氣象虛擬演播系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

程筱農(nóng) 奚和平

摘 要 虛擬演播室是先進(jìn)的電視節(jié)目制作科技，將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的人物活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成。隨著虛擬演播室技術(shù)的在氣象部門的不斷應(yīng)用，氣象影視制作水平不斷提升，天氣預(yù)報(bào)節(jié)目日益精品化。氣象高清虛擬演播系統(tǒng)的應(yīng)用讓觀眾生動(dòng)體會(huì)天氣預(yù)報(bào)節(jié)目中氣象資訊的豐富多彩，充分發(fā)揮氣象影視的公共氣象服務(wù)平臺(tái)作用。文章介紹如何搭建氣象高清虛擬演播系統(tǒng)平臺(tái)，以及使用虛擬演播系統(tǒng)制作天氣預(yù)報(bào)節(jié)目流程，氣象高清虛擬演播系統(tǒng)平臺(tái)主要涉及虛擬演播室的設(shè)備布局、燈光和隔音設(shè)計(jì)，虛擬演播系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試等。

關(guān)鍵詞 氣象;虛擬演播系統(tǒng)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2019）08-0027-03

1995年Orad公司幵發(fā)了Cyberset可移動(dòng)攝像機(jī)圖形識(shí)別系統(tǒng)，推出了世界上第一套真三維虛擬演播室，2000年中國(guó)大洋、奧維迅等公司推出了國(guó)產(chǎn)虛擬演播系統(tǒng)，降低了用戶的建設(shè)成本，推廣了虛擬演播技術(shù)在各級(jí)電視臺(tái)的應(yīng)用[1]。2011年，鳳凰衛(wèi)視的氣象節(jié)目《鳳凰氣象站》在國(guó)內(nèi)首次將虛擬演播室系統(tǒng)應(yīng)用到氣象節(jié)目當(dāng)中[2]。隨著虛擬演播室技術(shù)的在氣象部門的不斷應(yīng)用，氣象影視制作水平不斷提升，發(fā)揮了氣象虛擬演播室系統(tǒng)的巨大功效。氣象高清虛擬演播系統(tǒng)的應(yīng)用讓觀眾生動(dòng)體會(huì)天氣預(yù)報(bào)節(jié)目氣象資訊的豐富多彩，天氣預(yù)報(bào)節(jié)目日益精品化的知識(shí)傳播讓觀眾充分了解氣象知識(shí)，及時(shí)獲得天氣預(yù)報(bào)信息，指導(dǎo)生活生產(chǎn)，防御氣象災(zāi)害，充分發(fā)揮氣象影視的公共氣象服務(wù)平臺(tái)作用。

本文以安徽省宣城市氣象局高清虛擬演播系統(tǒng)使用為例，介紹色鍵、摳像等虛擬演播室技術(shù)和如何搭建氣象高清虛擬演播系統(tǒng)平臺(tái)，以及使用虛擬演播系統(tǒng)制作天氣預(yù)報(bào)節(jié)目流程。

1 氣象高清虛擬演播系統(tǒng)平臺(tái)搭建

虛擬演播室是先進(jìn)的電視節(jié)目制作科技，將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的人物活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者天衣無縫的融合[2]。氣象高清虛擬演播系統(tǒng)平臺(tái)主要涉及虛擬演播室的設(shè)備布局、燈光和隔音設(shè)計(jì)，虛擬演播系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試等。

氣象演播室一般大多采用藍(lán)色摳像技術(shù)，主要考慮藍(lán)箱、主持人、燈光、攝像機(jī)布局，演播室的長(zhǎng)度應(yīng)不少于8米，寬不少于6米，高以4～5米為宜。墻壁要有隔音層，主持人與藍(lán)幕距離2米左右，攝像機(jī)與支持人站位距離4米左右，攝像機(jī)后留兩米左右。主持人前方和側(cè)方應(yīng)放置兩臺(tái)監(jiān)視器，以便于主持人實(shí)時(shí)調(diào)整自己站立的位置以及手指的方向[3]。在虛擬演播室系統(tǒng)中，色鍵技術(shù)的好壞是一個(gè)系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵，但關(guān)鍵技術(shù)是建立在演播室藍(lán)箱這個(gè)最基本的環(huán)境中，這是主持人活動(dòng)的實(shí)際場(chǎng)景，是虛擬演播室的基礎(chǔ)，它的質(zhì)量影響主持出境效果。設(shè)計(jì)時(shí)特別注意下面幾點(diǎn)：1）演播室空間要能夠滿足攝像機(jī)的推拉搖移的范圍要求;2）根據(jù)節(jié)目的要求來規(guī)劃，盡可能減少反射到主持人身上的藍(lán)光，設(shè)計(jì)兩個(gè)成90度夾角的立面和一個(gè)地臺(tái)，藍(lán)箱的立面和地臺(tái)夾角應(yīng)大于90度（可采用立面向外傾斜10度的方案），立面與地臺(tái)間弧形過渡;3）合理均勻布光，演播室是主持人主持節(jié)目的活動(dòng)區(qū)域，要求燈光照明要均勻，光線柔和。氣象虛擬演播區(qū)總體照明采用混合的“柔”“聚”光源照明，藍(lán)箱區(qū)藍(lán)箱的反射照度值一般可控制在500～600LX。這樣合成中虛擬場(chǎng)景的畫面純凈、更加真實(shí)。虛擬演播室給人物的布光采用主光、逆光、輔助光三點(diǎn)布光法。人物光可根據(jù)人物的臉型、體形和服飾等特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。為了減少主持人在藍(lán)箱區(qū)移動(dòng)時(shí)人物腳部產(chǎn)生的陰影以及出現(xiàn)雜波和閃動(dòng)，在地面布設(shè)1KW的地排燈。演播室的設(shè)計(jì)、燈光布置決定摳像的效果，影響拍攝畫面的色調(diào)、層次和清晰度，這是虛擬演播室主持人和背景真實(shí)圖像合成的關(guān)鍵。布置不合理會(huì)造成天氣預(yù)報(bào)節(jié)目圖像失真、曝光、過暗等，降低天氣預(yù)報(bào)節(jié)目的整體質(zhì)量。

宣城市氣象局虛擬演播室系統(tǒng)建設(shè)使用Vision Magic虛擬演播室服務(wù)器和索尼SONY PMW-EX330K高清攝像機(jī)共同搭建虛擬演播平臺(tái)，同時(shí)和大洋非編天氣預(yù)報(bào)制作系統(tǒng)構(gòu)成天氣預(yù)報(bào)節(jié)目制平臺(tái)。Vision Magic炫彩虛擬演播室軟件具有虛擬切換臺(tái)、特技臺(tái)、調(diào)音臺(tái)、內(nèi)置色鍵器高精度摳像等功能，同時(shí)支持無限藍(lán)箱、三維遮擋、虛擬特效等功能。色鍵器對(duì)攝像機(jī)獲得的前景信號(hào)與虛擬演播系統(tǒng)產(chǎn)生的背景信號(hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)主持人與虛擬場(chǎng)景的合成。系統(tǒng)連接圖如圖1[4]，根據(jù)需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整外圍設(shè)備。

節(jié)目的最終效果取決于整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的配合協(xié)調(diào)。

搭建好平臺(tái)、安裝好軟件，然后進(jìn)行板卡的設(shè)置，在Advance的頁(yè)簽設(shè)置tally設(shè)置，調(diào)整音頻輸入方式。運(yùn)行軟件，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行初始化設(shè)置，包括“輸出調(diào)節(jié)”“板卡設(shè)置”“外設(shè)設(shè)置”，視頻格式與輸出尺寸要統(tǒng)一，宣城市氣象局高清虛擬演播系統(tǒng)設(shè)置的是1080/50i，音頻源為SDI。

2 使用虛擬演播室系統(tǒng)制作天氣預(yù)報(bào)節(jié)目流程

第一步：點(diǎn)擊虛擬演播室軟件，進(jìn)入主界面。

第二步：點(diǎn)擊場(chǎng)景庫(kù)選擇適合節(jié)目制作場(chǎng)景。也可以根據(jù)天氣預(yù)報(bào)節(jié)目的需要進(jìn)行虛擬場(chǎng)景庫(kù)的設(shè)計(jì)，添加云、雨、雷等天氣元素。點(diǎn)擊場(chǎng)景管理中設(shè)置三維場(chǎng)景物件屬性，包括可見性、倒影、陰影、色調(diào)、紋理等效果，調(diào)整物件大小、空間位置及朝向。對(duì)場(chǎng)景物件屬性設(shè)置，特別注意主持人框、大屏默認(rèn)比例，高清16︰9，標(biāo)清5︰4。

第三步：對(duì)攝像機(jī)信號(hào)進(jìn)行定位，將攝像機(jī)信號(hào)和主持人框綁定，切入虛擬場(chǎng)景。并綁定到目標(biāo)視窗為虛擬大屏。

第四步：無限藍(lán)箱可以用虛擬場(chǎng)景覆蓋雜景，有藍(lán)色鍵和綠色鍵兩種色鍵供用戶選擇，我們選擇的是藍(lán)色摳像。雙擊攝像機(jī)信號(hào)預(yù)覽視窗，進(jìn)行色鍵設(shè)置。系統(tǒng)有兩種色鍵輸出模式：合成模式，攝像機(jī)信號(hào)與場(chǎng)景色鍵疊加的效果;色鍵模式，顯示為黑白效果，前景對(duì)應(yīng)為白色，背景對(duì)應(yīng)為黑色。首先用色鍵模式、滿屏色鍵進(jìn)行摳像效果調(diào)整，達(dá)到視邊界分明的黑白圖片。通過顏色邊界等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整達(dá)到最佳摳像效果。

第五步：氣象虛擬場(chǎng)景選好后，默認(rèn)設(shè)置好8個(gè)虛擬機(jī)位。點(diǎn)擊虛擬機(jī)位設(shè)置，進(jìn)行機(jī)位、鏡頭、裁切設(shè)置，調(diào)整虛擬機(jī)位。根據(jù)節(jié)目?jī)?nèi)容，設(shè)置不同景別，使展示的氣象信息更加清晰。

第六步：根據(jù)節(jié)目需要設(shè)置主持人畫面大小、主持人朝向、位置等與場(chǎng)景比例合適。

第七步：設(shè)置特技切換臺(tái)，根據(jù)需要設(shè)置節(jié)目制作過程中使用的虛擬機(jī)位運(yùn)動(dòng)軌跡。氣象節(jié)目開場(chǎng)通常使用是遠(yuǎn)景，中景、近景運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)束則順序相反。

第八步：導(dǎo)入需要用到的素材，如拍攝的天氣實(shí)況視頻、氣象云圖等。

第九步：制作或?qū)霘庀蠊?jié)目字幕模板、虛擬前景，設(shè)置好相關(guān)屬性。

第十步：輸入輸出信號(hào)的音量調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況給輸入音頻信號(hào)設(shè)置延時(shí)（單位：幀）。最高支持2000ms的音頻延時(shí)。視頻傳輸比音頻傳輸快，適當(dāng)設(shè)置音頻延遲避免成品節(jié)目音畫不同步。

第十一步：開始節(jié)目制作，將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行保存，保存工程文件.vmf，下次制作節(jié)目時(shí)，直接導(dǎo)入工程，進(jìn)行微調(diào)。

第十二步：使用虛擬演播室系統(tǒng)錄制好錄制主持人出境節(jié)目，導(dǎo)入大洋非編天氣預(yù)報(bào)制作系統(tǒng)，和當(dāng)天輸出的天氣預(yù)報(bào)站點(diǎn)節(jié)目一同生成天氣預(yù)報(bào)節(jié)目，傳送到各縣市電視臺(tái)。

3 結(jié)束語

虛擬演播室可以設(shè)計(jì)很多不同場(chǎng)景的節(jié)目，通過設(shè)計(jì)立體雨量柱狀圖來直觀表現(xiàn)降雨量變化情況、餅狀圖表現(xiàn)各種天氣現(xiàn)象所占比例、預(yù)報(bào)展示圖生動(dòng)展示天氣預(yù)報(bào)內(nèi)容、云圖變化直觀體現(xiàn)天氣變化的趨勢(shì)，使我們天氣預(yù)報(bào)節(jié)目的節(jié)目信息最大化、節(jié)目更有新意。虛擬演播室在氣象節(jié)目當(dāng)中運(yùn)用體現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)正在往越來越精細(xì)化方向發(fā)展，利用虛擬技術(shù)超強(qiáng)的視覺沖擊力直觀地向觀眾展示天氣預(yù)報(bào)內(nèi)容中抽象的科學(xué)數(shù)據(jù)。制作人員可以不斷提高制作水平，開發(fā)虛擬演播室強(qiáng)大的功能應(yīng)用技術(shù)，大大提升氣象影視服務(wù)公眾的能力水平。

參考文獻(xiàn)

[1]張鋒.廣播級(jí)真三維數(shù)字虛擬演播室技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[2]龐蘭.鳳凰涅槃——論虛擬演播室在氣象節(jié)目中的運(yùn)用[J].中國(guó)傳媒科技，2013（6）：65-67.

[3]張雪冬，徐立君，白國(guó)棟.淺談地市級(jí)氣象虛擬演播室建設(shè)[J].黑龍江科技信息，2011（9）：31.

[4]嚴(yán)小玲.Vision Magic1000 炫彩真三維虛擬演播室使用手冊(cè)[M].2014.

作者簡(jiǎn)介：程筱農(nóng)，宣城市氣象局，工程師，研究方向?yàn)楣矚庀蠓?wù)。