廣西氣象影視節(jié)目中虛擬演播室模塊研究與應(yīng)用

齊朋　莫凡

【摘要】廣西氣象服務(wù)中心自2017年9月開始引進(jìn)了虛擬演播室系統(tǒng)，首次嘗試了色鍵摳像技術(shù)和攝像機(jī)跟蹤技術(shù)，制作了廣西衛(wèi)視《天氣預(yù)報》、廣西都市頻道《點子圈天氣》、廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》以及應(yīng)用在全國氣象影視業(yè)務(wù)競賽中、廣西氣象影視業(yè)務(wù)賽中，實現(xiàn)了虛擬演播室與Weather Central系統(tǒng)、大洋非現(xiàn)編系統(tǒng)的完美結(jié)合，截止2021年共制作虛擬演播室場景400多個，真實動感的視覺效果、直接調(diào)用氣象數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)直接生成氣象圖表信息使得氣象節(jié)目更具科學(xué)性和觀賞性，其中廣西衛(wèi)視《天氣預(yù)報》在廣西電視收視率及同時段市場份額名列前茅。

【關(guān)鍵詞】虛擬演播室;模板應(yīng)用;氣象數(shù)據(jù)

中圖分類號：J9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.21.091

廣西氣象服務(wù)中心利用虛擬演播室系統(tǒng)進(jìn)行制作日常氣象影視目一共有三檔，分別是：

廣西衛(wèi)視《天氣預(yù)報》，如圖1，（節(jié)目時長2分30秒）：節(jié)目重點關(guān)注廣西天氣情況、廣西及北部灣未來天氣趨勢以及廣西主要城市的天氣預(yù)報，依托氣象和電視領(lǐng)域的高新技術(shù)為服務(wù)手段，為公眾提供權(quán)威、及時、準(zhǔn)確的氣象服務(wù)信息。

廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》，如圖2，（節(jié)目時長2分30秒）：是一檔氣象旅游服務(wù)類節(jié)目，節(jié)目定位以都市人群為服務(wù)對象，節(jié)目關(guān)注每日天氣趨勢，通過多媒體演播技術(shù)，打造生動形象的節(jié)目場景，通過主持人講述，為觀眾提供旅游出行氣象服務(wù)，推薦適合當(dāng)前天氣條件出行的旅游目的地。節(jié)目還提供廣西主要景區(qū)未來三天的天氣預(yù)報，通過精細(xì)化服務(wù)，讓觀眾曉天氣變化，享旅游動態(tài)，快樂出行。

廣西都市頻道《點子圈天氣》，如圖3，（節(jié)目時長2分30秒）：是一檔氣象生活類節(jié)目，定位以都市人群為服務(wù)對象，節(jié)目內(nèi)容針對公眾在微信朋友圈中對于氣象的關(guān)注點進(jìn)行互動式服務(wù)，向公眾科普、解答、分析氣象服務(wù)信息。

其中，廣西都市頻道《點子圈天氣》因為節(jié)目包裝精良，被都市頻道譽(yù)為“最好看的天氣預(yù)報節(jié)目”;廣西衛(wèi)視《天氣預(yù)報》在2020年初完成節(jié)目升級打造，服務(wù)質(zhì)量有了更大提升，根據(jù)廣西電視臺2020年上半年收視率報告，廣西衛(wèi)視《天氣預(yù)報》節(jié)目平均收視率為2.285%，較2019年有了較大幅度上升，平均每期節(jié)目有約104萬廣西觀眾收看;廣西綜藝旅游頻道《暢游天氣》根據(jù)廣西電視臺報告，該節(jié)目2020年上半年收視率為2.887%，平均每期節(jié)目有131.4萬廣西觀眾收看，虛擬演播室的引進(jìn)和發(fā)展助力了2020年公眾氣象服務(wù)滿意度再創(chuàng)新高（91.37分）。

1. 廣西氣象影視虛擬演播室模塊應(yīng)用情況

廣西氣象影視虛擬演播室使用模塊分為虛擬演播室場景模板、Tracking虛擬跟蹤攝像機(jī)、虛擬演播室在線包裝系統(tǒng)和Weather Central氣象數(shù)據(jù)提取模塊。虛擬演播室模板包含三維場景模板、三維部件及演示動畫;Weather Central氣象數(shù)據(jù)提取模塊包括從廣西氣象臺提供的數(shù)據(jù)接口和CIMISS系統(tǒng)提供的格點預(yù)報數(shù)據(jù)、模式預(yù)報數(shù)據(jù)、雷達(dá)氣象數(shù)據(jù)接口，通過團(tuán)隊研發(fā)的氣象影視業(yè)務(wù)預(yù)報數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)。

1.1 虛擬演播室使用情況

廣西氣象影視目前使用的虛擬演播室場景模板的主要是運用3DMAX、MAYA等三維設(shè)計軟件完成三維模型、虛擬場景設(shè)計以及材質(zhì)烘焙。

然后將制作好的三維模型導(dǎo)入艾迪普系統(tǒng)，并且運用Artist模塊對場景、模型進(jìn)行邏輯化搭建，結(jié)合演播稿內(nèi)容進(jìn)行三維動畫展示設(shè)置。iArtist三維圖形實時創(chuàng)作系統(tǒng)，具有高效的三維圖形制作及渲染功能，系統(tǒng)具有簡單便捷的操作界面，豐富的模型素材庫、多元化的圖形場景特技效果，支持第三方創(chuàng)作軟件2D/3D設(shè)計模塊的導(dǎo)入等多種強(qiáng)大的功能特性，可滿足創(chuàng)作人員在節(jié)目模板制作過程中的所有設(shè)計需求，有效提高創(chuàng)作人員的工作效率，從而輕松快捷的完成豐富復(fù)雜的三維圖形效果的制作，并更專注的實現(xiàn)節(jié)目對三維圖文模板的功能需求。iArtist三維圖形實時創(chuàng)作系統(tǒng)的工作流程是首先新建素材clp素材，其次添加物件、以及物件編輯材質(zhì)和貼圖，再次給物件創(chuàng)建豐富動畫，設(shè)置引出項和關(guān)聯(lián)物件，然后保存素材。

最后將Artist中制作完成的模板載入Icontral模塊中，使用虛擬云臺攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)依據(jù)演播稿內(nèi)容和場景動畫設(shè)置進(jìn)行鏡頭位置的調(diào)節(jié)，完成節(jié)目錄制。并且可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容，形成三維氣象圖文圖表。

1.2 Weather Central氣象數(shù)據(jù)提取模塊使用情況。

廣西氣象服務(wù)中心主要是從區(qū)氣象臺和CIMISS系統(tǒng)提供的API接口獲取數(shù)據(jù)的方法，然后經(jīng)過我中心研發(fā)程序?qū)嵤庀髷?shù)據(jù)可視化。

將氣象數(shù)據(jù)與地圖信息相結(jié)合，利用收集的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確及時的模擬出模型，應(yīng)用到氣象電視節(jié)目中。目前主要使用的數(shù)據(jù)有自動站氣象數(shù)據(jù)、雷達(dá)及其拼圖、衛(wèi)星云圖、溫度場實況數(shù)據(jù)、高度場實況數(shù)據(jù)、流場實況數(shù)據(jù)、地面流暢實況數(shù)據(jù)、海平面氣壓場實況數(shù)據(jù)、海平面3小時變壓實況數(shù)據(jù)、歐洲中心高度場預(yù)報、歐洲中心流場預(yù)報等等。

但是Weather Central氣象數(shù)據(jù)提取在中心氣象影視節(jié)目中已使用10年，一直系統(tǒng)穩(wěn)定，缺點是地圖老舊;二維平面可視化也遇到了一些限制和障礙，例如無法顯示多層數(shù)據(jù)、無法對空間上的分布進(jìn)行直觀展示;地圖和氣象數(shù)據(jù)可視化效果已經(jīng)跟不上現(xiàn)在觀眾的審美品位。

2. 廣西氣象影視虛擬演播室模塊優(yōu)化應(yīng)用

2.1 建設(shè)廣西省級節(jié)目制作系統(tǒng)應(yīng)急備份中心，升級虛擬演播室，實現(xiàn)虛擬與實景大屏相結(jié)合

廣西省級節(jié)目制作系統(tǒng)應(yīng)急備份中心項目建設(shè)以后，演播室視音頻系統(tǒng)中主要新增1臺高清攝像機(jī)、32路特技切換臺、視頻拼接器、16路調(diào)音臺、光電混合視頻矩陣、監(jiān)視系統(tǒng)、通話系統(tǒng)、周邊設(shè)備、電視墻、控制臺、LED顯示屏等相關(guān)設(shè)備組成。能夠滿足有主持人氣象節(jié)目的多機(jī)位錄制，實現(xiàn)虛擬及摳像類節(jié)目、專家訪談類節(jié)目、實景區(qū)節(jié)目的制作需求，是廣西氣象影視數(shù)字化建設(shè)的一部分。

通過虛擬演播室前置技術(shù)，實現(xiàn)虛擬與實景LED大屏密切結(jié)合，突破舞臺限制，自由設(shè)計，此項技術(shù)不僅可以拓展旅游類氣象服務(wù)節(jié)目、新聞類氣象節(jié)目等，還可以制作黨建、專家訪談類節(jié)目。

2.2 更換云圖2.0氣象節(jié)目制作播出系統(tǒng)

云圖2.0系統(tǒng)是集制作和播出一體的氣象節(jié)目制作播出系統(tǒng)，系統(tǒng)由播控端、圖形渲染引擎和Datahub數(shù)據(jù)處理引擎。Datahub數(shù)據(jù)處理引擎可以處理Cimiss、Micaps、自動站等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括整點氣溫、小時最高最低氣溫、小時相對濕度、逐小時降水、24小時降水、24小時變溫、兩米風(fēng)速以及精細(xì)化報文、智能網(wǎng)格預(yù)報數(shù)據(jù)、模式預(yù)報等。處理后的數(shù)據(jù)通過本機(jī)共享盤同步到圖文渲染引擎進(jìn)行圖形渲染進(jìn)入播控端實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)。

云圖2.0還擁有很多模板屬性，可以調(diào)節(jié)模板出現(xiàn)的鏡頭位置和鏡頭運動的時間，編輯完的模板還可以直接出現(xiàn)，極大提高了制作效率。

3. 展望未來—氣象影視節(jié)目發(fā)展趨勢

3.1 虛幻引擎技術(shù)結(jié)合虛擬演播室。

虛擬演播室利用軟件生成背景和模型，除了制作許多不存在的場景，還可以瞬間改變場景，電腦生成的背景和主持人完美融合，使虛擬演播室在氣象影視節(jié)目中的優(yōu)勢凸顯。在未來的氣象節(jié)目發(fā)展中，基于虛幻引擎的實時廣播合成系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合虛擬演播室將成為潮流如圖6、圖7，營造“沉浸式”和“混合現(xiàn)實”身臨其境式的觀看體驗。

Unreal Engine虛幻引擎技術(shù)是實時的，影視級渲染引擎，能夠?qū)崟r渲染百萬到千萬級的幾何體，無論是燈光、材質(zhì)、粒子等方面，表現(xiàn)力都是一流的，可以實現(xiàn)效果逼真的云、雨雪、雷電、霧霾、沙塵、水、流體模擬等，提供氣象仿真的水，來應(yīng)對氣象數(shù)據(jù)快速發(fā)展的需求，并且在可視化領(lǐng)域具備前瞻性。

3.2 數(shù)據(jù)可視化趨勢。

2021年4月，為深入貫徹黨的十九屆五中全會精神和習(xí)近平總書記關(guān)于氣象工作的重要指示精神，強(qiáng)化科技創(chuàng)新在我國氣象現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，中國氣象局制定了《中國氣象局加強(qiáng)氣象科技創(chuàng)新工作方案》，方案明確未來5年氣象科技創(chuàng)新目標(biāo)。數(shù)值模式、綜合觀測、預(yù)報預(yù)測等重要領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)基本實現(xiàn)自主可控。攻關(guān)重大天氣氣候機(jī)理研究、下一代數(shù)值預(yù)報模式、第二代再分析系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星遙感應(yīng)用、新一代信息技術(shù)的氣象融合應(yīng)用、氣象服務(wù)數(shù)字化智能化等市中國氣象科技創(chuàng)新發(fā)展趨勢。

由此，氣象數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域就面臨更多需求和挑戰(zhàn)：①隨著數(shù)值預(yù)報技術(shù)發(fā)迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格尺度在迅速縮小，分辨率也大幅的提高;時間的間隔縮短;要素和空間層次更多。②氣象衛(wèi)星觀測技術(shù)的更新，通道、分辨率、間隔指標(biāo)要與國際發(fā)展同步。③數(shù)據(jù)同化技術(shù)的發(fā)展，同時也帶來了更為精細(xì)和時間跨度更大的數(shù)據(jù)。④天氣雷達(dá)、X波段等各類新技術(shù)應(yīng)用到氣象領(lǐng)域，數(shù)據(jù)量增長迅猛，對可視化效率要求更高。所以對于數(shù)據(jù)可視化首先就要提高數(shù)據(jù)可視化引擎的算力;其次，對于非氣象人士，無論是政府部門還是普通觀眾，都需要有一套更為直觀、移動、科學(xué)的三維顯示工具;最后，還要提高數(shù)據(jù)可視化的實時效率。

剛剛提到未來的氣象影視節(jié)目的發(fā)展趨勢是將虛幻引擎技術(shù)引入虛擬演播室，那么在數(shù)據(jù)可視化方面在未來就需要開發(fā)全新的地理信息系統(tǒng)來承載各類氣象數(shù)據(jù)，開發(fā)全新的數(shù)據(jù)顯示插件，以及針對同化數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行開發(fā)。

4. 小結(jié)

廣西氣象影視虛擬演播室，極大的展現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)可視化的表現(xiàn)形式，應(yīng)用在氣象科普宣傳方面也使節(jié)目在視覺觀感上大力的提升。但是科技常新，我們氣象影視制作人員要不斷更新自己的認(rèn)知和知識儲備，挖掘新技術(shù)在氣象可視化節(jié)目的方法。在及時、準(zhǔn)確、可控發(fā)布?xì)庀箢A(yù)警信息的同時，也為政府應(yīng)急部門搭建一個防災(zāi)減災(zāi)宣傳的有效渠道，使公眾更快速、方便地獲得各類公共事件預(yù)警信息，增強(qiáng)其應(yīng)對氣象災(zāi)害的能力、提供高質(zhì)量的氣象服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]容軍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電視氣象節(jié)目創(chuàng)新中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2020（8）：466