燈光在虛擬演播室中的應(yīng)用

陳麗穎

（作者單位：寧夏廣播電視臺（技術(shù)中心錄制部））

虛擬演播室，就是計算機制作的虛擬場景和攝像機拍攝出來的現(xiàn)實人物進行數(shù)字化合成，利用渲染和跟蹤技術(shù)使二者融合與聯(lián)動，虛實結(jié)合的獨特畫面給觀眾帶來了與傳統(tǒng)節(jié)目完全不同的觀看感受。虛擬演播室的產(chǎn)生是電視節(jié)目制作的革新，其摒棄了傳統(tǒng)演播室場景復(fù)雜的布景和道具，設(shè)計者可以天馬行空地自由暢想，無論是靜態(tài)或動態(tài)，還是存在或不存在的事物，完全取決于設(shè)計者的合理布局及豐富的想象力。在節(jié)目錄制時，虛擬演播室中的燈光起著至關(guān)重要的作用，科學(xué)合理的布局可以使虛擬演播室系統(tǒng)的摳像更加干凈，現(xiàn)實人物與虛擬場景融合得更加自然生動。燈光除了為攝像機的光電轉(zhuǎn)換提供足夠的光信號外，還要配合虛擬場景在現(xiàn)實演區(qū)內(nèi)產(chǎn)生與之相對應(yīng)的光照關(guān)系。

1 虛擬演播室的構(gòu)成

虛擬演播室是通過光、聲音和計算機進行空間藝術(shù)創(chuàng)作的場所。它除了擁有常規(guī)演播室必須具備的軟硬件外，還需要演區(qū)內(nèi)的藍或綠箱、虛擬演播室系統(tǒng)和符合虛擬演播室錄制要求的燈光系統(tǒng)。

1.1 藍箱或綠箱

之所以要將藍色或者綠色作為虛擬演播室的背景色，是因為虛擬演播室系統(tǒng)中的摳像技術(shù)是將純色背景作為虛擬素材的遮罩，根據(jù)色相將兩個圖像分層，然后將虛擬背景疊加在純色的遮罩上再合成。純色背景與前景人物的色相差別越大，就越容易將兩者分層。在色度盤中，藍色和綠色與人類的膚色差別最大，且背景色與人物的色差越大越容易分離，人物周圍的環(huán)境也越整潔，噪點也更少。當然也有特例，比如，部分西方人是藍色瞳孔，此時就要選擇綠箱，避免將藍色瞳孔在摳像時被消除。還有就是嘉賓或主持人染發(fā)的問題，頭發(fā)顏色中包含綠色或者藍色時，也無法進行摳像處理。多數(shù)虛擬演播室都采用綠箱為背景，之所以選擇綠箱，是因為攝像機在綠色通道上捕獲的信息更多，計算機也更容易將綠色提取出來。再加上綠色的反射光也要比藍色強，同一個虛擬演播室，綠箱所需的燈具也比藍箱少，能夠降低部分成本。

1.2 虛擬演播室系統(tǒng)

播出控制區(qū)建立了虛擬演播室綜合制播系統(tǒng)（Mariana VS.Pro），系統(tǒng)包括虛擬演播室渲染引擎（VS Player）、虛擬場景/模板設(shè)計器（Designer）和虛擬演播室控制播出器（VS Control）三大部分。

1.2.1 虛擬演播室渲染引擎

虛擬演播室渲染引擎（VS Player）是將原本在CPU上實現(xiàn)的圖文處理算法移植到GPU上，充分發(fā)揮GPU（高端圖形加速卡）在設(shè)計渲染方面的運算能力，從而獲得更高的渲染效率。之后再通過紋理緩存和渲染狀態(tài)緩存等方法，為實時的立體圖形與影像處理提供更多的緩存空間，渲染能力能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛越，虛擬場景的展現(xiàn)更加細膩真實。

1.2.2 虛擬場景/模板設(shè)計器

虛擬場景/模板設(shè)計器（Designer）是專門為電視廣播級的圖文開發(fā)的，內(nèi)有大量的三維模型和二維字幕的素材庫，創(chuàng)作者可以根據(jù)素材庫里的素材進行精細的修改和調(diào)整，并直接使用到三維場景中。同時也可以通過其他圖形設(shè)計軟件進行設(shè)計，再導(dǎo)入虛擬演播室綜合制播系統(tǒng)中，具有很強的兼容性，為創(chuàng)作者提供了更為便捷的制作方式。

1.2.3 虛擬演播室控制播出器

虛擬演播室控制播出器（VS Control）主要負責各種系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整、場景內(nèi)動畫效果的擊發(fā)指令和信號播出等。采用主控和播出分離的手段，播出工程可以在應(yīng)用的同時進行模板的再編輯，修改后的效果會實時地反映到播出端，便于場景的編輯查看，大大提升了工作效率。除此之外，Mariana VS. Pro還擁有高精度的傳感跟蹤功能，可一鍵初始化定位，方便了不同節(jié)目機位改變后的新機位快速定位。這種智能識別快速定位跟蹤技術(shù)，能夠捕捉攝像機位置和姿勢的細微變化，實時生成相應(yīng)的虛擬場景。

1.3 虛擬演播室的燈光布局

虛擬演播室錄制節(jié)目重要的就是燈光布局。虛擬演播室的燈光布局區(qū)別于傳統(tǒng)演播室，為讓畫面的光線效果接近現(xiàn)實生活，會使用燈具和各種阻光工具來模仿自然真實的光線效果。而這也要求演區(qū)內(nèi)人物活動的綠箱光照柔和均勻，基礎(chǔ)光要有全局觀念，布光時可選擇平板柔光燈。主持人輪廓和發(fā)型的質(zhì)感需要逆光來體現(xiàn)，因而多選擇聚光燈作為逆光。主持人的主面光則可選用可調(diào)節(jié)強度的聚光燈。

1.3.1 平板柔光燈

平板柔光燈為三基色柔光燈，在演播室中普遍應(yīng)用，三基色燈管屬于熒光燈的一種，但克服了普通熒光燈不能連續(xù)發(fā)光的缺點，屬于泛光型冷光燈[1]。平板柔光燈的優(yōu)點包括光線柔和均勻，大面積布光均勻，不會在演區(qū)內(nèi)產(chǎn)生光斑和明顯的投影，無紅外光，不會產(chǎn)生過多的能量而影響設(shè)備壽命和主持人狀態(tài)。并且發(fā)出的光色溫穩(wěn)定，在3200～5600 k之間，瓦數(shù)低，發(fā)光效率高，節(jié)省電能。平板柔光燈的缺點則是因發(fā)光面大，燈具較為笨拙，占用空間位置大，同時因為光線柔和，有效的光線投射距離較短。這就要求工作人員在布光的時候不能隨手布光，雜亂無章的布光方式往往很難成功地滿足演播室的布光要求。

1.3.2 聚光燈

演播室中的聚光燈屬于熱輻射光源的鹵鎢燈，可調(diào)光，有低色溫和高色溫兩種光源。

其優(yōu)點包括可使光線匯聚，投射范圍和光照強度可調(diào)節(jié)，局部照明效果好，具有高度的方向性，可以形成界限分明的陰影，適用于照射物體的表面輪廓和結(jié)構(gòu)，因而常用于演播室的主光和逆光。缺點則是照度強和照幅窄，容易在演區(qū)產(chǎn)生光斑。熱輻射光源產(chǎn)生的熱輻射容易使主持人感到熱能，過熱的光照會影響主持人情緒。且鹵鎢燈瓦數(shù)高，使用壽命較短。

2 燈光對色鍵摳像技術(shù)的影響

虛擬演播室系統(tǒng)通常利用色鍵進行摳像，而色鍵是基于不同顏色的反差進行計算，將圖像分層剝離出來，純色的背景作為遮罩層，負責合成時疊加虛擬背景。背景顏色的均勻純凈決定著色鍵計算色差時的準確度，而能否能將現(xiàn)實人物干凈清晰地剝離出來，取決于演區(qū)內(nèi)燈光布局的合理性。色溫穩(wěn)定的光源可減少對人物和綠箱的干擾，良好的光照環(huán)境和色彩還原度，能夠提高色鍵摳像的精度，使分層出來的人物更清晰。充足的光照則能提高攝像機的信號品質(zhì)，攝像機的色彩取樣率越高，對人物服飾邊緣和毛發(fā)等的色彩取樣率信息越豐富，摳像出來后越清晰干凈。

3 燈光在虛擬演播室中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的訪談類演播室一般依據(jù)三點式布光的原理，此原理多適用于小范圍的場景照明。布局燈光主要包括主光、輔光和輪廓光，這三種光足以滿足對電視燈光的要求，能夠?qū)⒅鞒秩说牧Ⅲw感、衣服和頭發(fā)的質(zhì)感、造型呈現(xiàn)在屏幕中。為了使節(jié)目生動活潑，主持人往往有一定的活動空間，所以虛擬演播室在布光時不能采用原有的定位式點布光，而要選擇全局布光的方式[2]。且燈光布置一定要又低又平，以此讓主持人身體上的初步投影盡量減少或者是消失。下文將以寧夏新聞聯(lián)播中的《兩會云訪談》版塊為例進行分析，其演區(qū)內(nèi)設(shè)置了U型設(shè)計大小可兼顧單人或雙人節(jié)目錄制的綠箱，20臺100 WⅡ型數(shù)字化平板柔光燈，2臺Soft Panel 300 DW平板柔光燈以及4臺Fresnel 250聚光燈。

3.1 前景光

在《兩會云訪談》的錄制過程中，主持人在虛擬場景中間位置站播，實景中，主持人也處于綠箱的中間位置。虛擬演播室通過消除綠色進行摳像的處理，因此，盡可能地減少綠箱對主持人的影響就變得尤為重要。對于主持人身體上照度不足的位置，綠箱的二次反射會影響計算機的摳像運算，從而會導(dǎo)致出現(xiàn)半透明、麻點和抖動等情況，使主持人與背景的融入不完美，影響受眾觀感。所以在布光時，工作人員可進行立體式布光，使用發(fā)光面積大且柔和的三基色柔光燈，這種柔光燈光線柔和、不刺眼、陰影小、發(fā)光均勻且熱輻射少，非常適合虛擬演播室的布光需要。面光方面，要盡量避免主持人身上產(chǎn)生投影，投影在摳像時會對合成后的畫面圖像質(zhì)量有所影響[3]，所以面光的聚光燈位置不易過高過強。正面位置上方應(yīng)吊起兩臺平板燈作為主持人的主光，稍高于主持人頭部，大概位于前側(cè)45°，負責照亮主持人。主持人正面地上應(yīng)放置兩臺平板柔光燈作為輔助光，負責補充照亮主持人的下半身，彌補吊掛平板燈的不足。在實際錄制中可以發(fā)現(xiàn)主持人的褲子和鞋子經(jīng)常因為光照不足或者不均勻，導(dǎo)致合成后的主持人腿部或腳步圖像有缺失和麻點等情況，這就需要將充足的照度補充進去[4]。同時要對主持人的服裝有所要求，服飾上不能出現(xiàn)綠色，也不能包含反射率高的材質(zhì)，如鏡面效果的皮帶、紐扣與鞋子等，都會因為反射綠光而導(dǎo)致?lián)赶駮r被消除。此外，主持人主面光的聚光燈光照比較強，所以要在主持人的左右兩側(cè)各吊掛兩臺平板燈作為輔助光，以負責照亮主持人的側(cè)面，主光與輔助光的光比應(yīng)不小于2:1，且高度要適中，將主持人鼻翼、面頰及身體兩側(cè)的陰影充分弱化。這種立體式的布光能使摳像變得更干凈，主持人在屏幕中的顯示也更為清晰自然。

3.2 背景光

前景光的照度會對背景綠箱產(chǎn)生一定的影響，這時需要對綠箱進行適當?shù)难a光，以滿足系統(tǒng)摳像時對綠箱照度的要求。背景補光的合理性影響著主持人與虛擬場景的融合性，燈具的數(shù)量也是宜精不宜多，均勻且沒有陰影和光斑尤為重要，不僅要均勻地照亮綠箱的三個面，更要保持地面和轉(zhuǎn)角處的照度均衡。綠箱的立面與地面夾角大于90°，盡量減少反射到主持人身上的綠光，避免墻與墻之間的反射，綠箱夾角處應(yīng)修正為圓角，使燈光減弱的明暗差過渡不那么明顯?！秲蓵圃L談》的工作人員就使用了7臺散射型平板燈照亮綠箱的墻面、地面與夾角處以達到目的。另外，應(yīng)準備數(shù)臺備用平板燈作為備用燈光，在完成一些特殊設(shè)計的虛擬背景環(huán)境下，配合虛擬場景的設(shè)計增減光源，之后再依據(jù)燈光是否產(chǎn)生投影以及投影的強弱，使虛擬合成畫面更真實合理、符合邏輯[5]。

3.3 輪廓光

輪廓光也被稱為逆光，是用來勾勒出主持人立體輪廓的光線。它能增強立體感，強調(diào)空間層次，很好地體現(xiàn)主持人服裝的質(zhì)感和發(fā)型的立體感?！秲蓵圃L談》的工作人員就將兩臺聚光燈，吊掛于主持人背后兩側(cè)與主光燈所對應(yīng)的角度上。但值得注意的是，聚光燈的高度要高于平板燈，以照亮主持人的肩部和頭頂發(fā)部為主，不宜過亮，輪廓光與主光的光比一般在1:1或2:1左右，以自然柔和為宜。

4 虛擬演播室燈光布置的注意事項

為了使虛擬演播室的全局布光均勻，工作人員會使用大量的燈具，燈具在使用的過程中會產(chǎn)生熱輻射，熱輻射會使演播區(qū)溫度增高，過高的溫度會影響到主持人的情緒，也會影響到設(shè)備的穩(wěn)定性，所以應(yīng)盡量使用冷光源、散射型、熱輻射較小的冷光型平板柔光燈，既避免熱光燈產(chǎn)生的生硬的陰影，又保證安全錄制和主持人舒適的錄制環(huán)境。

照亮綠箱的布光要考慮到墻面和地面的統(tǒng)一性，光比盡量接近1:1，除此之外，墻面與地面的圓弧轉(zhuǎn)折處也要保證不那么突兀，亮部與暗部的過渡范圍不要超過10%的幅度。只有這樣，在合成虛擬背景時，虛擬場景才不會產(chǎn)生互相矛盾的暗區(qū)或亮區(qū)。另外，在布置特殊虛擬背景的演區(qū)燈光時，要考慮到演播室的布光是否與虛擬場景的環(huán)境光相一致，例如，《兩會微話題》錄制過程中就有主持人在“戶外”的虛擬場景中站播，這時要保證演區(qū)的燈光符合虛擬場景的環(huán)境光線，并形成自然的有邏輯關(guān)系的光照，使整個畫面真實自然?？傊摂M演播室的布光要按照動態(tài)人物的布光思路，明確節(jié)目設(shè)計的流程、主持人的活動路線范圍、攝像機使用的景別以及搖移時的方向性和目的性等，使燈光的布局充分配合節(jié)目設(shè)計者的動態(tài)思路。

5 結(jié)語

近些年來，部分節(jié)目的內(nèi)容環(huán)節(jié)都有所調(diào)整，媒體的采訪方式也作出了調(diào)整，“云采訪”訪談形式應(yīng)運而生，采訪不再“面對面”，既能滿足新冠肺炎疫情期間的防控要求，又能通過技術(shù)手段及時報道代表委員的提案建議、傳遞場內(nèi)信息。全國各大媒體也在發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，通過改變報道方式使“云采訪”更加精彩生動。如寧夏新聞聯(lián)播就推出了《兩會云訪談》版塊，代表委員和主持人一起解讀“兩會”關(guān)鍵詞，通過網(wǎng)絡(luò)拉近與網(wǎng)友的距離，而此類節(jié)目的錄制離不開虛擬演播室。隨著時代的發(fā)展，虛擬演播室也在不斷的發(fā)展，布光對于虛擬演播室來說變成一項更為復(fù)雜且嚴格的工作。合理地布光并不是一件容易的事情，工作人員不僅要有全局觀，更要有創(chuàng)新意識，應(yīng)配合虛擬場景設(shè)計，科學(xué)地布出自然生動，又符合電視要求的光線，促使演播室的布光從理性的技術(shù)升華成為感性的藝術(shù)，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的完美結(jié)合，創(chuàng)造出更多優(yōu)秀生動的虛擬演播室節(jié)目。