虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

汪謝玲

（安徽省桐城市融媒體中心，安徽 安慶 231408）

0 引言

本文深入探討虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)及其在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)虛擬攝像機(jī)、虛擬演播室、虛擬數(shù)字人和虛幻引擎等關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)剖析，旨在揭示這些創(chuàng)新技術(shù)如何推動(dòng)廣播電視行業(yè)的發(fā)展，為節(jié)目創(chuàng)作和觀眾體驗(yàn)帶來(lái)全新的可能性。期望通過(guò)本文的研究，為VR 技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供有益啟示。

1 VR 技術(shù)概述

1.1 定義和基本原理

VR 是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)模擬感官體驗(yàn)，將用戶(hù)沉浸于虛構(gòu)的環(huán)境中。其基本原理包括感知、互動(dòng)和沉浸。感知是指通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官模擬現(xiàn)實(shí)世界，互動(dòng)支持用戶(hù)通過(guò)設(shè)備和系統(tǒng)與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，而沉浸則創(chuàng)造出一種身臨其境的感覺(jué)。VR 技術(shù)依賴(lài)頭戴式顯示器、傳感器和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等核心組成部分。通過(guò)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，VR 已成為一項(xiàng)綜合技術(shù)，推動(dòng)了娛樂(lè)、醫(yī)療及教育等多個(gè)領(lǐng)域的變革，為用戶(hù)提供了全新的體驗(yàn)和交互方式[1]。

1.2 主要技術(shù)組成

VR 技術(shù)由多種關(guān)鍵技術(shù)組成，共同構(gòu)建出引人入勝的沉浸式體驗(yàn)。近眼顯示技術(shù)是VR 的基礎(chǔ)，通過(guò)頭戴式顯示器將虛擬環(huán)境投射到用戶(hù)視網(wǎng)膜上，創(chuàng)造逼真的視覺(jué)感受。渲染處理技術(shù)負(fù)責(zé)處理和呈現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的圖形，確保高質(zhì)量的視覺(jué)效果。感知交互技術(shù)使用戶(hù)能夠與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，包括手勢(shì)識(shí)別、眼球追蹤和觸覺(jué)反饋等技術(shù)，增強(qiáng)用戶(hù)在虛擬世界中的身臨其境感。網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)是VR 關(guān)鍵技術(shù)之一，確保實(shí)時(shí)、流暢的虛擬體驗(yàn)?？焖俚臄?shù)據(jù)傳輸和低延遲對(duì)于保持用戶(hù)的沉浸感至關(guān)重要。內(nèi)容生產(chǎn)技術(shù)涉及虛擬場(chǎng)景、角色建模、動(dòng)畫(huà)制作等方面，是創(chuàng)造引人入勝體驗(yàn)的關(guān)鍵。壓縮編碼技術(shù)用于管理大量圖像和視頻數(shù)據(jù)，提高傳輸效率。安全可信技術(shù)涉及用戶(hù)隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)，確保VR 環(huán)境的安全性，包括身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密和防病毒措施，維護(hù)用戶(hù)信息的安全。這些技術(shù)協(xié)同作用，使VR 成為一項(xiàng)全面、復(fù)雜的科技，推動(dòng)了其在娛樂(lè)、醫(yī)療、培訓(xùn)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[2]。

1.3 發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

VR 技術(shù)經(jīng)歷了持續(xù)而迅猛的發(fā)展。VR 起源于20 世紀(jì)六七十年代的實(shí)驗(yàn)性階段，逐漸演進(jìn)為可商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)。20 世紀(jì)90 年代初，首批商用頭戴式顯示器出現(xiàn)。然而，由于技術(shù)限制和市場(chǎng)需求不足，VR 在此后幾年進(jìn)入了相對(duì)低迷的時(shí)期。近年來(lái)，隨著計(jì)算能力、傳感器技術(shù)和圖形處理能力的顯著提升，VR 迎來(lái)了新一輪的繁榮。大量行業(yè)投資、創(chuàng)新應(yīng)用和用戶(hù)接受度的提高，使VR 技術(shù)在娛樂(lè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展，成為科技領(lǐng)域備受關(guān)注的前沿技術(shù)之一。《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026 年）》指出，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略窗口期已然形成，虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵器件、終端外設(shè)、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、內(nèi)容生產(chǎn)工具、專(zhuān)用信息基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化供給能力大幅度提升[3]。

2 VR 技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用

2.1 虛擬攝像機(jī)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬攝像機(jī)技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出革命性的變革。通過(guò)虛擬攝像機(jī)，制片人能夠輕松創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景，無(wú)須實(shí)際搭建復(fù)雜的布景。這種技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和實(shí)時(shí)渲染，使得觀眾可以感受到身臨其境的視覺(jué)效果。虛擬攝像機(jī)不僅為廣播制作提供了更大的創(chuàng)意自由度，還顯著減少了制作成本和時(shí)間。在實(shí)時(shí)直播中，虛擬攝像機(jī)技術(shù)能夠?qū)?shí)況內(nèi)容與虛擬元素相結(jié)合，為觀眾呈現(xiàn)更為豐富、引人入勝的視聽(tīng)體驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用拓展了廣播電視的創(chuàng)作空間，使得節(jié)目制作更具創(chuàng)新性和互動(dòng)性，為觀眾帶來(lái)了全新的視覺(jué)享受。

以4K花園公司研發(fā)的國(guó)內(nèi)首個(gè)專(zhuān)業(yè)級(jí)、多機(jī)位、8K 3D VR 直播系統(tǒng)滿(mǎn)天星為例，虛擬攝像機(jī)在這個(gè)直播系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，支持實(shí)時(shí)8K 50p VR影像拼接校正和輸出，通過(guò)配備多套8K 3D VR 攝像機(jī)，支持VR 現(xiàn)場(chǎng)直播、轉(zhuǎn)播等活動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于大型活動(dòng)、賽事、演出、文旅、直播電商等8K VR現(xiàn)場(chǎng)直播等活動(dòng)中，在移動(dòng)咪咕街舞大賽、國(guó)家大劇院演出等活動(dòng)中取得顯著成績(jī)。如4K 花園與咪咕視頻合作的《動(dòng)感地帶·2022 中國(guó)街舞聯(lián)賽（上海站）暨中國(guó)國(guó)家霹靂舞隊(duì)選拔賽》，4K 花園公司為比賽活動(dòng)配備了完整的8K 3D VR 多機(jī)位現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，布置6 個(gè)8K 3D VR 轉(zhuǎn)播機(jī)位，通過(guò)虛擬攝像機(jī)采集不同角度的超高清畫(huà)面，并向咪咕平臺(tái)推送2D 4K 360°VR 全景、3D 4K 和8K 180°立體VR三種不同的VR 直播信號(hào)[4]。

2.2 虛擬演播室在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬演播室技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，為傳統(tǒng)演播室注入了新的活力。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)將現(xiàn)實(shí)主持人嵌入虛擬場(chǎng)景，創(chuàng)造出逼真的背景和特效，提高了電視節(jié)目的視覺(jué)吸引力。主持人可以在實(shí)際物理空間中與虛擬元素進(jìn)行互動(dòng)，營(yíng)造出獨(dú)特而生動(dòng)的節(jié)目氛圍。虛擬演播室技術(shù)不僅為廣播制作帶來(lái)了更大的創(chuàng)意空間，還極大地提升了制作效率，減少了實(shí)際搭建演播室的成本和時(shí)間。這一技術(shù)使得觀眾沉浸在更具藝術(shù)感和創(chuàng)新性的電視節(jié)目中，推動(dòng)了廣播電視行業(yè)向VR 技術(shù)的轉(zhuǎn)型，為節(jié)目制作和觀眾體驗(yàn)帶來(lái)了新的可能性。

虛擬演播室由發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）顯示屏、渲染服務(wù)器、合成服務(wù)器、相機(jī)追蹤系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)及音響系統(tǒng)等組成，具有沉浸式空間透視、相機(jī)追蹤、人體捕捉、實(shí)時(shí)渲染以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)特效等功能。虛擬演播室包括VP 攝影棚、拓展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）延展拍攝兩種虛擬制作方式，被廣泛應(yīng)用于電影、電視節(jié)目、娛樂(lè)節(jié)目等制作中。以2021 年愛(ài)奇藝云演出產(chǎn)品“虛實(shí)之城”沉浸式虛擬演唱會(huì)為例，依托虛擬演播室XR 延展拍攝、虛擬制作等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粉絲與偶像的“跨時(shí)空互動(dòng)”。此次演唱會(huì)采用了多個(gè)XR 虛擬機(jī)位與影視級(jí)制作設(shè)備，支持實(shí)時(shí)渲染，為不同曲風(fēng)的虛擬場(chǎng)景制作提供技術(shù)支持，將原始叢林、埃及金字塔、獅身人面像等場(chǎng)景完美呈現(xiàn)，帶給觀眾極具視覺(jué)沖擊力的沉浸式視聽(tīng)體驗(yàn)[5]。

2.3 虛擬數(shù)字人在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬數(shù)字人技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，為節(jié)目創(chuàng)意和制作注入了新的活力。這一技術(shù)通過(guò)數(shù)字建模和動(dòng)畫(huà)技術(shù)，創(chuàng)造出逼真的虛擬主持人、演員或角色，為節(jié)目增添獨(dú)特的人物魅力。虛擬數(shù)字人可以應(yīng)用于不同節(jié)目形式，從新聞主播到娛樂(lè)節(jié)目的主持人，甚至是虛擬演員。其靈活性和互動(dòng)性使其成為吸引觀眾、提高娛樂(lè)價(jià)值的強(qiáng)大工具。此外，虛擬數(shù)字人的應(yīng)用還拓展了廣播電視行業(yè)的商業(yè)機(jī)會(huì)，如虛擬代言人、廣告模特等。這一技術(shù)的不斷創(chuàng)新，推動(dòng)了電視節(jié)目制作的前沿，為觀眾呈現(xiàn)更富創(chuàng)意和未來(lái)感的電視內(nèi)容。

以湖南芒果無(wú)際科技有限公司虛擬數(shù)字人在超高清視頻領(lǐng)域的應(yīng)用——《你好，星期六》虛擬數(shù)字主持人“小漾”為例，其以獨(dú)創(chuàng)的虛擬數(shù)字人技術(shù)為基礎(chǔ)，展示了該公司在數(shù)字人實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的引領(lǐng)地位。通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)解決方案，小漾以周播形式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字主持人的歷史性突破。該公司通過(guò)搭建基于深度學(xué)習(xí)的虛擬人算法架構(gòu)，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，確保小漾在節(jié)目中呈現(xiàn)出高度逼真和流暢的表現(xiàn)，不僅推動(dòng)了超高清視頻制作的技術(shù)創(chuàng)新，也為數(shù)字主持人在電視娛樂(lè)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了新的可能性。此外，虛擬數(shù)字主播洛天依、元小雅、柳夜熙、Vince 等也被廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域，如2020 年浙江衛(wèi)視音樂(lè)類(lèi)綜藝《天賜的聲音》收官之戰(zhàn)中，除了常駐音樂(lè)合伙人、過(guò)往飛行嘉賓，虛擬歌手洛天依也首次亮相大型音樂(lè)綜藝節(jié)目，與張韶涵同臺(tái)演繹熱門(mén)歌曲《芒種》，與白舉綱共同演唱洛天依名曲《萬(wàn)古生香》，帶給觀眾全新的音樂(lè)綜藝視聽(tīng)體驗(yàn)[6]。

2.4 虛幻引擎在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

虛幻引擎技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，彰顯了其在實(shí)時(shí)渲染和VR 領(lǐng)域的強(qiáng)大潛力。虛幻引擎通過(guò)高度靈活和可定制的游戲引擎平臺(tái)，為廣播電視制作提供了先進(jìn)的圖形效果和互動(dòng)性。其實(shí)時(shí)渲染功能使得制片人能夠在實(shí)況節(jié)目中即時(shí)插入高質(zhì)量的虛擬元素，創(chuàng)造引人入勝的視覺(jué)效果。虛幻引擎還支持VR 和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為觀眾提供沉浸式體驗(yàn)。在廣播電視行業(yè)，虛幻引擎的應(yīng)用范圍涵蓋了節(jié)目制作、特效增強(qiáng)及虛擬演播室等多個(gè)方面，為電視節(jié)目賦予了更高水平的創(chuàng)意和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)了廣播電視體驗(yàn)的革新。

以虛幻引擎5 在音樂(lè)領(lǐng)域的應(yīng)用為例，虛幻引擎可創(chuàng)作人工智能（Artificial Intelligence，AI）音樂(lè)錄影帶，通過(guò)虛幻引擎的MetaHuman 技術(shù)與AI 算法的結(jié)合，僅憑文本描述就為音樂(lè)錄影帶《Coherence》生成了大部分鏡頭；通過(guò)MetaHuman數(shù)據(jù)庫(kù)中3 張面孔的元素，使用iOS 系統(tǒng)的Live Link Face 應(yīng)用，為角色制作面部表情動(dòng)畫(huà)；使用Quixel 構(gòu)建視頻的虛幻引擎環(huán)境，使用3 套獨(dú)立的AI 算法生成虛幻引擎輸出，營(yíng)造最終的大友克洋風(fēng)格。虛幻引擎，幫助創(chuàng)作者輕松創(chuàng)建極其精細(xì)的角色和城市環(huán)境，縮短了《Coherence》鏡頭畫(huà)面制作時(shí)間[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)研究了VR 技術(shù)及其在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)深入剖析關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)際案例，揭示了VR 技術(shù)對(duì)廣播電視的深刻影響。未來(lái)，VR 技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)廣播電視創(chuàng)新，提升用戶(hù)體驗(yàn)，創(chuàng)造更具交互性和創(chuàng)意性的內(nèi)容。