許建平中國人民大學(xué)新聞學(xué)院 北京 100872

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虛擬演播室系統(tǒng)在傳統(tǒng)教學(xué)演播室中的應(yīng)用

許建平
中國人民大學(xué)新聞學(xué)院 北京 100872

摘 要：傳統(tǒng)教學(xué)演播室中場景實(shí)際搭建較為繁雜；在實(shí)景制作、實(shí)景修改、不同欄目之間的實(shí)景更換等方面存在很大的局限性；同時(shí)，搭建實(shí)景拍攝無法在背景中加入很多動(dòng)感的元素，整個(gè)節(jié)目畫面比較呆板，無法給予觀眾視覺上的享受和視覺沖擊力，因此越來越多的傳統(tǒng)教學(xué)演播室內(nèi)搭建了虛擬演播系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成了具有虛實(shí)結(jié)合的全媒體演播室。主要闡述了虛實(shí)結(jié)合的全媒體演播室的特點(diǎn)以及虛擬演播室系統(tǒng)在傳統(tǒng)教學(xué)演播室中的應(yīng)用及優(yōu)勢，介紹了虛擬演播室系統(tǒng)的組成以及最新的無軌虛擬演播技術(shù)功能簡介。

關(guān)鍵詞：虛擬演播室系統(tǒng)；全媒體演播室；無軌虛擬演播技術(shù)

1　虛實(shí)結(jié)合的全媒體演播室的特點(diǎn)

在傳統(tǒng)教學(xué)演播室內(nèi)搭建虛擬演播室系統(tǒng)轉(zhuǎn)型為具有虛實(shí)結(jié)合的全媒體演播室，同時(shí)將演播室分成若干個(gè)相對獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的拍攝區(qū)域，主要包括傳統(tǒng)藍(lán)箱、虛擬圖文、實(shí)景舞美、互動(dòng)系統(tǒng)等。虛擬演播室系統(tǒng)可以在傳統(tǒng)藍(lán)箱背景前實(shí)現(xiàn)虛擬演播室的功能，也能在實(shí)景演播室中植入節(jié)目所需的三維物件、動(dòng)畫等，并且可以虛擬演播室與實(shí)景演播室自然過渡、互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全媒體演播室效果，而且在不改變原有傳統(tǒng)演播室結(jié)構(gòu)的前提之下，有效利用演播室的現(xiàn)有景區(qū)，通過虛實(shí)結(jié)合可以更好地提高演播室的利用率，節(jié)約成本。

2　虛擬演播室系統(tǒng)在傳統(tǒng)教學(xué)演播室中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的教學(xué)演播室只要以教學(xué)中實(shí)景拍攝為主，在教學(xué)中對實(shí)景畫面制作、不同欄目之間的實(shí)景更換、實(shí)景修改、在背景中加入很多動(dòng)感的元素等方面更是存在很大局限性，使得教學(xué)人員在教學(xué)過程中無法創(chuàng)新，許多新穎的教學(xué)創(chuàng)意和拍攝手法無法實(shí)現(xiàn)，完成的拍攝作品也是乏善可陳。同時(shí)從教學(xué)經(jīng)費(fèi)有限和防止資源浪費(fèi)的角度考慮，根據(jù)不同的教學(xué)要求搭建實(shí)景教學(xué)演播室會使得工作量增加、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、工作效率降低、不利于消防安全等，因此考慮在傳統(tǒng)教學(xué)演播室中使用虛擬演播室系統(tǒng)根據(jù)不同的教學(xué)需要來制作不同的節(jié)目成為一種必然和發(fā)展趨勢［1］。

在傳統(tǒng)的教學(xué)演播室中搭建虛擬演播室系統(tǒng)，只需占用一小部分空間搭配藍(lán)或綠的背景，設(shè)置攝影燈光，把人物的全身或半身景拍下即可。再通過虛擬設(shè)備合成，使得前景中的主持人看起來完全置身于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的虛擬場景中，且能在其中運(yùn)動(dòng)，從而創(chuàng)造出逼真、立體的電視演播室效果。搭建過程中不存在原有設(shè)備的報(bào)廢，演播室原有設(shè)備可以利舊，從而節(jié)約了大量教育經(jīng)費(fèi)。利用有限的資金就將傳統(tǒng)的教學(xué)演播室轉(zhuǎn)變成在教學(xué)中集新聞錄制、節(jié)目拍攝、課程錄制和現(xiàn)場教學(xué)的現(xiàn)代化全媒體演播室。

圖1　虛擬演播室系統(tǒng)搭建效果圖

虛擬演播室系統(tǒng)是一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)，在近些年得到了飛速的發(fā)展。其實(shí)質(zhì)是將計(jì)算機(jī)制作的虛擬場景與電視攝像機(jī)現(xiàn)場拍攝的人物活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者天衣無縫的融合，以獲得完美的合成畫面［2］。

虛擬演播室系統(tǒng)具備很高的安全性和可靠性，配備了獨(dú)創(chuàng)的非破壞性素材庫管理功能，可以自動(dòng)組織分散在不同硬盤中的不同種類文件，從而避免了在使用過程中有可能產(chǎn)生或出現(xiàn)的破壞性編輯，便于使用者整理、應(yīng)用各種素材文件。在節(jié)目制作的過程中，使用者無須移動(dòng)攝像機(jī)，在很大程度上避免了可能由人為因素而產(chǎn)生的“播出風(fēng)險(xiǎn)”。系統(tǒng)還可以通過“多畫面預(yù)監(jiān)”模塊，為每個(gè)虛擬機(jī)位的合成信號提供“獨(dú)立預(yù)監(jiān)”功能，使用者拖動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，鼠標(biāo)指針經(jīng)過可預(yù)覽攝像機(jī)的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣的功能使得現(xiàn)場切換導(dǎo)演可以先預(yù)覽到每臺攝像機(jī)機(jī)位的合成信號再進(jìn)行有選擇性的切換輸出，有效降低切換盲目性。系統(tǒng)的集成性高、操作簡便的特點(diǎn)也極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，能滿足用戶制作節(jié)目的各種需求。在虛擬演播室中無須使用昂貴的攝像機(jī)動(dòng)作傳感器，系統(tǒng)采用獨(dú)有的虛擬攝像機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠輕松地在場景中任意添加360度全角度虛擬機(jī)位，可以任意2個(gè)虛擬機(jī)位間進(jìn)行切換。實(shí)時(shí)渲染輸出和改變虛擬攝像機(jī)位置，還可以方便地編輯場景中攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡。通過實(shí)時(shí)地與三維虛擬場景無縫結(jié)合，可進(jìn)行多重虛擬攝像機(jī)的顯示與切換，同時(shí)利用套場景模板，完全能滿足不同節(jié)目的需求。

虛擬演播室系統(tǒng)集成了色鍵器、虛擬切換臺、三維在線同步字幕系統(tǒng)、下變換轉(zhuǎn)換、陰影特效系統(tǒng)以及鏡頭生成系統(tǒng)等多種功能。在應(yīng)用虛擬演播室系統(tǒng)制作時(shí)，全部攝像機(jī)的推拉、傾斜、縮放、搖臂以及航拍等效果均由虛擬攝像機(jī)完成。虛擬演播室系統(tǒng)同樣有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，系統(tǒng)核心設(shè)備采用插件式結(jié)構(gòu)，具有極好的擴(kuò)展性，系統(tǒng)的升級、擴(kuò)展如同搭積木一樣方便，增加某些模塊功能只需新增一套板卡和“加密狗”即可，且對系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性沒有絲毫影響。虛擬演播室系統(tǒng)支持Autodesk 3D Studio Max，Autodesk Maya，Cinema 4D等軟件制作虛擬場景，支持BPM，PGA，JPEG，PNG，TGA等常用的圖像格式；支持創(chuàng)作軟件的分層導(dǎo)入；兼容用戶原有各種類型的演播室設(shè)備等。

圖2　虛擬演播室系統(tǒng)處理流程及功能示意圖

3　虛擬演播室系統(tǒng)的組成及無軌虛擬演播技術(shù)功能簡介

3.1虛擬演播室系統(tǒng)的組成

虛擬演播室系統(tǒng)包括：虛擬演播室渲染引擎、虛擬場景/模板設(shè)計(jì)器（Motion Designer）、虛擬演播室虛擬切換臺（virtual camera switcher）三大組成部分。

3.1.1虛擬演播室渲染引擎

渲染引擎充分開發(fā)現(xiàn)代圖形處理硬件的可編程能力，利用GPU高級編程語言開發(fā)的全新渲染引擎，充分利用了GPU在浮點(diǎn)運(yùn)算、并行運(yùn)算、高效紋理處理、向量運(yùn)算等方面的能力，實(shí)現(xiàn)絢麗的圖文效果；包括以前在CPU上實(shí)現(xiàn)的圖文處理算法都移植到GPU上以獲得更高的效率。系統(tǒng)采用了包括紋理緩存、渲染狀態(tài)緩存、GPU編程等一系列手段，為圖形、圖像處理提供強(qiáng)勁的實(shí)時(shí)渲染動(dòng)力和強(qiáng)大的渲染能力，充分發(fā)揮高端圖形加速卡GPU可編程渲染管線特性，渲染能力得到質(zhì)的提升，能夠流暢地運(yùn)行復(fù)雜的虛擬場景，場景非常細(xì)膩真實(shí)。

3.1.2虛擬場景/模板設(shè)計(jì)器

虛擬場景/模板設(shè)計(jì)器是場景內(nèi)容和模板的設(shè)計(jì)工具，是為廣播級的電視圖文應(yīng)用而專門開發(fā)的。包含整套空間設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)界面的集合，可以為用戶提供細(xì)致而又友好的設(shè)計(jì)手段，既能幫助用戶快速搭建各種三維場景，又能精細(xì)調(diào)整每種物體的屬性、動(dòng)作。創(chuàng)作人員還能使用系統(tǒng)內(nèi)置的豐富模板模型、字幕功能進(jìn)行創(chuàng)作，也可導(dǎo)入第三方軟件的分層文件，為創(chuàng)意的醞釀、產(chǎn)生、保持預(yù)留出充足的空間，在短時(shí)間內(nèi)就能創(chuàng)造出質(zhì)感、光感、動(dòng)感俱佳的三維虛擬圖文場景。

3.1.3虛擬演播室切換臺

虛擬演播室包含簡單易用的直播切換臺，通過預(yù)設(shè)最大達(dá)到8個(gè)不同景別，不同角度的虛擬場景機(jī)位，只需要通過控制面板上面對應(yīng)的數(shù)字按鍵就能輕松實(shí)現(xiàn)推拉、搖移、上下左右調(diào)整、大搖臂等不同效果，不同機(jī)位切換過程平穩(wěn)順滑，無任何抖、拉扯、拖影等問題，從而實(shí)現(xiàn)絢麗多彩的節(jié)目呈現(xiàn)。

3.2無軌虛擬演播技術(shù)功能簡介

在虛擬演播室系統(tǒng)中技術(shù)含量非常高的組成部分非無軌虛擬演播技術(shù)莫屬，其原理為固定攝像機(jī)位置無須借助傳感器、紅外線、網(wǎng)格等外部定位部件，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)目制作過程中鏡頭推、拉、搖、移等特效。攝像機(jī)鏡頭或演員發(fā)生移動(dòng)時(shí)，場景定位不需要使用傳感器或網(wǎng)格等其他設(shè)備進(jìn)行測量，從而減輕了操作的復(fù)雜性。攝像機(jī)的跟蹤實(shí)現(xiàn)不得有約束條件，能夠快速定位，進(jìn)入節(jié)目的制作。無軌虛擬演播技術(shù)功能具有真正的三維屬性、場景景深、虛擬場景各物體在三維空間中的透視關(guān)系。例如，在虛擬場景中的人物可以圍繞虛擬物體轉(zhuǎn)圈，而在運(yùn)動(dòng)的過程中，人物邊緣平滑，無拖尾或者鋸齒現(xiàn)象。同時(shí)，該技術(shù)還支持任意數(shù)量的虛擬攝像機(jī)位，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬攝像機(jī)位間的快速切換，推、拉、搖、移，產(chǎn)生大搖臂的運(yùn)動(dòng)拍攝效果。值得一提的是，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)長可根據(jù)教學(xué)人員的實(shí)際需要通過系統(tǒng)自定義或修改。多種虛擬節(jié)目成分能在同幀內(nèi)完成切換，確保多機(jī)位切換時(shí)前后景同步、畫面平滑、不抖動(dòng)、無撕裂。在實(shí)際使用過程中使用2臺攝像機(jī)就可實(shí)現(xiàn)3訊道虛擬演播室效果。例如，在2名主持人同時(shí)錄制的狀態(tài)下，從一臺攝像機(jī)信號硬切換（或者推拉搖移）到另外一臺攝像機(jī)信號，或者硬切換（或者推拉搖移）到全景模式（2名主持人），系統(tǒng)僅用2臺攝像機(jī)就支持2種模式的鏡頭切換（包括：實(shí)時(shí)鏡頭切換、利用推拉搖移特效切換）。

無軌虛擬演播技術(shù)可自由升級至機(jī)器人有軌虛擬，具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性與靈活的延展性，同時(shí)配以強(qiáng)大的色鍵技術(shù)，無須局限于藍(lán)箱或綠箱環(huán)境，將給播出畫面帶來真實(shí)自然的效果。

4　結(jié)束語

虛擬演播室系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)與傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)教學(xué)演播室技術(shù)的一次重大變革，而且虛擬演播室系統(tǒng)會越來越成熟，最新的無軌虛擬演播技術(shù)打破了許多傳統(tǒng)教學(xué)演播室對虛擬演播系統(tǒng)的條件約束，減輕了教學(xué)人員在使用中的操作復(fù)雜性。充分發(fā)揮虛擬演播室的技術(shù)優(yōu)勢，必將會越來越快地融合到傳統(tǒng)教學(xué)演播室當(dāng)中，為高校在電視節(jié)目制作教學(xué)中提供更多的創(chuàng)新與幫助。

參考文獻(xiàn)

［1］ 唐坤杰.虛擬演播室項(xiàng)目技術(shù)方案［J］.數(shù)碼影像時(shí)代，2012（6）:114-119.

［2］ 張曉晶，李雪梅，黃麗，裴春梅.淺談虛擬演播室在高職教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用［J］.科技信息，2013（21）:274.

Application of Virtual Studio System in the Traditional Teaching Studio

Xu Jianping
School of Journalism and Communication， Renmin University of China， Beijing， 100872， China

Abstract:The traditional teaching studio real scene to build more complicated； there is a big limitation in real production， real changes， real change different between columns， etc； at the same time， building a real locations can not add a lot of dynamic elements in the background ， the entire program picture relatively inflexible， unable to give enjoyment and visual impact on the viewer visually， so more and more traditional teaching studio building a virtual studio system， combined with the actual situation has turned into a full media studio. Mainly expounds the actual situation with the media studio features a full virtual studio systems and applications and advantages of traditional teaching studio， introduces the composition of virtual studio systems and the latest trackless virtual studio technology Features.

Key words:virtual studio system； all media studio； trackless virtual studio technology

收稿日期：2016-03-23

作者簡介：許建平，本科，高級工程師。