虛擬演播室在新時(shí)期電視節(jié)目制作中的結(jié)合與應(yīng)用分析

■文/武 艷

虛擬演播室在新時(shí)期電視節(jié)目制作中的結(jié)合與應(yīng)用分析

■文/武 艷

虛擬演播室是目前比較新穎獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)，其實(shí)質(zhì)就是將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景和電視攝像機(jī)所拍攝的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)字化合成。虛擬演播室的主要內(nèi)容有攝像機(jī)跟蹤、計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景生成以及視頻合成三個(gè)部分，虛擬演播室在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在建模及紅外檢測(cè)、設(shè)計(jì)虛擬人物以及虛擬影子三個(gè)方面。目前來(lái)看，虛擬演播室在電視節(jié)目制作中的優(yōu)勢(shì)主要有創(chuàng)意自由、降低成本、方便升級(jí)以及解決傳輸摳像失真問(wèn)題。

虛擬演播室；電視節(jié)目制作；應(yīng)用；優(yōu)勢(shì)

新時(shí)期我國(guó)對(duì)社會(huì)信息化建設(shè)工作的重視程度逐漸提高，并且隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電視節(jié)目制作技術(shù)的改革和創(chuàng)新也在不斷上演。虛擬演播室技術(shù)正是以虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，與電視節(jié)目制作技術(shù)相互融合而產(chǎn)生的新電視節(jié)目制作技術(shù)，該技術(shù)突破了傳統(tǒng)意義上演播室只能采用實(shí)景布置和場(chǎng)景設(shè)計(jì)的局限性，無(wú)需布置實(shí)景，只需要借助道具和演員，將攝像機(jī)拍攝的表演內(nèi)容經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)三維虛擬處理后進(jìn)行數(shù)字化合成即可，這樣就能實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目前期拍攝和后期制作的完美結(jié)合。

1.虛擬演播室的主要技術(shù)

1.1 攝像機(jī)跟蹤

攝像機(jī)跟蹤的主要任務(wù)是為了對(duì)攝像機(jī)所在演播室內(nèi)的動(dòng)作參數(shù)及攝像機(jī)本身的位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)算。在攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，包括鏡頭變焦、聚焦、水平角和俯仰角以及景深等，這些不斷變化的參數(shù)會(huì)被實(shí)時(shí)傳送至用于進(jìn)行背景合成的計(jì)算機(jī)，然后計(jì)算機(jī)再根據(jù)這些不斷變化的參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整三維視圖[1]。目前，虛擬演播室的攝像機(jī)跟蹤定位系統(tǒng)主要有紅外線發(fā)射和接收識(shí)別、機(jī)械傳感器識(shí)別以及圖形識(shí)別三種。

首先分析圖形識(shí)別，此識(shí)別方式主要和演播室的大小有關(guān)，然后在演播室的背景幕布上制定不同尺寸的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，再根據(jù)攝像機(jī)實(shí)時(shí)抓拍的圖像對(duì)攝像機(jī)的位置、方向、變焦等參數(shù)進(jìn)行解析。應(yīng)該重視的問(wèn)題在于，在演播室進(jìn)行攝像機(jī)操作，不管是安裝還是操控，都是相對(duì)比較容易的，并且應(yīng)引起特別重視的是，全部的參數(shù)都來(lái)源于攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的畫(huà)面，因此攝像機(jī)的實(shí)時(shí)拍攝畫(huà)面應(yīng)同時(shí)滿足網(wǎng)格占當(dāng)前畫(huà)面一半以上并且有四個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)，否則系統(tǒng)無(wú)法正確識(shí)別。

其次是機(jī)械傳感器識(shí)別，此識(shí)別方式主要借助安裝在攝像機(jī)各部分的機(jī)械傳感器獲得多種信息。機(jī)械傳感器識(shí)別方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：在單色（主要是藍(lán)色）背景下，不需要再繪制網(wǎng)格，并且很容易將背景照亮；跟蹤數(shù)據(jù)基本不會(huì)產(chǎn)生延時(shí)；在增加了某幾個(gè)位置的測(cè)量跟蹤器后，仍然不會(huì)限制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，演員也可以在舞臺(tái)范圍內(nèi)自由活動(dòng)；采集攝像機(jī)的變焦、移動(dòng)、搖移等信息速率依然跟得上電視圖像的刷新率。

最后是紅外線發(fā)射和接收識(shí)別，此識(shí)別方式主要采用了紅外線信號(hào)發(fā)射和多點(diǎn)攝像頭接收的工作原理，對(duì)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。此方式利用紅外線的收發(fā)裝置用于檢測(cè)演播室中演員和攝像機(jī)的位置[2]。接收裝置被安裝在背景上方，紅外線發(fā)射裝置則被安裝在攝像機(jī)和演員身上。此識(shí)別方式也有一定的缺陷，主要是采用這一識(shí)別方式需要付出較高的成本，并且安裝步驟非常繁瑣。

1.2 計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景生成

計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬演播室的場(chǎng)景繪制圖形存在三維與二維上的區(qū)別，因此虛擬場(chǎng)景也是被分為三維和二維的。其中二維場(chǎng)景僅僅是被作為平面背景使用的，屬于放置在真人身后的背景，當(dāng)然有時(shí)候也會(huì)放在真人身前。另外，真人可以圍繞這一虛擬實(shí)景運(yùn)動(dòng)，以此達(dá)到以假亂真的效果。三維虛擬場(chǎng)景的設(shè)計(jì)制作，可以借助alias、front、softimage3D、3Dmax以及maya等軟件實(shí)現(xiàn)，虛擬實(shí)景也能夠?qū)艄?、模型以及貼圖等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理控制，如果再加入虛擬燈效以及視頻插入信號(hào)，虛擬演播室就會(huì)表現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的真實(shí)感。

1.3 視頻合成

虛擬演播室系統(tǒng)視頻的合成主要依靠摳像技術(shù)，摳像方式可以對(duì)攝像機(jī)所拍攝下來(lái)的景物和人物進(jìn)行摳像處理，在處理之后，將其和計(jì)算機(jī)的虛擬場(chǎng)景結(jié)合為完整的畫(huà)面。應(yīng)注意的是，通過(guò)計(jì)算機(jī)制作的虛擬場(chǎng)景和每個(gè)像素都有一個(gè)景深的數(shù)值，此數(shù)值主要的作用是提供參數(shù)以實(shí)現(xiàn)控制切換臺(tái)，最終完成將真實(shí)人物在虛擬場(chǎng)景中的位置變換，從而實(shí)現(xiàn)將前景和背景融合的目的。

2.虛擬演播室在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

2.1 建模及紅外檢測(cè)

在虛擬演播室的系統(tǒng)模型和動(dòng)畫(huà)需要保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，就應(yīng)該建立一套具有基本規(guī)范的建模，值得注意的是，要盡可能避免復(fù)雜的建造模型；在轉(zhuǎn)化燈光參數(shù)時(shí)，通過(guò)特定軟件可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作；通過(guò)遮罩效果強(qiáng)化虛擬系統(tǒng)的逼真性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常會(huì)應(yīng)用到主持人從虛擬前景的后面走到其前面，使前景變成背景的情況，這就要求在處理畫(huà)面時(shí)，人為控制遮罩的開(kāi)關(guān)。這里，主持人和導(dǎo)播臺(tái)之間的配合就顯得極為重要，為了避免穿幫，這樣的鏡頭一般都要事先彩排好，主持人和導(dǎo)播臺(tái)都要精確掌握時(shí)間[3]。

但如果能夠?qū)t外檢測(cè)技術(shù)加以熟練應(yīng)用，就能夠?qū)Ρ粰z測(cè)物的實(shí)時(shí)縱向位置進(jìn)行確定，也就是說(shuō)，在演播室中拍攝前景處于背景之中的位置深度，以避免穿幫，具體的操作技巧如下：其一，在演播室上方固定2-4個(gè)紅外線攝像機(jī)，以它們作為接收裝置；其二，通過(guò)運(yùn)用紅外發(fā)射裝置對(duì)演播室進(jìn)行測(cè)量；其三，繪制好演播主體活動(dòng)范圍的網(wǎng)格圖。這樣一來(lái)，就可以將物體位置準(zhǔn)確地在網(wǎng)格圖中表示出來(lái)，然后將數(shù)據(jù)傳輸至工作站，計(jì)算模型中物體的真實(shí)深度和準(zhǔn)確三維位置，深度鍵的概念也由此而來(lái)。

在虛擬實(shí)景系統(tǒng)的紅外線檢測(cè)中，深度鍵的概念產(chǎn)生了，它能夠使虛擬背景中的主持人始終保持在正確的位置上，攝像機(jī)無(wú)論從哪個(gè)角度拍攝都不會(huì)造成穿幫。深度鍵對(duì)于主持人、實(shí)物和虛擬物之間都會(huì)形成相互之間的動(dòng)態(tài)阻擋，這些現(xiàn)象是正常的。這樣一來(lái)，主持人從虛擬實(shí)景的后面走出并走到虛擬實(shí)景的前面，就不用再通過(guò)人為的方式開(kāi)關(guān)鍵罩，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自動(dòng)使用深度鍵對(duì)演播室中虛擬景物和主持人之間的前后關(guān)系進(jìn)行確定，做到真正逼真的遮擋效果，被遮擋的畫(huà)面也會(huì)自動(dòng)形成，確保節(jié)目不會(huì)穿幫。

2.2 設(shè)計(jì)虛擬人物

目前，很多電視節(jié)目中都出現(xiàn)了虛擬人物。在應(yīng)用虛擬技術(shù)時(shí)，只需要將傳感器安裝在真人各重要部位（以關(guān)節(jié)為主），然后將得到的數(shù)據(jù)傳輸至工作站，就能夠?qū)μ摂M動(dòng)畫(huà)人物進(jìn)行控制，動(dòng)畫(huà)人物就能夠完全模仿表演者的各種動(dòng)作。即使在演播室同時(shí)出現(xiàn)了真人和虛擬動(dòng)畫(huà)人物，他們之間也可以實(shí)現(xiàn)位置調(diào)換和交流，這一點(diǎn)在傳統(tǒng)演播室中當(dāng)然是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。虛擬演播室可以通過(guò)虛擬人物的方式為電視節(jié)目帶來(lái)神秘感，使得節(jié)目效果得以顯著加強(qiáng)。

2.3 虛擬影子

虛擬演播室能夠?qū)⒐夂陀胺抡嬲宫F(xiàn)出來(lái)，這是三維技術(shù)所獨(dú)具的逼真性。以此在制作電視節(jié)目時(shí)，就應(yīng)該引用虛擬演播室系統(tǒng)建模，重視光效的方向，應(yīng)同現(xiàn)實(shí)保持一致[4]。但是在演播室內(nèi)，燈光的亮度一般都比較大，這樣會(huì)增加色鍵摳像的難度，于是前景主持人的影子就很難在合成后的圖像中保持和背景物體的吻合性。同時(shí)，當(dāng)演播室采用網(wǎng)格識(shí)別法時(shí)，采用摳像的方法就不能獲得虛擬影子。所以需要增加一些必要的設(shè)備，例如虛擬影子機(jī)等。

3.虛擬演播室在電視節(jié)目制作中的優(yōu)勢(shì)

3.1 創(chuàng)意自由

虛擬演播室可以產(chǎn)生幾乎不受任何限制的三維畫(huà)面，只要這些畫(huà)面契合節(jié)目主旨，創(chuàng)作人員就可以充分發(fā)揮想象，自由發(fā)揮，決定場(chǎng)景的大小、材料、布局、動(dòng)畫(huà)效果等，這種場(chǎng)景將不會(huì)受到空間、時(shí)間等各種因素的限制。

3.2 降低節(jié)目成本

每個(gè)電視臺(tái)都有大量的節(jié)目，類(lèi)型也十分豐富，由于不同節(jié)目具有不同的場(chǎng)景要求，而演播室的場(chǎng)景又必須結(jié)合節(jié)目的內(nèi)容設(shè)定，因此如果所有的節(jié)目都單獨(dú)設(shè)立演播室，那么就顯得極為浪費(fèi)。而如果實(shí)現(xiàn)了虛擬演播室，就只需要一個(gè)演播室即可，只需要變化場(chǎng)景，連搭建、拆卸工作都不需要。

3.3 方便升級(jí)

虛擬演播室是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的硬件和軟件都是在不斷升級(jí)的，因此虛擬演播室也可以根據(jù)需求隨時(shí)更新，而計(jì)算機(jī)無(wú)論是硬件更新還是軟件更新，都是非常方便的。

3.4 解決失真問(wèn)題

當(dāng)采用了同步跟蹤技術(shù)后，虛擬演播室的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)就可以轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，就可以隨時(shí)調(diào)整虛擬場(chǎng)景的各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)時(shí)生成和前景聯(lián)動(dòng)的背景信號(hào)。

5.結(jié)束語(yǔ)

虛擬演播室系統(tǒng)為新時(shí)期電視節(jié)目的制作提供了廣闊的創(chuàng)作空間，對(duì)于豐富電視節(jié)目并節(jié)省費(fèi)用方面的貢獻(xiàn)非常明顯，同時(shí)也對(duì)有關(guān)節(jié)目制作人員的創(chuàng)造力提出了更高要求。

[1] 李婷.虛擬演播室技術(shù)應(yīng)用研究——以校園電視節(jié)目制作為例[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015，7（12）：67-68.

[2] 姜悅.高清虛擬演播室系統(tǒng)在城市電視臺(tái)的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2015，18（3）：163-164.

[3] 段鋒耀，何莉，黃黎等.虛擬演播室技術(shù)和在線包裝系統(tǒng)在電視節(jié)目中的應(yīng)用[J].影視制作，2016，22（3）：72-75.

[4] 張曉芳.電視節(jié)目制作中虛擬演播室系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].科技傳播，2015，7（12）：87，74.

（作者單位：臨汾電視臺(tái)）

TN948.12

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1671-0134（2017）12-119-02

10.19483/j.cnki.11-4653/n.2017.01.037