Top3DSet虛擬演播室系統(tǒng)的應(yīng)用淺析

文/孫磊

引言

虛擬演播室視頻制作技術(shù)實(shí)際上是傳統(tǒng)視頻制作技術(shù)和新型計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的整合，在傳統(tǒng)的視頻制作技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，視頻制作的前后背景缺乏相關(guān)聯(lián)系，導(dǎo)致前后背景之間無(wú)法維持正確的透視關(guān)系，進(jìn)而給人前背景漂浮在后背景上的錯(cuò)覺(jué)，造成不夠舒適的視覺(jué)感受。虛擬演播室中應(yīng)用了跟蹤技術(shù)，令視頻制作人員能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)分析攝影設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并結(jié)合拍攝需求，對(duì)攝影設(shè)備的位置、推拉焦距、平搖時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，進(jìn)而確保虛擬場(chǎng)景能夠按照設(shè)計(jì)路線進(jìn)行變動(dòng)，此時(shí)，后背景會(huì)自動(dòng)生成和前背景之間的聯(lián)動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)入到色鍵器中與前背景信號(hào)進(jìn)行合成，給人以置身于實(shí)景的感覺(jué)。

1.Top3DSet虛擬演播室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

Top3DSet虛擬演播室系統(tǒng)根據(jù)需求可以靈活的提供不同的機(jī)位通道系統(tǒng)。以我臺(tái)Top3DSet雙通道雙機(jī)位虛擬演播室系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其結(jié)構(gòu)原理，如下圖。

Top3DSet雙通道雙機(jī)位虛擬演播室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2.Top3Dset虛擬演播室系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

2.1 基于時(shí)間線的動(dòng)畫(huà)編輯

Top3Dse系統(tǒng)引入了以時(shí)間線為主的動(dòng)畫(huà)編輯技術(shù)，極大程度上簡(jiǎn)化了視頻播出參數(shù)調(diào)節(jié)工作，場(chǎng)景中所有的三維物體、虛擬大屏幕墻、虛擬燈光以及三維特效等，都可以按時(shí)間線對(duì)其三維運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、自身的縮放等參數(shù)進(jìn)行預(yù)先動(dòng)畫(huà)編輯，并可以實(shí)時(shí)瀏覽，實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)即所得的編輯效果。

2.2 全場(chǎng)景三維實(shí)時(shí)渲染

Top3DSet系統(tǒng)的應(yīng)用建立在Microsoft最新渲染平臺(tái)的基礎(chǔ)上，其中應(yīng)用了大量的先進(jìn)計(jì)算方式和技術(shù)，運(yùn)用了大量的優(yōu)化算法，確保了RT3D視頻服務(wù)器的硬件渲染功能能夠被充分的發(fā)揮；通過(guò)三線性濾波和全場(chǎng)景反走樣技術(shù)，使得到的畫(huà)面變得更加光滑和細(xì)膩；在場(chǎng)景物件紋理貼圖處理中則選擇應(yīng)用了MipMap處理技術(shù)，避免了當(dāng)攝像機(jī)推得太近以致生成的場(chǎng)景畫(huà)面虛焦的問(wèn)題，令經(jīng)過(guò)處理的動(dòng)態(tài)圖像不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而確保了視頻節(jié)目的流暢性。

2.3 實(shí)時(shí)調(diào)整，所見(jiàn)即所得

Top3DSet系統(tǒng)能夠?qū)σ曨l中的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和虛擬物品設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，進(jìn)而增強(qiáng)了視頻動(dòng)畫(huà)的真實(shí)感，并能夠?qū)?chǎng)景中的信號(hào)進(jìn)行精確結(jié)合，系統(tǒng)可以結(jié)合虛擬物品的位置自動(dòng)生成物件掩模，進(jìn)而確保視頻內(nèi)部物品之間能夠有正確的遮擋關(guān)系。

2.4 光電高精度攝像機(jī)參數(shù)跟蹤

視頻制作員可以應(yīng)用光電傳感器對(duì)攝像設(shè)備的搖、俯仰、推拉動(dòng)作進(jìn)行向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并以電信號(hào)的采集編碼為基準(zhǔn)，制定移動(dòng)攝像設(shè)備的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)攝像設(shè)備推、拉、搖等功能效果。此外，傳感器具有較高的跟蹤精度，且處理傳感參數(shù)的速度較快，能夠確保攝像設(shè)備在快速進(jìn)行推拉、搖、俯仰、變焦等操作時(shí)，視頻畫(huà)面依然不會(huì)出現(xiàn)停頓和撕裂等現(xiàn)象。

2.5 演播員與虛擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)合成

Top3DSet系統(tǒng)采用了國(guó)際知名的色鍵器生產(chǎn)廠商——Ultimatte公司的專(zhuān)業(yè)色鍵器，其采用色度空間的色度矢量算法，可以完成對(duì)陰影，透明、半透明物體和煙霧的完美摳像，虛擬場(chǎng)景與人物融合自然，真實(shí)感強(qiáng)。

2.6 前景深度鍵

Top3DSet系統(tǒng)能夠虛擬部分三維場(chǎng)景，并將這種三維場(chǎng)景應(yīng)用到視頻中的人物前，并且能夠?qū)θS場(chǎng)景進(jìn)行自覺(jué)型深度處理，令演播人員在視頻制作中的能動(dòng)性更強(qiáng)，確保機(jī)位切換時(shí)場(chǎng)景透視關(guān)系正確。

2.7 動(dòng)態(tài)無(wú)限藍(lán)箱功能

在實(shí)際視頻制作中，如果攝像設(shè)備的鏡頭拍攝范圍已經(jīng)超過(guò)了藍(lán)箱范圍，Top3DSet系統(tǒng)能夠結(jié)合攝像設(shè)備的機(jī)位信息自動(dòng)形成相應(yīng)的遮擋信號(hào)，確保已經(jīng)超過(guò)藍(lán)箱范圍的虛擬場(chǎng)景依然能夠得到有效的控制和拍攝，并能確保兩者畫(huà)面之間的銜接不存在縫隙。在動(dòng)態(tài)無(wú)限藍(lán)箱功能應(yīng)用過(guò)程中，只要不是主播人員超過(guò)了藍(lán)箱范圍，該功能在處理畫(huà)面和虛擬場(chǎng)景方面具有十分良好的應(yīng)用效果。

2.8 自動(dòng)掩模與燈光處理

Top3DSet系統(tǒng)對(duì)攝像遮擋層沒(méi)有限制要求，如果在虛擬演播室中，虛擬場(chǎng)景和虛擬攝像設(shè)備之間的距離小于實(shí)際演播人員到攝像設(shè)備之間的距離，此時(shí)虛擬設(shè)備會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在演播人員前，反之則會(huì)出現(xiàn)在演播人員后。此外，系統(tǒng)中自帶了8盞虛擬燈，可分別對(duì)虛擬燈光的位置、顏色、衰減程度進(jìn)行調(diào)控，并可以按照指定的軌跡運(yùn)行，這豐富了視頻制作的燈光效果。

3.Top3DSet系統(tǒng)工作流程

Top3DSet虛擬演播室系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┮环N全新的電視節(jié)目制作方式，不僅節(jié)約了搭建、拆卸實(shí)景的資金、時(shí)間和空間，而且可以充分發(fā)揮想象進(jìn)行自由創(chuàng)作。

3.1 建模

根據(jù)欄目特點(diǎn)和導(dǎo)演的要求建立演播室的虛擬場(chǎng)景模型。建模工具可以采用通用的建模軟件如3D Max、Maya等，最后將模型輸出為3DSg格式即可被本系統(tǒng)讀取。

3.2 編制節(jié)目播出列表

節(jié)目播出列表是利用Top3DSet虛擬演播室系統(tǒng)創(chuàng)作的一個(gè)集場(chǎng)景、物件和播出列表為一體的總稱。系統(tǒng)運(yùn)行后，能夠在與其相對(duì)應(yīng)的素材庫(kù)中自動(dòng)選擇合適的場(chǎng)景模型，并將模型添加到視圖編輯區(qū)內(nèi)，隨后再次從素材庫(kù)中選擇相應(yīng)的屏幕和特效裝置，添加到時(shí)軌編輯窗體內(nèi)，并結(jié)合視頻制作需求對(duì)特效裝置進(jìn)行適當(dāng)修改，最終形成一個(gè)能夠進(jìn)行視頻制作的虛擬演播室。

3.3 系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)調(diào)整

為了確保虛擬演播室各個(gè)運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行效果，相關(guān)人員需要對(duì)設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，首先要進(jìn)行便鎖相信號(hào)、視頻信號(hào)、攝像機(jī)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)位切換靈活程度、色鍵摳像性能、視頻合成效果、輸入輸出視頻功能的檢查，隨后再對(duì)虛擬場(chǎng)景、播報(bào)人員、燈光等項(xiàng)目進(jìn)行確認(rèn)，以此確保節(jié)目能夠被良好錄制。

3.4 節(jié)目錄制

可以即時(shí)編輯節(jié)目表或打開(kāi)已經(jīng)編輯好的節(jié)目表。系統(tǒng)進(jìn)入播放狀態(tài)前，應(yīng)先進(jìn)行跟蹤的初始化定位。根據(jù)需要調(diào)整虛擬場(chǎng)景、大屏幕、特效等參數(shù)。在完成初始化定位后，接通跟蹤系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)虛擬攝像機(jī)鏡頭和真實(shí)攝像機(jī)鏡頭一同推拉、搖移和俯仰，保證前景和背景之間的正確透視關(guān)系。

4.虛擬演播室系統(tǒng)布光工作注意事項(xiàng)

4.1 面光處理

在面光處理中需要注意的是虛擬演播室面光一般布得較低平，其主要原因是要確保播報(bào)人員身上不會(huì)出現(xiàn)視頻的初級(jí)投影，進(jìn)而影響視頻輸出的圖像質(zhì)量。演播室內(nèi)部不建議應(yīng)用主光源，原因是如果主光源應(yīng)用不恰當(dāng)很可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際光源和虛擬光源出現(xiàn)差別，甚至?xí)绊懙接?jì)算機(jī)的圖像處理效果。

4.2 逆光處理

在傳統(tǒng)的演播室逆光處理中，一般遵循逆光比主光強(qiáng)的原則，這樣能夠增加播報(bào)人員的清晰感。但在虛擬演播室中，逆光的應(yīng)用需要結(jié)合虛擬場(chǎng)景而變化，如果逆光過(guò)于強(qiáng)烈，會(huì)引起虛擬場(chǎng)景燈光和藍(lán)箱的不協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響計(jì)算機(jī)后續(xù)摳藍(lán)技術(shù)的應(yīng)用效果；如果逆光較弱，則會(huì)產(chǎn)生播報(bào)員前景與虛擬背景貼合的現(xiàn)象，影響畫(huà)面的美觀程度。因此，燈光管理人員要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)逆光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.3 側(cè)光處理

虛擬演播室中的燈光管理中必須加入側(cè)光，其主要原因是虛擬系統(tǒng)中的色鍵器應(yīng)用的是藍(lán)色消除電路，該電路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)自動(dòng)消除演播人員衣物由于藍(lán)箱反射而形成的藍(lán)光，此時(shí)演播人員的邊緣將會(huì)變黑，為了解決上述問(wèn)題，需要在虛擬演播室中增加側(cè)光。

4.4 折射光處理

進(jìn)行折射光處理的目的是避免演播人員服裝的反射光和透明虛擬物品的反射光對(duì)藍(lán)箱運(yùn)行造成影響，進(jìn)而避免藍(lán)箱中的高亮點(diǎn)影響圖像質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深入發(fā)展，虛擬演播室已逐漸成長(zhǎng)為重要的電視節(jié)目制作手段，在新聞、教育、訪談、綜藝等各類(lèi)電視節(jié)目中應(yīng)用廣泛。虛擬演播室技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)拼接融合拍攝片段與虛擬建構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝時(shí)間、空間、舞美效果局限性的集中突破，在極大地節(jié)約空間、人力、物力成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了舞臺(tái)效果的跨越式發(fā)展。