虛擬演播室場景的光感表現(xiàn)探析

郜杰

摘要：現(xiàn)階段虛擬演播技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于我國廣播電視臺(tái)，但是人們在應(yīng)用的過程中，往往更關(guān)注的是其真實(shí)感的表現(xiàn)程度。對(duì)此，本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，并在仔細(xì)研究參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從演播室場景光感的角度出發(fā)，進(jìn)一步探究幾種在實(shí)時(shí)渲染空間環(huán)境之下虛擬場景真實(shí)感表現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：虛擬演播室;光感表現(xiàn);烘焙技術(shù);編程

最近幾年來，隨著我國色鍵處理技術(shù)水平的提升、攝像機(jī)跟蹤定位技術(shù)的愈發(fā)成熟，以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，間接促使了廣播電視臺(tái)虛擬演播技術(shù)得到了更多實(shí)踐及應(yīng)用。對(duì)此，本文接下來將從光感表現(xiàn)的角度入手，著重分析幾種提升虛擬場景表現(xiàn)的光感效果增強(qiáng)方式。

一、光效貼圖促進(jìn)虛擬場景光感表現(xiàn)

一般來說，我國影視作品制作所呈現(xiàn)出的近乎真實(shí)的虛擬場景，通常都是在三維模型建立的基礎(chǔ)上，再應(yīng)用Renderman等合適的離線渲染器，同時(shí)選擇光線追蹤、全局光照等光照算法技術(shù)，在單幀處理后再進(jìn)行后期合成應(yīng)用，如此看來，雖說制作出真實(shí)的虛擬場景的制作周期相對(duì)較長、處理工序繁多，但是形成的虛擬場景可以假亂真[1]。但是，我國絕大部分地區(qū)的虛擬演播室系統(tǒng)幾乎都是實(shí)時(shí)渲染引擎，因而不可采用離線渲染技術(shù)，以及各種光照算法技術(shù)，只能創(chuàng)建簡單的光照模型，所以便導(dǎo)致虛擬演播室場景在真實(shí)感效果上不盡如人意。對(duì)此，基于實(shí)時(shí)渲染引擎的工作特質(zhì)，有學(xué)者研究出光效貼圖技術(shù)。其工作原理是利用貼圖來模擬光效。應(yīng)用頻率較高的是帶通道的光效圖，它可以通過虛擬引擎的時(shí)間線來高效制作出紋理動(dòng)畫，從而進(jìn)一步模擬出流光效果。這一方式相對(duì)簡單通用，最終光感效果取決于工作人員對(duì)光效圖的整體把握程度。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)采用光感呈現(xiàn)效果最佳的環(huán)境貼圖，因?yàn)槠淇梢宰畲蟪潭鹊哪M反射的光照效果。

二、烘焙技術(shù)促進(jìn)虛擬場景光感表現(xiàn)

其次，可以體現(xiàn)虛擬場景光感效果的第二種方式是烘焙技術(shù)。由于我國廣播電視臺(tái)的虛擬演播系統(tǒng)的實(shí)時(shí)渲染引擎軟件，只能夠單一地反映出虛擬場景中物體的地理位置及材質(zhì)信息，而在離線建模軟件所具備的光照渲染屬性卻不能展開相應(yīng)處理，所以最終致使虛擬場景和離線渲染的設(shè)計(jì)表現(xiàn)成果大相徑庭。對(duì)此，烘焙技術(shù)的出現(xiàn)則可以完美解決這一問題，其不同于光效貼圖方式，其是虛擬場景的真實(shí)渲染效果，不但取決于自身的材質(zhì)貼圖，同時(shí)光照陰影的影響也極為重要。烘焙技術(shù)是通過對(duì)3ds Max、Maya進(jìn)行渲染單元設(shè)計(jì)，從而把虛擬場景中蘊(yùn)藏的全部光影信息，離線渲染到虛擬空間中物體的紋理、材質(zhì)等方面上去，進(jìn)而促使電視臺(tái)虛擬演播室在導(dǎo)入虛擬場景時(shí)，不僅可以表現(xiàn)出物體的紋理材質(zhì)，而且還能攜帶完整光影效果[2]。因此，采用烘焙技術(shù)，可以將實(shí)時(shí)渲染的虛擬場景達(dá)到近乎逼真的良好設(shè)計(jì)效果。但是需要注意的是，演播室每一個(gè)離線渲染器對(duì)于烘焙技術(shù)的支持不盡相同，而據(jù)調(diào)查得知我國大部分廣播電視臺(tái)僅僅支持在簡單光照模型基礎(chǔ)上的掃描線算法，如此一來便導(dǎo)致無法良好應(yīng)用光能映射、追蹤以及散焦等離線渲染技術(shù)，最終呈現(xiàn)出的光感設(shè)計(jì)效果必定是真實(shí)感不佳。但是，通過研究相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)Vray渲染器系統(tǒng)的效果圖，以及通過烘焙技術(shù)處理后的實(shí)時(shí)渲染引擎當(dāng)中的渲染效果進(jìn)行細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)即便預(yù)先設(shè)置了40M的光子圖，但是Vray渲染器系統(tǒng)卻仍舊需要花費(fèi)五分鐘時(shí)間來渲染單幀，這足以推斷出離線渲染算法技術(shù)不能與實(shí)時(shí)渲染引擎結(jié)合起來工作。另外，由于發(fā)現(xiàn)經(jīng)由烘焙技術(shù)處理后的虛擬場景，在電視臺(tái)演播室中的光感表現(xiàn)效果與Vray渲染器效果相似，所以只需要工作人員科學(xué)調(diào)節(jié)渲染參數(shù)，并進(jìn)行烘焙技術(shù)處理，必定可以創(chuàng)建出具有良好真實(shí)感的虛擬場景。

三、GPU編程促進(jìn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)光感表現(xiàn)

從本質(zhì)上來分析，我們發(fā)現(xiàn)廣播電視臺(tái)虛擬演播室的渲染引擎系統(tǒng)，與其他三維游戲安裝的圖形引擎是一樣的，因此在展現(xiàn)金屬反射、玻璃珠折射等相對(duì)復(fù)雜的光感效果時(shí)，完全可以只用實(shí)時(shí)渲染引擎來設(shè)計(jì)便可[3]。但是與此同時(shí)，我們也可以充分借鑒其他領(lǐng)域在統(tǒng)一渲染引擎系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用了何種技術(shù)、又獲得了何種光感表現(xiàn)效果。Cryengine2這一游戲引擎，以其強(qiáng)大真實(shí)感的圖形部分被人們所贊美，如渲染出的虛擬水面仿若真實(shí)世界，令人感嘆。而之所以能夠得到如此逼真的虛擬場景，完全是在GPU編程技術(shù)的基礎(chǔ)上而發(fā)展的。最后，從NVIDIA官方手冊中的可編程圖形處理流水線模型，可以看出GPU編程技術(shù)是依據(jù)物體的入射角度與物體表面法線方向，來科學(xué)計(jì)算出反射光線，從而將其投射應(yīng)用到環(huán)境貼圖上。所以與其他光感表現(xiàn)技術(shù)不同，GPU編程技術(shù)是根據(jù)事物的地理方位、反射率等方面做出相應(yīng)改變，因而所表現(xiàn)出的虛擬場景光感效果更為真實(shí)、具體。

四、結(jié)論

綜上所述，即便對(duì)于我國廣播電視臺(tái)虛擬演播室系統(tǒng)所呈現(xiàn)的表達(dá)效果的評(píng)價(jià)機(jī)制不同，但是無一例外，社會(huì)大眾都是最為注重真實(shí)感的體現(xiàn)。對(duì)此，本文主要對(duì)增強(qiáng)虛擬演播室差昂家光感表現(xiàn)的方式展開了分析，發(fā)現(xiàn)光效貼圖、烘焙技術(shù)以及GPU編程技術(shù)，在提升虛擬場景光感表現(xiàn)效果上的作用是最顯著的，而其中，GPU編程技術(shù)的操作方式相對(duì)復(fù)雜。但是無論如何，創(chuàng)新出更多的光感效果制作技術(shù)，以此來提升電視臺(tái)節(jié)目虛擬場景的真實(shí)感，需要我們每一個(gè)人付出更多的努力和心血。

參考文獻(xiàn)：

[1]軒獻(xiàn).虛擬演播室場景的光感表現(xiàn)[J].影視制作，2010，16（01）：45-47.

[2]劉宇.淺析虛擬演播室技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子世界，2014（18）：399.

[3]林紅.虛擬演播室技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國傳媒科技，2017（11）：64-65.