5G時代XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

李尤佳，裘 晗

（1.曲靖市廣播電視臺，云南 曲靖 655000；2.中國廣電云南網(wǎng)絡(luò)有限公司曲靖市分公司，云南 曲靖 655000）

0 引 言

2019年6月，我國發(fā)放5G商用牌照，5G產(chǎn)業(yè)取得快速發(fā)展。5G憑借其“低延時、高可靠、大寬帶”等特點在廣播電視領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)越來越廣泛的應(yīng)用。廣電5G核心網(wǎng)、5G公共服務(wù)專網(wǎng)、廣電5G物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在重點行業(yè)得以應(yīng)用。2021年被稱為元宇宙元年，2021年3月，Roblox的上市讓Metaverse元宇宙概念爆火。Metaverse包含5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、區(qū)塊鏈及內(nèi)容制作等多種元素，依托擴展現(xiàn)實（Extended Reality，XR）技術(shù)與設(shè)備，為用戶帶來高度沉浸式的體驗。XR技術(shù)的應(yīng)用場景也在不斷地拓展，在廣播電視節(jié)目制作過程中，拓展現(xiàn)實虛擬制作系統(tǒng)是XR技術(shù)在廣電領(lǐng)域的新探索，為廣播電視節(jié)目制作帶來全新的創(chuàng)作手段。國內(nèi)外電視臺與媒體機構(gòu)圍繞XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作領(lǐng)域的應(yīng)用開展了新的實踐與探索。

1 5G和XR技術(shù)簡介

1.1 5G

第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，5G），是具備高速率、低時延、大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)。國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了5G的三大類應(yīng)用場景，包括增強型移動寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量機器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）[1]。

1.2 XR技術(shù)

擴展現(xiàn)實（Extended Reality，XR）是虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）三種技術(shù)的融合發(fā)展形態(tài)。XR能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)實物理空間與虛擬世界的無縫銜接，最終通過頭戴顯示器、3D屏幕等形態(tài)展現(xiàn)出來。XR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬內(nèi)容的可視化，在影視后期、3D制作、游戲引擎聯(lián)合開發(fā)等領(lǐng)域有著深入的應(yīng)用[2]。

1.3 5G與XR技術(shù)的融合

XR技術(shù)的發(fā)展離不開移動通信技術(shù)的支持。第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）國際組織第五代移動通信技術(shù)的標準研制過程中，支持XR業(yè)務(wù)成為其關(guān)鍵場景之一?！?G高新視頻-沉浸式視頻標準體系（2021版）》在沉浸式視頻標準體系內(nèi)容制播部分明確提出了沉浸式視頻XR虛擬拍攝技術(shù)指南。5G的高速率、低時延、大連接特點，能夠滿足XR業(yè)務(wù)極致傳輸要求；5G技術(shù)的演變，有助于推動XR業(yè)務(wù)流內(nèi)部報文、XR流量感知、XR業(yè)網(wǎng)傳輸協(xié)同以及大規(guī)模XR業(yè)務(wù)流同步傳輸?shù)陌l(fā)展。

2 5G時代XR技術(shù)的發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢

2.1 XR技術(shù)發(fā)展歷程

1990年，錢學森提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可以稱為靈境技術(shù)。1991年出版的《鏡像世界》是元宇宙的技術(shù)源頭，1992年出版的《雪崩》是元宇宙的文化源頭。之后，1999年的《黑客帝國》與2018年的《頭號玩家》使觀眾對元宇宙概念的理解有了更深層次的認識。2021年，Roblox的上市使元宇宙火爆全球。XR設(shè)備是用戶進入元宇宙的重要工具。正是在這樣背景下，XR技術(shù)實現(xiàn)在硬件側(cè)、軟件側(cè)、內(nèi)容及應(yīng)用側(cè)領(lǐng)域的突破性發(fā)展[3]。影視特效早期的遮罩繪景（Matte Painting）技術(shù)是XR技術(shù)的前身，實時渲染引擎Unreal和Unity3D的出現(xiàn)使虛擬場景的構(gòu)建與調(diào)整成為可能，在電影領(lǐng)域發(fā)展成為虛擬制片，在電視領(lǐng)域是AR、VS（Microsoft Visual Studio）升級技術(shù)形態(tài)?；赬R技術(shù)支持的虛擬演播室系統(tǒng)，目前主要用于電影、電視拍攝等方面。XR擴展現(xiàn)實虛擬制作系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)探索，會進一步拓展廣播電視行業(yè)的發(fā)展。

2.2 XR技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展

硬件設(shè)備是元宇宙世界構(gòu)建的基礎(chǔ)，也是用戶進入與感知元宇宙世界的重要途徑。XR技術(shù)的硬件設(shè)備包括微顯示器、GPU芯片等零部件，XR整機設(shè)備及交互設(shè)備等。軟件是搭建元宇宙場景與內(nèi)容的重要工具，用戶在元宇宙世界通過操作相應(yīng)的軟件實現(xiàn)對元宇宙世界的改造與創(chuàng)造。XR技術(shù)的軟件包括操作系統(tǒng)（Operating System，OS）、軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK）以及應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）等[4]。

內(nèi)容與應(yīng)用側(cè)是XR技術(shù)的發(fā)展方向。XR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使游戲內(nèi)容不斷豐富，虛擬社交成為新的發(fā)展熱點。5G+線上直播在晚會、發(fā)布會、演唱會、電競賽事等大型活動領(lǐng)域的應(yīng)用增多。在未來，XR技術(shù)在工業(yè)制造、醫(yī)療健康、文教娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用會逐漸深入。XR技術(shù)與超高清視頻、5G、人工智能技術(shù)融合發(fā)展，會給諸多行業(yè)帶來新的變革與發(fā)展。

2.3 XR技術(shù)優(yōu)勢

中國、美國、日本和韓國等國在政策與資本方面都給予了元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展支持，以蘋果、臉書、微軟、谷歌、華為、騰訊、字節(jié)跳動為代表的科技企業(yè)也都在積極布局元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈。XR作為元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈中的核心技術(shù)，隨著元宇宙產(chǎn)業(yè)的火爆，軟硬件技術(shù)實現(xiàn)了突破性進展[5]。XR技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用已初見成效，國內(nèi)外傳媒公司、電影巨頭、廣播電視臺等也紛紛加大對擴展現(xiàn)實虛擬制作系統(tǒng)的投入與研發(fā)[6]。

XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作領(lǐng)域的應(yīng)用有顯著的優(yōu)勢：

第一，通過XR技術(shù)能夠為導演和演員構(gòu)建更加逼真的場景，讓導演能夠根據(jù)環(huán)境準確地運用鏡頭語言，為導演提供創(chuàng)意與想法，帶給演員沉浸式的表演環(huán)境，讓演員能夠更加自然地表演與表達；

第二，使用XR技術(shù)構(gòu)建虛擬舞臺，擺脫了傳統(tǒng)舞臺在時間、空間領(lǐng)域的局限性，通過調(diào)整屏幕與燈光便可以切換各種舞臺效果，推動了節(jié)目的創(chuàng)新；

第三，XR技術(shù)的虛擬布景相比演播室實景布景減少了布景時間，提高了布景效率，實景布景時需要根據(jù)不同的情節(jié)進行選景布景，XR技術(shù)虛擬現(xiàn)實布景節(jié)省了不同場景的布景時間與成本，提高了廣播電視節(jié)目制作效率，同時也減少了資源的浪費；

第四，XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作過程中會產(chǎn)生大量虛擬場景背景，這對廣電單位而言是數(shù)字資產(chǎn)，也有助于廣電單位把握元宇宙的時代風口，不斷發(fā)掘商業(yè)價值。

3 5G時代XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

3.1 在文博類節(jié)目制作中的應(yīng)用

文博類廣播電視節(jié)目以傳統(tǒng)文化和歷史文物為主題、核心，具備豐富的表現(xiàn)形式，通過記錄、訪談、歌舞、情景劇等形式呈現(xiàn)。5G時代XR技術(shù)的應(yīng)用，賦予了文博類廣播電視節(jié)目更為豐富的內(nèi)涵，使隱秘、晦澀的歷史故事場景化，帶給觀眾全方位的沉浸式體驗，這也使得文博類節(jié)目受到年輕群體追捧。從近幾年大火的文博類節(jié)目可以看出，XR技術(shù)的應(yīng)用帶給了觀眾全新的視聽體驗。以河南衛(wèi)視“奇妙游”系列節(jié)目為例，通過5G+AR+XR技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)實舞臺與虛擬場景特效的結(jié)合，《元宵奇妙游》《清明奇妙游》《端午奇妙游》《七夕奇妙游》《中秋奇妙游》《重陽奇妙游》等節(jié)目依托5G時代XR等新技術(shù)，為觀眾帶來了超越現(xiàn)實的沉浸式體驗，讓觀眾仿佛置身于傳統(tǒng)文化的場景之中，感受傳統(tǒng)文化的魅力。以中央廣播電視總臺（以下簡稱央視）綜合頻道《中國考古大會》節(jié)目為例，在主舞臺以外，技術(shù)團隊運用XR技術(shù)打造了一個亦真亦幻的副舞臺，通過搭建XR屏幕、XR渲染服務(wù)器實現(xiàn)XR與AR虛擬制作融合，打造模擬考古探險地面實景和空中虛擬景觀共同構(gòu)成的魔幻場景，實現(xiàn)“現(xiàn)實”——“考古進行時”——“歷史事件發(fā)生時”三重時態(tài)的舞臺轉(zhuǎn)換，帶給觀眾沉浸式的考古體驗。在中央電視臺《中國詩詞大會》第六季中，XR技術(shù)也有全面的應(yīng)用。演播室的現(xiàn)場實施方面搭建了XR屏幕，運用XR場景拍攝，通過三塊屏幕映射組合構(gòu)建完整的XR場景，使現(xiàn)場主持人與嘉賓沉浸在神奇、多變的三維立體虛擬空間，也帶給觀眾更加沉浸式的節(jié)目視聽體驗[7]。

3.2 在綜合性文藝晚會節(jié)目制作中的應(yīng)用

春節(jié)聯(lián)歡晚會（以下簡稱春晚）是最具代表性的綜合性文藝晚會，是全國人民乃至全球華人喜迎新春的文化盛會。電視節(jié)目與傳媒技術(shù)的創(chuàng)新，往往會在春晚有更加全面的體現(xiàn)，進而推動電視節(jié)目的新發(fā)展。2021年，央視春晚實現(xiàn)了傳統(tǒng)舞臺藝術(shù)與當代數(shù)字藝術(shù)的完美融合，5G、XR等信息技術(shù)在春晚舞臺上大放異彩，最具代表性的有機械裝置與大型高清顯像技術(shù)、XR技術(shù)。以創(chuàng)意節(jié)目《牛起來》為例，通過應(yīng)用XR技術(shù)，結(jié)合物體跟隨空間定位技術(shù)和AI動作捕捉技術(shù)，實現(xiàn)王一博和關(guān)曉彤與劉德華的異地節(jié)目錄制，讓演員能夠在現(xiàn)實情境中與虛擬元素互動表演，最終通過云端系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實世界的交互，最終向觀眾呈現(xiàn)難分真假的視覺體驗。以武術(shù)節(jié)目《天地英雄》為例，呈現(xiàn)在觀眾面前的是甄子丹與吳京在山川、河流、湖泊中的武術(shù)表演，這是通過XR技術(shù)以裸眼3D+AR+直播形式，將虛擬場景與現(xiàn)實場景相結(jié)合，為觀眾提供絢麗多變的沉浸式舞臺效果?！杜Ｆ饋怼贰赌小贰稌r代感》《燈火里的中國》等節(jié)目都有融合5G、XR等技術(shù)，再結(jié)合數(shù)字化處理、三維模型、遠程移植等制作方法，實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實世界的融合，拓寬了舞臺表演的時間與空間邊界，將境外、異地表演與春晚現(xiàn)場呈現(xiàn)無縫銜接，帶給觀眾全新的光影交互視聽體驗。

3.3 在新聞節(jié)目制作中的應(yīng)用

5G時代，XR技術(shù)在新聞節(jié)目制作中的應(yīng)用有助于打造5G沉浸式新聞，如在2022年兩會期間，新聞制作人員運用XR技術(shù)打造了《XR看報告：繪景未來》《XR熱點播報“兩會‘議事界’”》等產(chǎn)品。利用5G網(wǎng)絡(luò)低延時、高可靠、大寬帶的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能化高精度摳像，結(jié)合XR技術(shù)，將處在不同真實場景的主持人與人大代表融合在一個場景之中，通過虛擬演播廳打破了時間與空間的局限，將以往的隔空采訪與隔空對話轉(zhuǎn)變成“面對面”交流，使新聞節(jié)目的效果更加真實。另外，運用XR技術(shù)打造的首個天地融屏訪談節(jié)目《王亞平代表在太空講述履職故事》，王亞平在接受新華社記者專訪時身處距地面400 km的太空，新華社通過新立方智能化演播室、虛擬空間、XR技術(shù)等打破了時空限制，使主持人“在”中國空間站與王亞平一起完成跨時空對話，帶給觀眾沉浸式的體驗，讓觀眾也能夠仿佛置身太空之中，跟隨王亞平遨游太空。

4 結(jié) 語

5G以低延時、高可靠、大寬帶特點為XR技術(shù)在廣播電視節(jié)目制作中的應(yīng)用提供了通信技術(shù)支持。XR技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用會推動廣電5G典型應(yīng)用的發(fā)展。5G時代，XR技術(shù)在文博類節(jié)目、文藝晚會節(jié)目、新聞節(jié)目等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，需要在大屏幕的選擇、匹配與場景布局設(shè)計，燈光系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)與大屏系統(tǒng)的調(diào)校，傳感追蹤定位系統(tǒng)、多機位拍攝、虛擬引擎渲染系統(tǒng)等領(lǐng)域不斷改進與完善，推動XR產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈、創(chuàng)新鏈三鏈融合發(fā)展，推動XR技術(shù)與廣播電視領(lǐng)域的深度融合。