3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)在動(dòng)漫電視節(jié)目中的應(yīng)用

劉曉東

(南寧師范大學(xué)，廣西 南寧 530000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了數(shù)字影像技術(shù)的快速發(fā)展，很多數(shù)字影像技術(shù)已經(jīng)很成熟，所以被廣泛用到電視節(jié)目中。我國動(dòng)漫電視節(jié)目在應(yīng)用示范技術(shù)以及文化推廣方面發(fā)展的比較遲緩，市場占有率較低，這主要是因?yàn)槌杀締栴}。因?yàn)橘M(fèi)用過高，導(dǎo)致3D虛擬技術(shù)在動(dòng)漫電視節(jié)目中應(yīng)用受到阻礙。發(fā)展到現(xiàn)階段，隨著人們對(duì)3D虛擬影像技術(shù)的不斷探索，加上和一些演藝集團(tuán)的合作，已經(jīng)可以將3D影像虛擬技術(shù)應(yīng)用到了動(dòng)漫電視節(jié)目中，這樣既降低了成本，而且利用技術(shù)集成虛擬舞臺(tái)3D素材庫，最終建立3D舞臺(tái)，推動(dòng)演藝行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。除此之外，為了能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L的精神文明的需求，要使舞臺(tái)更有感染力和表現(xiàn)力，所以還必須要保證3D舞臺(tái)的立體效果以及在多計(jì)算機(jī)播放狀態(tài)下的播放控制，同時(shí)還要整合舞臺(tái)虛實(shí)融合技術(shù)，只有加強(qiáng)這方面的研究、開發(fā)，才能確保3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)能夠更好的應(yīng)用到動(dòng)漫電視節(jié)目中去。

1 3D技術(shù)概念與原理

(1)3D技術(shù)概念及表現(xiàn)

3D指的是事物有長、寬、高的三個(gè)維度，換句話說就是給人立體感覺，其主要是相對(duì)只有長和寬的2D平面來說，3D在電視節(jié)目舞臺(tái)布景主要體現(xiàn)在三個(gè)方面[1]：

1)寫實(shí)的3D舞臺(tái)美術(shù)立體布景。在三維立體空間下，舞臺(tái)制景是依照節(jié)目主體需要來完成的，需要設(shè)計(jì)、搭建出寫意或者是寫實(shí)的立體空間舞臺(tái)。在這樣的舞臺(tái)上，設(shè)計(jì)師可以把現(xiàn)實(shí)生活中的樹木、房屋、建筑都搬上舞臺(tái)，而且尺寸基本都是一比一仿制的，所以給人非常真實(shí)的空間立體效果，如圖1所示。

圖1 3D虛擬演播室

2)在舞臺(tái)布景上噴繪營造出假象立體舞臺(tái)場景。為了能夠營造視覺上的真實(shí)感，舞臺(tái)美術(shù)設(shè)計(jì)師經(jīng)常會(huì)利用噴繪手段來打造舞臺(tái)效果，通常都會(huì)在舞臺(tái)天幕上噴繪現(xiàn)實(shí)中的景物，比如說藍(lán)天、白云、森林、海洋等，從而給人感覺真實(shí)立體空間效果，如圖2所示。

圖2 3D舞臺(tái)布景

3)利用LED屏幕播放3D軟件制作出來的三維立體畫面。借助LED屏幕播放立體畫面能夠在較短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換時(shí)空?qǐng)鼍?，這樣有利于電視情節(jié)表達(dá)以及空間場景轉(zhuǎn)化，相對(duì)于上面兩種形式更有優(yōu)勢(shì)，從而更加準(zhǔn)確的表達(dá)主題。如圖3所示。

圖3 春節(jié)晚會(huì)圖景

隨著3D數(shù)字影像技術(shù)的不斷成熟，立體取代平面、3D取代2D的時(shí)代已經(jīng)來臨，通過虛擬技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)場景，這種3D虛擬技術(shù)在電視節(jié)目中應(yīng)用越來越多，從而營造出立體、真實(shí)、漂亮的舞臺(tái)場景。

(2)3D虛擬技術(shù)原理

3D虛擬影像技術(shù)實(shí)質(zhì)就是將3D的投影和視頻相結(jié)合。這一技術(shù)是利用干涉原理把物體光波信息記錄下來。在激光的輻照下，被拍攝的事物形成了漫射式的物光束，其中一部分激光作為參考光速同物光速融合在一起成為干涉而照射到全息底片上，并利用反差以及干涉條紋的間隔記錄下來物體光線的信息，從而將物體光線上各個(gè)點(diǎn)的位相和振幅變換為空間變化的強(qiáng)度。一般來說，3D舞臺(tái)虛擬影像技術(shù)包含了虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)影像技術(shù)、3D影像技術(shù)以及圖像識(shí)別影像技術(shù)。這三種技術(shù)也代表著三種虛擬影像技術(shù)的三個(gè)階段。虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是利用Unity 3D引擎和Open CV來實(shí)現(xiàn)的，這時(shí)借助微軟的Kinect傳感器來達(dá)到捕捉捕捉演員動(dòng)作節(jié)點(diǎn)，把捕捉到的動(dòng)作融入到已經(jīng)創(chuàng)建并完成的虛擬效果。在實(shí)際操作中，舞臺(tái)上都會(huì)布置一些全息膜這類投射介質(zhì)，使演員和特效能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)，表現(xiàn)出電視節(jié)目的魅力。在當(dāng)前電視節(jié)目應(yīng)用中，二位3D影像技術(shù)應(yīng)用的是最多的，和傳統(tǒng)舞臺(tái)表演相比，幕布換成了動(dòng)態(tài)的LED屏幕，從而將動(dòng)態(tài)影響場景表現(xiàn)出來。圖像識(shí)別影像技術(shù)則是將傳感器、紅外射線這些設(shè)備運(yùn)用到舞臺(tái)上，并結(jié)合舞臺(tái)道具，最終達(dá)到審美藝術(shù)的效果[2]。

2 實(shí)施條件

3D舞臺(tái)虛擬影像技術(shù)具體的實(shí)施主要分為硬件和軟件部分：

第一，硬件部分，主要是由計(jì)算機(jī)、傳感器、投影儀等設(shè)備構(gòu)成的硬件系統(tǒng)。其中，傳感器主要包含了空間傳感器、紅外傳感器等模塊，而傳感器能夠精準(zhǔn)捕捉到演員的空間位路信息，其中含包含電子道具的位路信息，然后借助軟件系統(tǒng)來進(jìn)行分析和計(jì)算，并將一些特效影像實(shí)時(shí)投到了全息膜上，從而將表演的實(shí)時(shí)互動(dòng)和虛擬道具的特效融合在一起，帶給觀眾強(qiáng)烈的視覺感受。隨著3D虛擬影像技術(shù)不斷改進(jìn)，硬件配備上也不斷豐富，比如說獨(dú)立的工作站，能夠?qū)?yīng)各個(gè)虛擬機(jī)位，同時(shí)也可以轉(zhuǎn)換成為控制機(jī)來實(shí)時(shí)操作，或者是將參數(shù)備份。還有高清數(shù)字視分板卡、模擬視分、四畫面分感器等等可以有效解決多路信號(hào)分配問題，還可以擴(kuò)充功能[3]。還有采用四聯(lián)高清監(jiān)視器的，這樣能夠隨時(shí)看到工作站渲染合成的輸出信號(hào)，便于工作人員掌握輸出信號(hào)，有故障的時(shí)候能夠及時(shí)排查。除此之外，因?yàn)榭紤]到環(huán)境不同，有時(shí)候需要在離箱體比較遠(yuǎn)的地方才能夠操作主機(jī)，所以還會(huì)配備 USB/DVI延長器，這樣工作人員可以在60米外的地方來操作這個(gè)系統(tǒng)，使操作過程更加方便靈活，從而保證應(yīng)用更加系統(tǒng)。

其次，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件的開發(fā)，主要是基于3D引擎開發(fā)，利用OpenCV和傳感器通信，以此來獲得傳感器數(shù)據(jù)。通過認(rèn)真分析數(shù)據(jù)之后來定位演員，或者是定位電子道具的空間位路，并將投影屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，繼而在屏幕上將虛擬道具相應(yīng)的位路顯示出來。除此之外，這個(gè)軟件系統(tǒng)還有一個(gè)作用就是依照演員之間的互動(dòng)產(chǎn)生特效，比如說出現(xiàn)爆炸、煙火等現(xiàn)象。

第三，播放系統(tǒng)的控制，主要是分布式多機(jī)內(nèi)容播放控制系統(tǒng)，可以控制住虛擬影像以及背景視頻等多種多媒體素，能夠?qū)崟r(shí)分配演出動(dòng)作、背景視頻以及虛擬影像。

總的來說，軟件主要有兩大塊，即服務(wù)器和客戶端。其中，客戶端和服務(wù)器分別安裝在分控計(jì)算機(jī)和主控計(jì)算機(jī)上。軟件則是利用相關(guān)技術(shù)將其中一個(gè)計(jì)算機(jī)作為主控計(jì)算機(jī)，其他若干計(jì)算機(jī)則是用于播放的分布式軟件。主控計(jì)算機(jī)主要是利用局域網(wǎng)來連接分控計(jì)算機(jī)，并且集成控制不同影像投影的分控計(jì)算機(jī)，利用整個(gè)播放系統(tǒng)來確保舞臺(tái)上的播放效果。如圖4所示。

圖4 播放控制系統(tǒng)硬件圖示

3 互動(dòng)性

數(shù)字媒體時(shí)代，人們的審美觀點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化，除了要打破原來的觀演關(guān)系以外，還需要注重觀眾的參與以及與觀眾的互動(dòng)，而且還要求在吸取傳統(tǒng)精華的基礎(chǔ)之上尋求更新的創(chuàng)作理念。要讓真實(shí)的演員同虛擬的人物和道具進(jìn)行互動(dòng)，從而達(dá)到虛實(shí)相融合的效果。具體來說，主要包含以下四點(diǎn)：

第一，真人和虛擬演員同一舞臺(tái)表演。結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并結(jié)合圖像識(shí)別或者使傳感器等手段，從而實(shí)現(xiàn)真人和虛擬演員在同一舞臺(tái)的表演。在這樣的場景下，真人和虛擬演員可以實(shí)現(xiàn)空間關(guān)系的互動(dòng)和交融，增強(qiáng)舞臺(tái)的效果。

第二，真人和虛擬道具之間的互動(dòng)。運(yùn)用圖像識(shí)別或者是傳感器等手段，并且結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的應(yīng)用，時(shí)已經(jīng)記錄下來的影像虛擬再現(xiàn)在全息成像膜上，從而達(dá)到動(dòng)感、逼真的立體效果。在這個(gè)過程中，真人可以實(shí)現(xiàn)和虛擬道具的互動(dòng)。

第三，真人表演和虛擬特效互動(dòng)。運(yùn)用虛擬的現(xiàn)實(shí)引擎，從而把圖像識(shí)別和傳感器等手段結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)真人和虛擬特效的互動(dòng)。這樣，可以通過粒子系統(tǒng)進(jìn)行光效操作，而真人演員則可以通過動(dòng)作產(chǎn)生爆炸以及煙火等現(xiàn)象。

第四，真人表演同舞臺(tái)背景的融合。在實(shí)際操作中，圖像識(shí)別可以和傳感器等手段相結(jié)合，并且應(yīng)用3D引擎，從而虛擬的再現(xiàn)出已經(jīng)記錄在全息成像膜上的影像，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)、逼真的效果。通過3D虛擬技術(shù)，虛擬影像好像憑空就出現(xiàn)在了舞臺(tái)上，而且同演員仿佛融為一體，從而實(shí)現(xiàn)真人和舞臺(tái)背景的互動(dòng)。比如說在《老巴克和小巴克》這部動(dòng)漫劇中，當(dāng)動(dòng)物在森林里面出沒的畫面出現(xiàn)時(shí)，隨著音樂的起伏和人物動(dòng)作的變化，舞臺(tái)背景也相應(yīng)產(chǎn)生了變化，給人仿佛真的置身森林的感覺，營造出了真實(shí)的效果[3]。

4 應(yīng)用推廣效果及技術(shù)展望

3D舞臺(tái)虛擬虛擬技術(shù)在動(dòng)漫節(jié)目中被不同程度的應(yīng)用，并且逐漸推廣。在動(dòng)漫節(jié)目中的綜合應(yīng)用，一方面是為了突出這類電視的特色，另一方面則是考慮到有穩(wěn)定的觀眾群體，有越來越多人喜歡觀看動(dòng)漫劇。因此，在很多動(dòng)漫劇中都利用了3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)，從而達(dá)到了虛實(shí)融合的效果，收到觀眾們的喜愛。比如說上文介紹的《老巴克與小巴克》這部動(dòng)漫劇，因?yàn)槌錾男Ч?，為小朋友沒帶來不一樣的視聽盛宴。在這部動(dòng)漫劇中，主要是使采用了二維3D影像技術(shù)，而且還在情景交融、場景切換等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，取得了突破。這部劇是采用童話的形式來宣傳消防知識(shí)，讓青少年感興趣的主要是其引人入勝的劇情和詼諧幽默的表現(xiàn)方式，同時(shí)還有發(fā)人深省的寓意。正因?yàn)橛谐錾谋硌菪Ч越o小朋友們傳遞了更多的消防知識(shí)，教育他們從小要提高消防安全意識(shí)，了解更多的消防技能。同時(shí)，這部劇也表現(xiàn)出了關(guān)愛自己和關(guān)愛生命的主題，具有很好的教育意義。

雖然3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)發(fā)展很快，在各類電視節(jié)目中都有應(yīng)用。但是，因?yàn)槭艿接布蛙浖南拗?，?dāng)前三維虛擬現(xiàn)實(shí)舞臺(tái)控制系統(tǒng)仍然只是在初級(jí)應(yīng)用階段，世界上其他虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用也存在同樣的問題，所以真實(shí)度還需要提高。但是，當(dāng)親數(shù)字影像技術(shù)發(fā)展速度是非常快的，可以預(yù)見，劇場級(jí)的特效的虛擬技術(shù)在未來幾年里必然會(huì)會(huì)被應(yīng)用到各種虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中。隨著新技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)舞臺(tái)控制系統(tǒng)打造出更為逼真的虛擬場景，同時(shí)還具備更加復(fù)雜的功能，出現(xiàn)整合了機(jī)械、光、電、聲等元素為一體的虛擬控制系統(tǒng)。如果有這個(gè)技術(shù)支撐，就可以最大限度的發(fā)揮舞臺(tái)的機(jī)械綜合性能，還能夠?qū)?dǎo)演的想象力以及團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)力最大限度的釋放，能夠達(dá)到在不動(dòng)用任何世紀(jì)技術(shù)設(shè)備的情況下模擬出現(xiàn)場表演的效果。這才是3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)在電視節(jié)目中應(yīng)用所追求的的目標(biāo)。在二十一世紀(jì)，3D虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體是最具有應(yīng)用前景三大虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，所以為在未來必然會(huì)應(yīng)用到各類電視節(jié)目中。國家二胎政策已經(jīng)放開，未來我國的小孩會(huì)不斷增多，動(dòng)漫節(jié)目的市場必然會(huì)擴(kuò)大。隨著3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)在動(dòng)漫劇中應(yīng)用不斷增多，從而增強(qiáng)動(dòng)漫劇的表現(xiàn)效果，吸引更多的小觀眾。

5 結(jié)語

相對(duì)其他發(fā)達(dá)國家來說，動(dòng)漫劇在我國起步較晚，而3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)起步也比較晚，但我國發(fā)展速度很快。同時(shí)，因?yàn)槲覈丝诒姸?，所以?dòng)漫劇有很大的市場。隨著3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)的不斷更新、發(fā)展，越來越多的動(dòng)漫劇開始應(yīng)用這一技術(shù)。3D虛擬技術(shù)的應(yīng)用，讓觀眾真實(shí)感受到了時(shí)空轉(zhuǎn)換，時(shí)觀眾能夠直接感受到自己所看到的事物，從而為觀者提供更為開闊的視野?？偟膩碚f，3D舞臺(tái)虛擬技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用十分廣泛，未來的發(fā)展前景必然更為廣泛，但還需要不斷探索和創(chuàng)新，使其在電視節(jié)目中發(fā)揮更好的效果。