AR虛擬技術(shù)在演播室中的應(yīng)用

陶麗娜

（內(nèi)蒙古廣播電視臺，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

0 引言

演播室作為信息傳遞與文化創(chuàng)意的重要場所，一直以來都在尋求更先進(jìn)、更創(chuàng)新的技術(shù)手段，以滿足不斷變化的觀眾需求。在這一背景下，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)的崛起為演播室行業(yè)帶來了新的可能性。AR作為一種將虛擬信息與真實(shí)場景融合的先進(jìn)技術(shù)，為演播室領(lǐng)域的發(fā)展提供了嶄新的方向。通過引入AR技術(shù)，演播室可以實(shí)現(xiàn)更加豐富、沉浸式的視覺體驗(yàn)，提高節(jié)目的觀賞性和互動性，也為演播人員提供了更靈活的表達(dá)方式。

1 AR虛擬技術(shù)概念和工作原理

1.1 AR虛擬技術(shù)概念

AR是一種將虛擬信息與真實(shí)世界場景融合的技術(shù)，通過將計算機(jī)生成的圖像、音頻或其他感官輸入與用戶的真實(shí)感知結(jié)合，創(chuàng)造出一種增強(qiáng)的、沉浸式的感覺體驗(yàn)。與虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）不同，AR并不將用戶完全置于虛擬環(huán)境中，而是在現(xiàn)實(shí)世界中疊加虛擬元素。AR技術(shù)主要分為“基于標(biāo)記（Marker-based）的AR”和“基于位置的AR”兩大類。基于標(biāo)記的AR通過識別特定的標(biāo)記物體，如二維碼或圖案，來確定虛擬元素的位置和方向。

1.2 AR虛擬技術(shù)的工作原理

AR技術(shù)的工作原理涉及計算機(jī)視覺、傳感技術(shù)和圖形處理等多個領(lǐng)域。AR系統(tǒng)通常使用多種傳感器，如攝像頭、陀螺儀、加速度計等，來獲取關(guān)于用戶和環(huán)境的信息。攝像頭負(fù)責(zé)捕捉現(xiàn)實(shí)世界的圖像，陀螺儀和加速度計則用于追蹤設(shè)備的運(yùn)動和方向。通過攝像機(jī)捕捉到真實(shí)的世界，檢測和追蹤這些真實(shí)場景中的特征點(diǎn)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r了解用戶在真實(shí)世界中的位置和方向[1]。一旦系統(tǒng)確定了用戶的位置和方向，接下來就是將這些信息經(jīng)過圖形系統(tǒng)處理，生成虛擬元素并將其疊加到真實(shí)世界中，經(jīng)過視頻合成技術(shù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)顯示器。具體的工作原理如圖1所示。

圖1 計算機(jī)顯示器的AR實(shí)現(xiàn)原理圖

2 AR虛擬技術(shù)在演播室中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 實(shí)時定位與追蹤技術(shù)

為了將虛擬元素準(zhǔn)確地疊加到真實(shí)場景中，AR系統(tǒng)需要實(shí)時追蹤用戶和環(huán)境的位置。系統(tǒng)基于傳感器數(shù)據(jù)和計算機(jī)視覺的結(jié)果，通過算法計算出用戶或相機(jī)在演播室中的精確位置和方向；運(yùn)用同時定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）技術(shù)對演播室的真實(shí)演員或主持人進(jìn)行實(shí)時定位與追蹤。其中，SLAM技術(shù)通過不斷地在運(yùn)動中建立地圖，同時進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)了對未知環(huán)境的實(shí)時定位和建圖。

2.2 計算機(jī)視覺和圖像識別技術(shù)

演播室中常常需要識別特定標(biāo)記、物體或場景，以確定虛擬元素的放置位置。計算機(jī)視覺和圖像識別技術(shù)能夠通過相機(jī)標(biāo)定和校準(zhǔn)，將虛擬元素與實(shí)際場景精確對齊，并對實(shí)時圖像進(jìn)行分析，識別出演播室中的關(guān)鍵特征，理解其中的物體、結(jié)構(gòu)和場景。這種理解是實(shí)現(xiàn)虛擬元素與真實(shí)場景融合的基礎(chǔ)，確保虛擬元素能夠準(zhǔn)確地放置在演播室中，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的虛擬元素疊加。

2.3 虛擬元素生成和渲染技術(shù)

AR虛擬技術(shù)在演播室中的關(guān)鍵技術(shù)之一是生成逼真的虛擬元素，并將其與真實(shí)環(huán)境進(jìn)行融合。圖形處理單元（Graphics Processing Unit，GPU）的使用以及先進(jìn)的渲染技術(shù)確保虛擬元素在演播室中呈現(xiàn)出高質(zhì)量的圖像，通過渲染引擎負(fù)責(zé)處理虛擬元素的光照、材質(zhì)、陰影等效果，以使其與實(shí)際場景融為一體，與實(shí)際場景無縫銜接[2]。在演播室中，虛擬元素需要具有動畫效果，如運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)、縮放。這種虛擬元素生成技術(shù)需要支持動畫設(shè)計和實(shí)時播放，以創(chuàng)造更生動的視覺效果。

2.4 觀眾與虛擬元素實(shí)時互動技術(shù)

為了增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，AR演播室通常利用實(shí)時傳感技術(shù)追蹤觀眾的動作、表情和手勢；通過攝像頭和傳感器等設(shè)備，實(shí)時捕捉觀眾的反饋，使虛擬元素能夠根據(jù)觀眾的實(shí)際動作做出及時響應(yīng)。另外，演播廳中還運(yùn)用了先進(jìn)的語音識別技術(shù)，使虛擬元素能夠理解并響應(yīng)觀眾的口頭指令，觀眾通過語音與虛擬元素進(jìn)行互動，提供更自然、直觀的交互方式，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。這些技術(shù)使得演播室節(jié)目更加動態(tài)和有趣。

3 AR虛擬技術(shù)在演播室中的優(yōu)勢

3.1 提升觀眾觀賞體驗(yàn)感

AR技術(shù)能夠?qū)⑻摂M元素融入實(shí)際場景，為觀眾提供更為豐富、沉浸式的視覺體驗(yàn)。虛擬元素可以是三維模型、實(shí)時圖表、特效動畫等。觀眾能夠在演播室中感受到更加生動、創(chuàng)意的節(jié)目內(nèi)容，感受到更真實(shí)、更生動的視覺效果，從而提升整體觀賞體驗(yàn)。

3.2 拓展內(nèi)容呈現(xiàn)形式

利用AR技術(shù)，制作人員可以通過虛擬元素創(chuàng)造出更具創(chuàng)意和想象力的節(jié)目內(nèi)容，將抽象的概念、虛構(gòu)的場景以生動的方式呈現(xiàn)出來，創(chuàng)造出獨(dú)特的視覺效果，使得演播室節(jié)目更具創(chuàng)意性和新穎性[3]。虛擬元素可以以全新的方式融入演播室場景，使創(chuàng)作者在內(nèi)容制作上展現(xiàn)更多創(chuàng)新性，滿足現(xiàn)代觀眾對于多樣化內(nèi)容的需求。

3.3 增強(qiáng)觀眾互動性

在演播室中引入AR技術(shù)，虛擬主持人、歌手或演員可以與觀眾進(jìn)行實(shí)時互動，使觀眾感受到與虛擬世界中角色的緊密聯(lián)系。觀眾還可以參與到虛擬元素的互動中，通過手勢、語音等方式與虛擬元素進(jìn)行互動。這種互動性不僅增強(qiáng)了觀眾的參與感，也使演播室節(jié)目更富有趣味性。

4 AR虛擬技術(shù)在演播室中的應(yīng)用實(shí)踐

4.1 應(yīng)用流程

4.1.1 分析節(jié)目需求和創(chuàng)意構(gòu)思

開始制作一個電視節(jié)目之前，首先需要進(jìn)行需求分析和創(chuàng)意構(gòu)思。制作團(tuán)隊需要與節(jié)目組合作，通過溝通了解節(jié)目的內(nèi)容、風(fēng)格和要求，以便明確AR元素的融入方式，確定虛擬演播室的設(shè)計和功能需求。其次，在分析節(jié)目需求和創(chuàng)意構(gòu)思的過程中，AR應(yīng)用還需要跨學(xué)科合作，邀請?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)專家、設(shè)計師、程序員等相關(guān)人員，確保AR元素的設(shè)計和創(chuàng)意實(shí)施都具有專業(yè)性，針對特定節(jié)目和目標(biāo)觀眾進(jìn)行創(chuàng)意構(gòu)思，探索獨(dú)特的AR元素。

4.1.2 虛擬演播室的設(shè)計和建模

根據(jù)節(jié)目需求，設(shè)計師和建模師開始進(jìn)行虛擬演播室的設(shè)計和建模工作。設(shè)計師根據(jù)節(jié)目的主題和風(fēng)格，進(jìn)行虛擬場景的設(shè)計。首先，節(jié)目組制作團(tuán)隊需要實(shí)地考察并了解演播室的整體布局，確定可以用于AR元素展示的區(qū)域，考慮攝像頭安裝位置和可用空間，確保AR元素與演播室場景相協(xié)調(diào)，不僅要與真實(shí)元素融合，還要考慮到整個舞臺的燈光、背景等因素。利用GPU等技術(shù)，生成虛擬元素的圖像，并將其與實(shí)際場景進(jìn)行融合[4]。最后根據(jù)節(jié)目要求和設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計虛擬元素的外觀和功能，比如交互元素與虛擬場景的合理布局、虛擬主持人的外觀和功能以及在演播廳中呈現(xiàn)的動畫效果，這些都需要利用三維建模軟件，將設(shè)計好的虛擬元素進(jìn)行建模，確保其在虛擬場景中能夠呈現(xiàn)出逼真和優(yōu)雅的外觀。

4.1.3 虛擬元素融合到演播場景

虛擬元素融合到演播場景是AR虛擬技術(shù)在演播室中應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。這一過程涉及選擇虛擬演播廳類型、創(chuàng)建虛擬演播廳、配置導(dǎo)播臺、添加輸入源、摳像處理、選擇背景模板、添加多媒體窗口以及配置直播間布局樣式等環(huán)節(jié)。

創(chuàng)建導(dǎo)播臺時，制作團(tuán)隊首先需要考慮演播室的節(jié)目類型，選擇合適的虛擬演播廳類型，如新聞風(fēng)格、娛樂風(fēng)格等，使用專業(yè)的虛擬演播軟件創(chuàng)建虛擬演播廳，進(jìn)行場景建模、AR元素布置。其次，需要在虛擬演播軟件中配置導(dǎo)播臺，確定導(dǎo)播員的操作區(qū)域和控制方式[5]。配置導(dǎo)播臺時，制作團(tuán)隊需要添加輸入源，選擇優(yōu)質(zhì)的攝像頭、計算機(jī)屏幕等實(shí)際設(shè)備，以便后期使用虛擬演播軟件的自動摳像功能，將人物主持或演員從實(shí)際場景中摳像出來，為虛擬元素的融合提供基礎(chǔ)。最后，節(jié)目設(shè)計人員還需選擇或設(shè)計適合節(jié)目主題的虛擬背景模板，確保背景與虛擬元素能夠和諧融合，窗口的位置和大小與虛擬場景協(xié)調(diào)。這樣一來，虛擬元素就能夠成功融入演播場景中，創(chuàng)造出逼真且具有交互性的虛擬演播室。

4.2 應(yīng)用領(lǐng)域

4.2.1 新聞類節(jié)目

新聞類節(jié)目具有權(quán)威性和可靠性的特點(diǎn)，涵蓋了政治、經(jīng)濟(jì)、社會及文化等多個領(lǐng)域，因此新聞類節(jié)目需要具備多樣化的報道內(nèi)容，確保傳遞的信息真實(shí)準(zhǔn)確，使觀眾能夠信任報道的內(nèi)容。利用虛擬演播室技術(shù)，新聞類節(jié)目可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時新聞報道的創(chuàng)新。AR虛擬技術(shù)可以將實(shí)時數(shù)據(jù)、圖表等以虛擬元素的形式呈現(xiàn)在演播室中，使得觀眾更容易理解復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息；還可以通過虛擬場景技術(shù)，將記者直接帶入新聞現(xiàn)場，為觀眾提供更直觀、生動的新聞報道。這種方式不僅增加了信息傳遞的直觀性，還提高了觀眾的參與感。

4.2.2 訪談類節(jié)目

訪談類節(jié)目以主持人與嘉賓為主體，通過思想碰撞與觀念分享展現(xiàn)豐富的內(nèi)容。利用AR虛擬技術(shù)，可以為訪談類節(jié)目注入更多創(chuàng)新元素，比如可以創(chuàng)造虛擬嘉賓，使其在節(jié)目中亮相。虛擬嘉賓可以是歷史人物、虛構(gòu)角色或是遠(yuǎn)程參與的嘉賓，增添了訪談節(jié)目的趣味性和多樣性。利用虛擬演播室技術(shù)，可以為訪談設(shè)置更符合主題的虛擬背景[6]。訪談節(jié)目中，如果討論的是嘉賓的成就與突破，虛擬背景可以呈現(xiàn)相關(guān)場景，增強(qiáng)訪談的氛圍，使其更具聚焦感和專業(yè)感。這種形式可以為觀眾提供更多看點(diǎn)，使得整個訪談更具吸引力。

5 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)背景下，AR虛擬技術(shù)已經(jīng)在演播室中得到了廣泛應(yīng)用。AR虛擬技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用豐富了演播室的舞臺，為主持人、嘉賓和觀眾帶來了更加生動和多樣化的體驗(yàn)。觀眾不再僅僅是被動的接收者，而是能夠參與到節(jié)目中，與虛擬元素進(jìn)行實(shí)時互動，增加了觀看的趣味性和參與感，使得節(jié)目更具吸引力。在未來的發(fā)展中，AR虛擬技術(shù)從業(yè)者們還需繼續(xù)探索和創(chuàng)新，從而為演播室?guī)砀嗫赡苄裕瑸橛^眾們帶來更加豐富多彩的視聽體驗(yàn)。