虛擬演播室系統(tǒng)組成及應(yīng)用

秦艷艷

（東營市融媒體中心，山東 東營 257091）

0 引 言

虛擬演播室系統(tǒng)作為一種新興的技術(shù)解決方案，正在不斷引起媒體和演藝界的關(guān)注。本文旨在研究虛擬演播室系統(tǒng)的組成和應(yīng)用，并探討其在文藝演出、新聞報道等領(lǐng)域的潛力和影響。通過深入分析虛擬演播室系統(tǒng)的功能和技術(shù)特點(diǎn)，展示其在創(chuàng)意表達(dá)、視覺效果和互動體驗(yàn)方面的優(yōu)勢。本文將通過實(shí)際案例，為虛擬演播室系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用提供有益的參考。

1 虛擬演播室系統(tǒng)組成

1.1 虛擬演播室概念

虛擬演播室是一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的多媒體交互環(huán)境，用于模擬傳統(tǒng)演播室的功能并提供更多靈活性和創(chuàng)意空間。它是將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、實(shí)時渲染和虛擬化技術(shù)應(yīng)用于演播行業(yè)的創(chuàng)新解決方案。虛擬演播室具備沉浸式空間透視、相機(jī)追蹤、虛擬數(shù)字人人體捕捉、實(shí)時渲染、拓展現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）特效等功能。虛擬演播室系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用空間，被應(yīng)用于短視頻虛擬制作、虛擬拓展直播、虛擬數(shù)字人新聞播報、攝影、演出、展覽、廣告及活動等領(lǐng)域[1]。

1.2 虛擬演播室系統(tǒng)組成

虛擬演播室系統(tǒng)的組成包括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)。下面對每個組件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.2.1 LED 顯示屏

LED 顯示屏是虛擬演播室系統(tǒng)中最重要的組件之一。它通過高分辨率的LED 面板來顯示虛擬場景、背景、道具和特效。LED 顯示屏通常安裝在虛擬演播室的墻面、地板或天花板，為主持人和觀眾提供逼真的虛擬環(huán)境。通過實(shí)時渲染和顯示，LED 顯示屏能夠呈現(xiàn)高質(zhì)量的圖像和動畫效果。

1.2.2 渲染服務(wù)器

渲染服務(wù)器是虛擬演播室系統(tǒng)中負(fù)責(zé)圖形渲染的核心組件。它具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，通過實(shí)時渲染算法將虛擬場景的三維模型、紋理和光照等信息轉(zhuǎn)化為逼真的二維圖像。渲染服務(wù)器需要高性能的圖形處理單元（Graphics Processing Unit，GPU）和大容量的內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)實(shí)時渲染，以保證圖像的質(zhì)量和流暢性。

1.2.3 合成服務(wù)器

合成服務(wù)器負(fù)責(zé)將不同的圖像和視頻元素進(jìn)行合成，以創(chuàng)建虛擬場景的最終圖像。它可以將虛擬場景與實(shí)時視頻流或預(yù)先錄制的視頻素材進(jìn)行融合，使主持人和虛擬角色與虛擬環(huán)境無縫地交互。合成服務(wù)器需要運(yùn)行復(fù)雜的圖像合成算法，處理實(shí)時視頻流，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的合成效果。

1.2.4 相機(jī)追蹤系統(tǒng)

相機(jī)追蹤系統(tǒng)用于追蹤真實(shí)攝像機(jī)的位置和姿態(tài)，并將這些信息傳遞給虛擬演播室系統(tǒng)，以便系統(tǒng)能夠相應(yīng)地調(diào)整虛擬場景和角色的視角。相機(jī)追蹤系統(tǒng)可以通過傳感器、紅外技術(shù)或計(jì)算機(jī)視覺算法來實(shí)現(xiàn)，確保虛擬場景與真實(shí)拍攝場景保持一致，提供更真實(shí)的觀看體驗(yàn)。

1.2.5 燈光系統(tǒng)

燈光系統(tǒng)在虛擬演播室中起到關(guān)鍵作用，通過調(diào)節(jié)光照和陰影來增強(qiáng)虛擬場景的真實(shí)感。燈光系統(tǒng)包括各種類型的燈具和控制設(shè)備，用于控制光源的亮度、顏色、方向和效果。在虛擬演播室系統(tǒng)中，燈光系統(tǒng)與其他組件密切配合工作。它與渲染服務(wù)器、合成服務(wù)器和相機(jī)追蹤系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時通信，根據(jù)虛擬場景和攝像機(jī)角度的變化，自動調(diào)整燈光設(shè)置，以保持虛擬環(huán)境的一致性和連貫性。

1.2.6 攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)由多個攝像機(jī)組成，用于捕捉主持人、演員和虛擬角色的動作和表情。攝像系統(tǒng)可以采用不同類型的攝像機(jī)，包括固定攝像機(jī)、運(yùn)動攝像機(jī)和跟蹤攝像機(jī)。攝像系統(tǒng)與虛擬演播室系統(tǒng)的其他組件密切協(xié)作，與相機(jī)追蹤系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)和渲染服務(wù)器實(shí)時通信，根據(jù)攝像機(jī)的位置和角度調(diào)整虛擬場景的渲染和燈光效果，以保持虛擬環(huán)境與實(shí)際拍攝的一致性。

1.2.7 音響系統(tǒng)

音響系統(tǒng)在虛擬演播室中用于提供聲音效果和音頻增強(qiáng)。它包括揚(yáng)聲器、音頻控制設(shè)備和混音臺等組件，實(shí)現(xiàn)聲音的立體定位和環(huán)繞音效，使觀眾獲得沉浸式的聽覺體驗(yàn)。音響系統(tǒng)通過將聲音信號與虛擬場景的動態(tài)調(diào)整進(jìn)行同步，實(shí)現(xiàn)聲音的定位和環(huán)境反饋。音響系統(tǒng)與其他組件配合工作，例如與合成服務(wù)器和渲染服務(wù)器實(shí)時通信，確保聲音與虛擬場景的一致性[2]。

2 虛擬演播室系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 虛擬演播室系統(tǒng)在LED 虛擬制作中的應(yīng)用

LED 虛擬制作是一種利用虛擬演播室系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，在電影、虛擬音樂會、廣告拍攝和晚會等領(lǐng)域創(chuàng)造出逼真的虛擬場景。通過LED 顯示屏、渲染服務(wù)器、相機(jī)追蹤系統(tǒng)等組成的虛擬演播室系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高度沉浸式的視覺效果和互動體驗(yàn)。以下是兩個具體應(yīng)用的示例。

2.1.1 VP 攝影棚

VP 攝影棚（Virtual Production Studio）是將實(shí)時渲染和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電影制作的創(chuàng)新解決方案。通過在虛擬演播室系統(tǒng)中創(chuàng)建高度逼真的虛擬場景，演員可以在虛擬環(huán)境中表演，并實(shí)時觀看虛擬場景中的呈現(xiàn)。這種實(shí)時的視覺反饋使得導(dǎo)演和攝影師能夠更好地控制拍攝效果，并減少后期制作的工作量。例如，迪士尼的電影《曼達(dá)洛人》使用了VP 攝影棚技術(shù)，通過虛擬演播室系統(tǒng)創(chuàng)建了許多逼真的虛擬環(huán)境，使得電影場景看起來真實(shí)而驚人。制作團(tuán)隊(duì)使用3D 建模軟件設(shè)計(jì)虛擬場景，包括外星行星、太空船和城市等元素。這些場景經(jīng)過精細(xì)的建模和紋理處理，能夠確保與劇情的一致。

2.1.2 XR 延展影棚

XR 延展影棚（Extended Reality Studio）是在虛擬演播室系統(tǒng)中結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，能夠使音樂會、晚會的制作團(tuán)隊(duì)在虛擬場景中創(chuàng)造出令人驚嘆的視覺效果和互動體驗(yàn)。將虛擬演播室系統(tǒng)與虛擬音樂會和虛擬晚會相結(jié)合，觀眾可以享受到逼真的虛擬現(xiàn)場體驗(yàn)。一個著名的例子是Travis Scott 在2020 年舉行的虛擬音樂會“Fortnite Astronomical”，通過虛擬演播室系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)造了令人震撼的虛擬現(xiàn)場體驗(yàn)，吸引了數(shù)百萬觀眾參與。音樂會制作團(tuán)隊(duì)使用虛擬演播室系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬舞臺，設(shè)計(jì)了舞臺布景、燈光效果和特殊效果等元素。這些虛擬元素可以根據(jù)音樂會的主題和概念進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。XR 延展影棚中的LED 顯示屏被用作虛擬舞臺的背景。顯示屏可以構(gòu)建完整的虛擬環(huán)境，如絢麗的太空、奇幻的世界或現(xiàn)實(shí)世界的場景。這些顯示屏通過實(shí)時渲染技術(shù)將虛擬舞臺的圖像實(shí)時顯示出來，為觀眾提供沉浸式的視覺體驗(yàn)[3]。

2.2 虛擬演播室系統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實(shí)新聞報道中的應(yīng)用

虛擬演播室系統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實(shí)新聞報道中的應(yīng)用正在快速發(fā)展。通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)時渲染，虛擬演播室系統(tǒng)可以為新聞報道提供沉浸式、生動逼真的視覺體驗(yàn)。

2.2.1 創(chuàng)造沉浸式環(huán)境

虛擬演播室系統(tǒng)能夠?yàn)樾侣剤蟮绖?chuàng)造出沉浸式的環(huán)境，使觀眾能夠親身體驗(yàn)新聞事件的現(xiàn)場感。通過使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯和控制器，觀眾可以在虛擬場景中自由移動，并且可以與虛擬對象進(jìn)行互動。以中央廣播電視總臺推出的虛擬現(xiàn)實(shí)新聞報道《走進(jìn)克里姆林宮》為例，制作人員通過虛擬演播室系統(tǒng)與三維建模，還原克里姆林宮的建筑特色，使得參觀者能夠360°沉浸式地參觀克里姆林宮。

2.2.2 虛擬重現(xiàn)歷史事件

虛擬演播室系統(tǒng)可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)時渲染功能，重現(xiàn)歷史事件，向觀眾展示逼真的場景和情境。通過虛擬演播室系統(tǒng)的應(yīng)用，觀眾可以親身體驗(yàn)歷史事件，了解歷史背景和事件發(fā)展的細(xì)節(jié)。以央視新聞客戶端虛擬現(xiàn)實(shí)新聞報道《帶你到戰(zhàn)地——央視獨(dú)家VR 呈現(xiàn)被炸毀的敘利亞》為例，新聞機(jī)構(gòu)利用虛擬演播室系統(tǒng)向大眾呈現(xiàn)戰(zhàn)爭后的敘利亞場景，向觀眾展示了當(dāng)時的緊張氣氛和事件的歷史意義。通過虛擬演播室系統(tǒng)，觀眾可以穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯，用手機(jī)等終端選擇自己的視角，沉浸式地體驗(yàn)戰(zhàn)爭帶給城市、人們生活的影響，感受到歷史事件帶來的巨大影響[4]。

2.3 虛擬演播室系統(tǒng)在文藝演出中的應(yīng)用

虛擬演播室系統(tǒng)在文藝演出中的應(yīng)用，為藝術(shù)家和觀眾提供了全新的創(chuàng)作和欣賞體驗(yàn)。它將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)文藝演出相結(jié)合，創(chuàng)造出令人驚嘆的視覺效果和沉浸式體驗(yàn)。

咪咕文化第十四屆音樂盛典“咪咕匯”是全球首場5G+4K/8K+XR 云演藝盛典，充分融入5G、4K/8K、拓展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）、全息影像等技術(shù)。全會場布置4K 攝像機(jī)、8K 攝像機(jī)、自由視角攝像機(jī)、8K VR 攝像機(jī)累計(jì)71 個，利用虛擬演播室系統(tǒng)為觀眾打造了一個富有創(chuàng)意和視覺沖擊力的表演舞臺[5]。2021 年，愛奇藝推出云演出產(chǎn)品“虛擬之城”沉浸式演唱會。演唱會總共分為《晝·造夢》和《夜·閃耀》兩場，這是全球首次將影視級LED 寫實(shí)化虛擬制作和XR 技術(shù)同時應(yīng)用于演唱會直播，通過3 個XR 虛擬機(jī)位、10 個直拍機(jī)位完成多角度的拍攝與實(shí)時場景渲染，打造了十余個虛實(shí)變幻的舞臺場景[6]。

3 結(jié) 語

虛擬演播室系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新的多媒體交互環(huán)境，為文藝演出、新聞報道等領(lǐng)域帶來了巨大的變革和創(chuàng)作空間。通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)時渲染和互動功能，虛擬演播室系統(tǒng)提供了更豐富、更具沉浸感的觀賞體驗(yàn)。它不僅拓展了藝術(shù)家的創(chuàng)作想象力，還為觀眾帶來了全新的互動和參與方式。