Unity平臺下的交互式虛擬演播場景設計

劉 霞，左長輝，劉東東，靳鶴琳

(1.天津中德應用技術大學 藝術學院，天津 300074；2.天津中醫(yī)藥大學 體育健康學院，天津 300193； 3.天津蛋殼網(wǎng)絡科技有限公司，天津 300350)

近年來，虛擬現(xiàn)實技術進入了高速發(fā)展的快速通道，新技術的應用和普及使虛擬演播室功能得到了進一步擴展和優(yōu)化。Unity作為一款強大的游戲開發(fā)引擎，提供了基于JavaScript、C#等腳本語言來處理三維場景交互功能的開發(fā)[1]。基于Unity平臺的交互功能開發(fā)將促使虛擬演播室技術向現(xiàn)實應用邁出重要一步，同時也拓寬了傳統(tǒng)電視技術研究方向和范疇。

本文通過3D虛擬現(xiàn)實建模技術構建了一個虛擬演播室系統(tǒng)，并基于Unity平臺進行交互設計開發(fā)，初步實現(xiàn)了虛擬演播室場景漫游、虛擬設備展示、虛擬燈光調(diào)試、虛擬攝像機控制等演播室基本功能。下文將從虛擬演播室的系統(tǒng)整體設計、應用場景設計、交互功能實現(xiàn)、交互應用實例等四個方面進行介紹。

1 虛擬演播室的系統(tǒng)整體設計

本文設計開發(fā)的交互式虛擬演播室是用以輔助影視設計類相關課程學習、實踐和培訓等為目的，通過虛擬現(xiàn)實技術構建的一種“浸入式”的演播室虛擬情境[2]。該系統(tǒng)的演播室三維場景設計以天津中德應用技術大學影視動畫制作中心為實物原型，利用3D Max軟件來搭建虛擬演播室場景框架模型，并借助Unity平臺進行虛擬演播室基本應用功能開發(fā)。

2 虛擬演播室的應用場景設計

2.1 虛擬場景漫游

該系統(tǒng)具有虛擬演播室的場景漫游功能，可為影視動畫專業(yè)實踐教學提供真實的沉浸式演播環(huán)境。Unity平臺漫游功能提供第一人稱和第三人稱視角，第一人稱視角主要用來進行場景漫游體驗，有較強的真實感和浸入感；第三人稱視角主要用來進行系統(tǒng)操控，模擬真實演播狀態(tài)的現(xiàn)場導播體驗。

Unity平臺為用戶提供了原型碰撞和網(wǎng)格碰撞兩種碰撞模式[3]。為提高系統(tǒng)呈現(xiàn)速度，對虛擬演播室中的一般設施采用原型碰模式(如墻面、觀眾座椅等)，按其外觀對應添加盒子形(Box Collider)、球體形(Sphere Collider)、膠囊形(Capsule Collider)等碰撞器；而為了提高虛擬演播室的仿真度和專業(yè)性，場景中的專業(yè)設備采用網(wǎng)格碰撞模式，如為聚光燈、攝像機等專業(yè)設備添加Mesh Collider碰撞器。

2.2 虛擬設備展示

交互式虛擬演播室系統(tǒng)的開發(fā)和應用，為避免昂貴的設備和建設費用提供了一個有效的解決方案。虛擬演播室內(nèi)多為影視攝制領域的專業(yè)設備，有展示、認知的必要性，為了保證專業(yè)設備模型的精度和真實感[4]，均由3D Max專業(yè)建模軟件來構建，如圖1所示。學習者可以在仿真的環(huán)境中體驗到演播室的場景氛圍，同時又可近距離的觀察、調(diào)控演播室內(nèi)的專業(yè)設備，進而提升專業(yè)認知力和學習興趣度[5]。

圖1 演播室攝像機模型

2.3 虛擬燈光調(diào)試

燈光效果的真實感和即時感是計算機圖形學研究的一個難點，很多虛擬仿真平臺都較少提及對燈光效果的處理。燈光是演播室重要的組成部分，除了簡單照明作用外，還有重要的造型作用，會對畫面拍攝效果產(chǎn)生至關重要的影響。

為體現(xiàn)該虛擬演播室仿真效果的真實感和實用性，系統(tǒng)對演播區(qū)的專業(yè)燈光進行了基本的調(diào)控設計，包括燈光位置的調(diào)節(jié)，角度的調(diào)整和開關的控制。

2.4 虛擬攝像機控制

攝像機是演播室必不可少的視頻、音頻采錄設備，因而系統(tǒng)中設置了3臺虛擬專業(yè)攝像機，學習者可以依照現(xiàn)實中的實踐學習模式對虛擬攝像機進行位置調(diào)整，焦點調(diào)控，曝光度調(diào)整，并能根據(jù)需要進行景深的調(diào)整，真實還原了攝像機的攝錄功能。

3 虛擬演播室的交互功能實現(xiàn)

3.1 燈光開關控制

Unity支持JavaScript、C#和Boo三種語言腳本。學習者針對虛擬演播室的燈光可以根據(jù)拍攝場景需要進行選擇性的開關控制，以及角度和位置調(diào)整。下面以燈光開關控制為例，代碼如下：

function Start () {

Lig01=GameObject.Find("light01");

Lig01.active=false;

}

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Z))

{

if(Lig01.active==false)

{

Lig01.active=true;

}

else if(Lig01.active==true)

{

Lig01.active=false;

}

}

}

3.2 攝像機機位切換

學習者在虛擬演播室中，可以依照實踐教學要求對虛擬攝像機進行位置、焦點、曝光度和景深等參數(shù)的調(diào)整。系統(tǒng)提供多機位拍攝功能，學習者可根據(jù)節(jié)目需求選擇不同機位組合進行拍攝。下面以三機位拍攝切換為例，機位選擇代碼如下：

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha1))

{

cam01.active=true;

cam02.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha2))

{

cam02.active=true;

cam01.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha3))

{

cam03.active=true;

cam01.active=false;

cam02.active=false;

}

}

4 虛擬演播室的交互應用實例

應用交互式虛擬演播室系統(tǒng)，學習者可對環(huán)境、設備、燈光等進行獨立的體驗學習，還可使用該系統(tǒng)進行欄目制作[6-7]。學習者可根據(jù)現(xiàn)場布景效果利用鍵盤虛擬燈光控制臺的Z、X、C等按鍵進行燈光調(diào)控。在欄目拍攝過程中，學習者還可對三臺虛擬攝像機進行機位切換和景深等進行調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)導播要求通過鍵盤虛擬切換臺的數(shù)字1、2、3按鍵來進行不同機位的畫面切換。在節(jié)目錄制后，學習者還應關閉燈光、攝像機等虛擬設備，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。交互式虛擬演播室系統(tǒng)主要包括漫游模塊，主持人模塊，燈光控制模塊，攝錄控制模塊，如圖2所示。

圖2 交互式虛擬演播室系統(tǒng)功能示意圖

5 小結

隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，交互式虛擬演播室的設計和應用越來越貼近實際應用，可廣泛應用于影視動畫專業(yè)學生課堂教學和實踐教學各個環(huán)節(jié)之中，為影視動畫人才培養(yǎng)提供有效的技術支撐。同時，交互式虛擬演播室在自媒體時代，為個人普通用戶提供了一個專業(yè)級的演播學習平臺，也為自身提供了廣闊的應用空間，并在發(fā)展中得以不斷完善和優(yōu)化。