Eugene·L于1978年提出了電子布景（Electro Studio Setting）概念以來，隨著計算機、多媒體圖形圖像處理、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展及相應硬件設備性價比的不斷提高，虛擬演播室技術(shù)在電影電視制作、科研、教學等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

虛擬演播室技術(shù)于1992年開始進入實用階段。在1993年IBC展覽會上，以色列ORAD（傲威公司）首次展出了世界上第一套基于圖像識別的真三維虛擬演播室系統(tǒng)，不久以色列的另外一家廠商RTSet推出了基于機械傳感器跟蹤技術(shù)的真三維虛擬演播室。此后的不到30年中時間里，世界各地的虛擬演播室廠商陸續(xù)推出了自己的專業(yè)級產(chǎn)品，國外Accom公司的ELSETLIVE系統(tǒng)，E&S公司基于WINNT 的MINDSET系統(tǒng)等，以及2000年之后國內(nèi)大洋的VRSET、奧維迅的AVSET、新奧特也相繼推出了自己的虛擬演播室產(chǎn)品。

虛擬演播室作為數(shù)字演播室發(fā)展的新技術(shù)已經(jīng)在中央電視臺、各省級電視臺、教育行業(yè)、企業(yè)等相關(guān)部門得到應用。中央電視臺從20世紀90年代末期引進的國內(nèi)第一套ORAD虛擬演播室后，浙江傳媒學院作為專業(yè)的影視類院校也引入了一套ORAD的虛擬演播室進行教學科研活動，是國內(nèi)高校最早引入虛擬演播室的專業(yè)院校之一。期間經(jīng)過從二維到三維升級換代以及演播室小設備的更新等，到目前也有十多年的使用時間。十多年來為學院的實訓實踐教學、電視臺的節(jié)目錄制及教學科研做出了很大的貢獻。隨著影視制作行業(yè)及教學科研要求的不斷提高針對老的虛擬演播室進行大的升級換代也迫在眉睫，以下就虛擬演播室升級換代的幾方面問題進行探討研究。

1　改擴建的必要性及目的

我校作為影視類專業(yè)院校，虛擬演播室在教學科研中擔當著重要的作用，是國內(nèi)較早將虛擬演播室用于實踐教學的高校，在播音與主持、文藝編導、影視節(jié)目制作等多個專業(yè)開設了播音創(chuàng)作、現(xiàn)場口語報道、電視演播廳制作、燈光照明等課程及虛擬演播室實踐與應用全院公開課都在虛擬演播室進行，同時電視臺幾檔電視欄目也在虛擬演播錄制。但是隨著教學科研要求的不斷提高及影視技術(shù)快速發(fā)展，目前我校的專業(yè)虛擬演播室（使用年份長設備相對落后）已經(jīng)不能滿足當前教學實踐的需要。

鑒于以上原因提出了保留與更新的問題。具體情況具體分析針對一般教學來說少量的局部改造即可，虛擬演播室從20世紀90年代發(fā)展到現(xiàn)在關(guān)鍵技術(shù)例如說攝像機跟蹤技術(shù)、色鍵摳像技術(shù)、場景制作等方面沒有突破性的變化，無非是計算機能處理的場景更復雜、速度更快，攝像機定位更快、摳像更干凈。對一般教學來說，舊的虛擬演播室完全可以勝任，例如播音與主持教學無非是需要一個現(xiàn)場感要一個虛擬的三維場景，制作等專業(yè)需要的制作軟件也沒變化基本都是要么是虛擬演播室自帶的制作軟件要么是通用的三維制作軟件，如3dMax，Maya等，對于虛擬演播室實踐與應用來說虛擬演播室的基本原理與技術(shù)也沒啥變化。所以針對一般教學來說對老的虛擬演播室做些小的改造即可，如老的虛擬演播室基本都是磁帶進行音視頻的數(shù)據(jù)采集，要進行后期非編處理還得進行轉(zhuǎn)換，對教學及后期制作來說很不方便，上完課后教師或?qū)W生要這些素材進行后期的制作交流，都極不方便，所以改造為直接數(shù)字采集是必要的。

針對高端應用來說整體升級更新才行， 總的升級原則是：高性能、使用方便、技術(shù)成熟、擴展便利、兼容性好、安全可靠能充分滿足教學和科研的需要。

專業(yè)級的虛擬演播室對圖形圖像渲染的實時性，技術(shù)上要求很高，并要求設備兼容性高、攝像機跟蹤定位快速而且準確。由于技術(shù)門檻相對較高，近幾年經(jīng)過市場的不斷淘汰、演變，技術(shù)實力相對薄弱的虛擬演播室廠商逐漸退出專業(yè)級的虛擬演播室市場，與此同時自2008年之后，一些被稱為無軌跟蹤虛擬演播室漸漸走入了市場，此類虛擬演播室因為沒有攝像機跟蹤技術(shù)的應用，所以虛擬演播室里真實攝像機的推、拉、搖、移等參數(shù)無法獲得，因此此類虛擬演播室系統(tǒng)不能實時渲染輸出攝像機的運動畫面，但是此類虛擬演播室具有價格便宜的優(yōu)勢，因此這種方式能滿足非專業(yè)院校或者沒必要專業(yè)級要求的單位用戶需求，就我院的具體情況來說，前期虛擬演播室選用的是ORAD的圖形識別方式的演播室，從近十幾年的使用經(jīng)驗來看 ，確實存在很多優(yōu)點，如攝像機定位迅速，開機到能正式使用時間短，整體出的視頻效果也能滿足教學和科研的需要，除了攝像機跟蹤技術(shù)外 ，圖形服務器，渲染引擎，場景制作軟件與播出控制軟件的使用等也是熟門熟路，它也可以便捷的導入通用的三維場景軟件制作的場景例如：3dMax或Maya等。所以ORAD是我校升級更新的首選，更新目標：由原來單一的網(wǎng)格識別定位模式更新為使用以網(wǎng)格識別定位模式為主，機械傳感與小紅外定位為輔的跟蹤模式，系統(tǒng)由原來的虛擬標清錄直播系統(tǒng)升級為虛擬高清全數(shù)字直播系統(tǒng)，采用雙機位、雙通道系統(tǒng)，兩路合成信號可以在特技臺上切換，最后建設成為一個高、標清兼容的真三維虛擬演播室系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)主要軟、硬件選型改造

2.1軟件改造

虛擬場景制作及播出控制軟件仍以ORAD自帶的升級版OAG（3Designer、MAESTRO等）軟件包為主，其核心軟件3Designer：系統(tǒng)軟件兼容性良好，運行穩(wěn)定，具有開放的操作平臺。操作軟件內(nèi)置3dMax plug-in插件，能夠直接導入由二維，三維創(chuàng)作軟件制作的場景，如3dMax，SOFTIMAGE，Maya，Photoshop等第三方通用軟件制作的平面及三維場景。它能夠在虛擬演播室中真實攝像機推、拉、搖、移的情況下，保證渲染輸出的場景平滑、流暢，能實時渲染具有6萬個以上帶紋理三角片的三維場景，三維場景的實時制作編輯功能也強大，可實現(xiàn)場景的快速搭建，能運用普通的拖放方法來為布景增添圖形元素，或是為幾何圖形應用紋理和材質(zhì)，虛擬場景中的任何物體、動畫、貼圖、燈光等元素，都可以實時調(diào)整，實時修改，無須再生成。場景設計軟件設計功能強大，并且界面設計簡單合理，操作流程清晰。模版創(chuàng)作和運行控制能夠在任何一個基于Windows的計算機上運行（滿足最低的平臺需求）；在創(chuàng)作階段不需要連接一個用于著色的計算機場景支持無限層的設計，可設計復雜場景。支持無限次的Redo，Undo，保證問題的快速修改。

2.2硬件系統(tǒng)升級主要配置

整個虛擬演播室系統(tǒng)以ORAD網(wǎng)格識別跟蹤系統(tǒng)為主、機械傳感跟蹤及小紅外傳感為輔相結(jié)合的跟蹤方式，升級的主要配置如下。

虛擬演播室渲染引擎（HDVG）：由原來的DVG升級為HDVG，作為此套虛擬演播室的核心配置，具有工作穩(wěn)定可靠，可擴展性高，能實時渲染三角形數(shù)量不低于12 000萬/秒，渲染輸出的三維場景始終無鋸齒、閃爍或抖動現(xiàn)象，能夠支持多臺級聯(lián)技術(shù)。實時支持8盞無限光源，支持熱插拔。圖形工作站前面板要有便于觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)的液晶屏，保證系統(tǒng)的實時監(jiān)控。圖形工作站輸入/輸出信號處理均為高清信號，同時兼容標清。支持兩路高清活動視頻輸入。攝像機聚焦虛擬大屏時，虛擬大屏的圖形清晰，不會產(chǎn)生電子放大和馬賽克現(xiàn)象。視頻卡輸出質(zhì)量高，場景通透感好，色彩、材質(zhì)效果真實，能夠很好地還原場景設計的效果。物體邊緣細膩無鋸齒。計算機制作的精美的三維場景和動畫，通過圖形工作站輸出完全一致，無須重新調(diào)整。圖形工作站渲染能力強，對復雜場景渲染流暢。具備多種高級功能，如虛焦功能、虛擬攝像機、定義鍵遮擋、像素級燈光、多路視頻開窗、三維DVE效果、外部數(shù)據(jù)庫連接、半透材質(zhì)、材質(zhì)動畫、多層透明效果等。支持多種視頻文件格式，如AVI，Quick Time，DV，DVC25，MPEG；支持嵌入音頻。

虛擬演播室信號選擇單元（VDI-40）：可接入4路攝像機，使網(wǎng)格跟蹤能夠識別攝像機信號進行跟蹤。

網(wǎng)格識別單元（DVP-500）：網(wǎng)格跟蹤方式進行識別。

色鍵器（ULITMATTE 11）：HDSDI/SDSDI信號自適應，4路信號輸入，每路信號帶環(huán)通輸出，輸入信號可指派為前景、背景、遮罩、同步信號。4路信號輸出，其中2路為合成信號，1路鍵信號，1路監(jiān)看信號。通過RS-232信號可與色鍵器面板相連。

8路高標清視頻切換臺（HVS-XT100）：配HD/SDSDI8路輸入和4路輸出，支持HD/SD混合輸入。標配5個輸出，其中包括1路HDMI輸出，可以自由分配包括HD/SD混合輸入、幀同步、比例重置（上下變換）引擎、2.5D的劃像效果、DVE特技、色度鍵摳像與DSK功能等。

高標清演播室攝像機sony（PMW-580L）: 采用3片2/3英寸Power HAD? FX CCD，采用16 bit量化，靈敏度F11，采用光纖傳輸方式，高清信噪比55 dB，標清信噪比63 dB。

3　結(jié)束語

高清虛擬演播室無疑是當代最新的電影電視制作技術(shù)、計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)相結(jié)合的復雜系統(tǒng)，影視傳媒類院校要有效地利用它為教學和科研服務，創(chuàng)作出高質(zhì)量的節(jié)目，需要一個完整的虛擬演播室團隊對系統(tǒng)軟件的熟悉，需要美術(shù)設計、技術(shù)人員的學習培訓，需要節(jié)目導演、主持人、美術(shù)設計、技術(shù)人員的通力合作?？傊绻艹浞职l(fā)揮高清虛擬演播室的功能，那么它必將為影視傳媒類院校的教學實踐與科研添上濃墨重彩的一筆。

參考文獻

［1］ 陳麗娜.高清直播虛擬演播室系統(tǒng)的技術(shù)探討［J］.影視技術(shù)，2012（8）:78-82.

［2］ 鄒志光. 高清虛擬直播演播室系統(tǒng)的構(gòu)建［J］.現(xiàn)代電視技術(shù)，2013（8）:86-90.

［3］ 周慧珠. 高性價比三維虛擬場景系統(tǒng)的設計［J］.廣播與電視技術(shù)，2015（6）:55-59.

Television Media Class Uniersities Upgrade of Virtual Studio Discussion

Huang He， Zhong Kangyun Zhejiang Institute of Media & Communications， Hangzhou， 310018， China

Abstract:With the rapid development of high-defnition video technology， the virtual studio also produced a high-defnition virtual studio，which is suitable for HD flm and television production. The application of this technology has greatly satisfed the need of HD programming and broadcasting. In this paper， the technical requirements， system structure and related issues are discussed in the process of upgrading and upgrading of Zhejiang university of media and communications.

Key words:HD virtual studio； camera tracking； grid recognition； virtual studio rendering engine（HDVG）

收稿日期：2015-11-03

作者簡介：黃河，碩士，高級工程師。鐘康云，大專，舞臺技師。