張楊菁

（湖南廣播電視臺衛(wèi)視頻道，湖南 長沙 410003）

導(dǎo)語

在1978年，“電子桌布”的定義被首次提出，與此同時，還對未來節(jié)目制作進(jìn)行了明確，指出節(jié)目制作能夠在空演播室內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其中僅有演員及攝像機(jī)，剩下的布景及道具都是通過電子系統(tǒng)進(jìn)行合成的。該項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)80年代進(jìn)行了專業(yè)技術(shù)認(rèn)證，也被叫作虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即VR技術(shù)。就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)深入發(fā)展之下的產(chǎn)物。人們借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建同現(xiàn)實(shí)環(huán)境存在較高相似度的虛擬化環(huán)境，不管是聲音及視覺等方面都存在相似性。且用戶還能通過有關(guān)的設(shè)備及虛擬環(huán)境對象開展互動活動，從而形成同真實(shí)環(huán)境接近的感受。針對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來說，它能夠構(gòu)建出與現(xiàn)實(shí)情境非常接近的相對真實(shí)的場景，能夠讓體驗(yàn)人員形成身臨其境的體驗(yàn)。該項(xiàng)技術(shù)給人們創(chuàng)造了基于數(shù)字信號形成的空間，且還是在該空間之內(nèi)進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)造的技術(shù)。它主要有三個特征，第一個為沉浸性，第二個為交互性，第三個為構(gòu)想性。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類

VR技術(shù)的主要內(nèi)容是建立虛擬的環(huán)境。以VR頭盔為例，當(dāng)體驗(yàn)人員帶上頭盔，就能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界的視覺脫離，然后把他們帶入虛擬三維空間，讓用戶形成身臨其境的錯覺。VR技術(shù)的呈現(xiàn)通常包含四種類型，具體分析如下。

1.1 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

它主要是借助個人計(jì)算機(jī)，還有初級工作站開展仿真活動，將計(jì)算機(jī)屏幕當(dāng)作虛擬環(huán)境的入口，利用相關(guān)的輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)及追蹤球等，將現(xiàn)實(shí)世界同虛擬環(huán)境連接起來，實(shí)現(xiàn)兩者之間的有效交互，并對虛擬環(huán)境的物體進(jìn)行操縱。該類VR技術(shù)極易被附近的現(xiàn)實(shí)環(huán)境影響，所以體驗(yàn)者的沉浸感相對較差。[1]

1.2 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

該系統(tǒng)往往是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個用戶之間的有效連接，讓他們一起在相同的虛擬空間中，一起感受虛擬經(jīng)歷。該類VR技術(shù)的境界則相對較高，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作。以央視音樂頻道為例，其中的《音樂公開課》，在進(jìn)行節(jié)目制作時，想要有效增強(qiáng)用戶的音樂體驗(yàn)，讓眾多的用戶一起感受音樂魅力，就借助了VR技術(shù)開展節(jié)目制作，同時還利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把大量的觀眾聚集在相同的空間范圍中，讓大家一起體驗(yàn)虛擬世界，一起參加音樂公開課。

1.3 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

在這一系統(tǒng)中，能夠讓用戶形成身臨其境的感受，是現(xiàn)階段運(yùn)用最廣泛的方式。該系統(tǒng)主要是借助頭盔式顯示器級別的設(shè)備，將體驗(yàn)者的視覺及聽覺等感官全都進(jìn)行封閉，為他們構(gòu)建更好的虛擬感覺空間，同時借助位置跟蹤器等輸入設(shè)備，讓體驗(yàn)人員產(chǎn)生身臨其境的感受，從而全面沉浸其中。經(jīng)常運(yùn)用的沉浸式系統(tǒng)一般包括兩種，一種是頭盔式顯示器系統(tǒng)，另一種是投影式虛擬系統(tǒng)。

1.4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性

該系統(tǒng)也叫AR系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)不但可以對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行模擬，同時還能強(qiáng)化體驗(yàn)人員的真實(shí)感受，進(jìn)一步提升了在現(xiàn)實(shí)世界中不能感知及感知存在障礙的感受。以央視《生活圈》節(jié)目為例，在這一節(jié)目中，主持人想要對互動數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)時，在他的面前就會產(chǎn)生相應(yīng)的實(shí)時數(shù)據(jù)板，這一效果就是借助AR技術(shù)完成的。又如央視的《國家記憶》節(jié)目，在節(jié)目制作過程中也運(yùn)用了AR技術(shù)，將有關(guān)的媒體數(shù)據(jù)展示給嘉賓，這在很大程度上增強(qiáng)了熒屏效果。[2]

2.虛擬植入技術(shù)系統(tǒng)和虛擬演播室技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)用特點(diǎn)

就虛擬演播室技術(shù)而言，它和虛擬植入技術(shù)相同，都屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其技術(shù)基因及系統(tǒng)構(gòu)造均是一樣的。兩者都是借助圖形處理技術(shù)及視頻合成技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)制作而合成的三維虛擬場景及主體人物和別的一系列元素，在人物及植入的虛擬場景中構(gòu)建互動關(guān)系，將虛擬場景同現(xiàn)實(shí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，達(dá)到同步變化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)目方案預(yù)期的目標(biāo)，合成相應(yīng)的畫面。

針對虛擬演播室技術(shù)而言，其系統(tǒng)運(yùn)用特點(diǎn)如下：基于藍(lán)箱及綠箱環(huán)境，借助色鍵技術(shù)，針對主體人物進(jìn)行摳像，接著將其同虛擬背景進(jìn)行合成，使其達(dá)到可運(yùn)動及虛實(shí)結(jié)合的存在互動關(guān)聯(lián)的效果?；诠?jié)目形態(tài)的越來越豐富，以往要在虛擬演播室中完成的節(jié)目制作，通常都要根據(jù)實(shí)景來進(jìn)行，在這一過程中，就應(yīng)運(yùn)用能夠在實(shí)景區(qū)域中完成三維場景的技術(shù)。對此，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之上就產(chǎn)生了有效的節(jié)目制作技術(shù)，也就是虛擬植入技術(shù)，可將其簡稱為AR。該技術(shù)系統(tǒng)是基于虛擬演播室系統(tǒng)之上發(fā)展的節(jié)目制作系統(tǒng)。[3]

基于虛擬演播室系統(tǒng)來說，虛擬背景通常都是位于人物后面。就虛擬植入技術(shù)而言，它是基于實(shí)景背景，在主體人物面前制作的虛擬場景及道具，將虛擬場景加入主體人物前面，促進(jìn)虛擬場景同現(xiàn)實(shí)的融合，構(gòu)建兩者的交互關(guān)系。該項(xiàng)技術(shù)的制作有著極強(qiáng)的代入感，能夠讓觀眾體驗(yàn)到身臨其境的效果，從而讓節(jié)目內(nèi)容豐富起來，增加節(jié)目的趣味性?，F(xiàn)階段，對各種各樣的節(jié)目來說，實(shí)際進(jìn)行制作時，相關(guān)的工作者往往更傾向于虛擬植入技術(shù)。

3.虛擬植入系統(tǒng)組成

針對虛擬植入技術(shù)而言，不管是該項(xiàng)技術(shù)，還是虛擬演播室技術(shù)，這兩者都是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生的，屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)物，且也是對影像合成技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新及發(fā)展。就虛擬植入系統(tǒng)來說，基于實(shí)景區(qū)域開展的虛擬場景投放，可以不用通過色鍵摳像技術(shù)來完成，可以說虛擬植入技術(shù)徹底打破了原有虛擬演播室技術(shù)在藍(lán)箱方面的局限，該項(xiàng)技術(shù)可以被普遍應(yīng)用于一系列的實(shí)景節(jié)目制作中。對虛擬系統(tǒng)而言，其中還存在多個系統(tǒng)構(gòu)成，如圖形圖像創(chuàng)作及攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)等。

3.1 圖形創(chuàng)作系統(tǒng)

就圖形創(chuàng)作系統(tǒng)來說，它主要是借助三維動畫軟件，通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)造虛擬環(huán)境，然后基于虛擬的三維世界，在其中構(gòu)建相應(yīng)的模型和場景。設(shè)計(jì)者會按照有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對虛擬攝像機(jī)運(yùn)行軌跡和相關(guān)的一系列動畫參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)模型運(yùn)用原理，從而制作出相應(yīng)的合成畫面。[4]針對虛擬植入系統(tǒng)來說，其場景設(shè)置一般都是三維虛擬場景。它們往往是借助3D Max以及Maya等軟件進(jìn)行建模，然后利用專業(yè)的圖形處理技術(shù)進(jìn)行編輯及合成，其中有建模、物體運(yùn)動及材質(zhì)分配等動畫效果，通常情況下，它對電腦的性能及圖形處理軟件有著較高的要求，需運(yùn)用專業(yè)軟件及電腦進(jìn)行制作，比如HP Z800電腦。在對三維場景進(jìn)行制作的過程中，應(yīng)全面考慮現(xiàn)場實(shí)景環(huán)境及燈光等要素，基于4K或8K時代，將材質(zhì)細(xì)節(jié)及色調(diào)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，使其與實(shí)際場景形成一致，當(dāng)處理完成之后，還應(yīng)對合成效果進(jìn)行預(yù)演，以保證可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 攝影機(jī)跟蹤系統(tǒng)

對攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)來說，其功能主要是幫助圖形工作站處理相關(guān)的工作，為其奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，包括現(xiàn)場元素的位置及運(yùn)動數(shù)據(jù)，這樣圖形工作站就能根據(jù)相關(guān)的信息，建立虛擬攝像機(jī)系統(tǒng)，并且同現(xiàn)場攝像機(jī)運(yùn)行軌跡、畫面內(nèi)容信息達(dá)成統(tǒng)一，全面展示出現(xiàn)場各個元素間的位置關(guān)系。在攝像機(jī)跟蹤技術(shù)中，還包含四種技術(shù)類型，比如傳感器跟蹤技術(shù)及超聲波跟蹤等。就傳感器跟蹤方式來看，它還劃分為兩種系統(tǒng)，依次為機(jī)械傳感式及識別系統(tǒng)，現(xiàn)階段，在電視節(jié)目制作中，運(yùn)用最為普遍的為機(jī)械光電傳感。

針對攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)而言，其工作原理一般是借助攝像機(jī)云臺還有鏡頭上安裝的傳感器，對攝像機(jī)運(yùn)動及鏡頭焦距變化情況進(jìn)行識別，具體而言，主要是對攝像機(jī)的推、搖等動作進(jìn)行收集，從而了解攝像機(jī)運(yùn)動數(shù)據(jù)，以及鏡頭出現(xiàn)變化時的相關(guān)參數(shù)，在這之后，再將所有的信息在第一時間發(fā)送到圖形工作站，有利于圖形工作站合理利用攝像機(jī)運(yùn)動信息，將其映射給處理單元，構(gòu)建虛擬攝像機(jī)系統(tǒng)，保證攝像機(jī)運(yùn)動數(shù)據(jù)可以及時產(chǎn)生變化。[5]如此一來，虛擬攝像機(jī)同現(xiàn)場攝像機(jī)，就全都固定在了相同的位置上，若是現(xiàn)場攝像機(jī)進(jìn)行運(yùn)動，那么跟蹤器也將對虛擬攝像機(jī)進(jìn)行控制，使其同現(xiàn)場攝像機(jī)一起運(yùn)動。

通過跟蹤系統(tǒng)對攝像機(jī)運(yùn)動信息進(jìn)行記錄，然后利用圖形工作站對這些信息進(jìn)行分析及處理，有助于更好地處理各個合成元素，如主體位置及透視關(guān)系等。比如，渲染工作站獲取到攝像機(jī)景別變化，轉(zhuǎn)變成近景及特寫，若是信息中主要為跟蹤主體人物，對渲染主機(jī)而言，將會發(fā)布將背景進(jìn)行虛焦的命令，這樣合成的畫面就會呈現(xiàn)為前實(shí)后虛的效果；若是在這一過程中，傳感器未能獲取景別變化，那么前景將同背景聚焦達(dá)成統(tǒng)一，根本無法區(qū)分前景及后景，這會使畫面的景深出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。對跟蹤系統(tǒng)來說，應(yīng)在第一時間對攝像機(jī)的運(yùn)動變化開展捕捉及處理，唯有如此，才可以促進(jìn)圖形工作站更好地開展工作，為其提供準(zhǔn)確有效地運(yùn)動變化信息。由此，可以看出虛擬植入系統(tǒng)在跟蹤傳感器方面有著較高的要求，應(yīng)盡可能地提升傳感器精度。

3.3 圖形工作站

就虛擬植入系統(tǒng)而言，其圖形處理工作一般都是通過圖形工作站進(jìn)行的。不但要對攝像機(jī)跟蹤器獲取的攝像機(jī)運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還應(yīng)對原來制作的3D虛擬場景進(jìn)行調(diào)用及調(diào)整，從而將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給圖形發(fā)生器。針對電視節(jié)目來說，實(shí)際進(jìn)行制作時，其中任務(wù)最重的系統(tǒng)就是圖形工作站。在對攝像機(jī)運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，要求圖形工作站還應(yīng)對動畫、燈光及透明物體等模型文件進(jìn)行渲染加工，保證能夠?qū)μ摂M三維場景進(jìn)行實(shí)時調(diào)用及科學(xué)調(diào)整。

因?yàn)橐粠摂M場景的繪制時間通常都是20毫秒，同時虛擬場景還對貼圖質(zhì)感及光效有著較高的要求，應(yīng)同實(shí)景達(dá)成統(tǒng)一，基于此，針對虛擬元素及模型開展處理的過程中，通常情況下，要借助一系列計(jì)算及渲染資源才能完成。除此之外，伴隨攝像機(jī)的運(yùn)動，對于圖形工作站來說，還應(yīng)對場景中虛擬元素開展計(jì)算，比如光感變化等元素，在這一過程中，也應(yīng)完成實(shí)時渲染輸出，由此，可以看出圖形工作站應(yīng)該擁有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力以及渲染運(yùn)算能力，以便更好地處理大量的數(shù)據(jù)信息。若是處理能力無法達(dá)到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將產(chǎn)生運(yùn)動畫面卡幀及場景脫節(jié)等問題，很難實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

4.電視節(jié)目制作中虛擬植入技術(shù)的運(yùn)用研究

虛擬植入技術(shù)具有沉浸性及互動性特征，雖然對傳統(tǒng)的電視觀看造成了很大的影響，但是這也給電視業(yè)的創(chuàng)新帶來了新的發(fā)展機(jī)遇?；谔摂M植入技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得電視節(jié)目制作也獲得了空前的發(fā)展，以奧運(yùn)會直播為例，就運(yùn)用了VR技術(shù)，給全世界的人民呈現(xiàn)了良好的視覺感受。在各個項(xiàng)目中都運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)，如籃球及跳水等，在各場比賽中，都會放置三個VR機(jī)位，從而讓用戶通過App來觀看現(xiàn)場直播。[6]

虛擬植入技術(shù)能夠把各個元素整合起來，比如主持人畫面等元素，將這些元素科學(xué)添加到演播室實(shí)景中，抑或是外景拍攝的各個地點(diǎn)，有著較強(qiáng)的靈活性，針對娛樂、天氣及體育等節(jié)目，能夠進(jìn)行較好的現(xiàn)場包裝。近些年，從大部分的體育賽事及春節(jié)晚會來看，其節(jié)目制作現(xiàn)場往往都可以看到相關(guān)的技術(shù)工作者。針對各個類型的節(jié)目而言，虛擬植入場景的種類也有很大的差異。就虛擬植入形態(tài)來講，它包含多種類型，如奇幻形態(tài)、道具形態(tài)及虛擬人物形態(tài)。這些形態(tài)的構(gòu)建，有助于同現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)良好的互動關(guān)系。

對晚會及綜藝類節(jié)目來說，在其中增添虛擬場景元素，能夠?yàn)橛^眾呈現(xiàn)更為絢爛的場景，給他們更好的觀看體驗(yàn)。比如2021年春晚中的武術(shù)表演，就在其中添加了塞外場景，全面提升了觀眾的沉浸感。針對體育賽事及紀(jì)錄片等節(jié)目，在其中增添虛擬場景，抑或是增加現(xiàn)實(shí)中無法制作的虛擬道具，能夠更好地配合節(jié)目內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)節(jié)目內(nèi)容，從而使觀眾全面理解節(jié)目內(nèi)容。比如轉(zhuǎn)播的游泳比賽，在賽道上增添虛擬標(biāo)識，能夠讓觀眾更好地了解賽事，有效區(qū)分現(xiàn)場環(huán)境。

從部分節(jié)目制作現(xiàn)場來看，一般都是根據(jù)LED大屏幕內(nèi)容來植入虛擬場景，不但能夠?qū)Τ橄髢?nèi)容開展寫實(shí)化處理，還可以很好地渲染現(xiàn)場氣氛。比如央視的《心理訪談》節(jié)目，從節(jié)目制作現(xiàn)場來看，在訪談區(qū)域中間，是將LED大屏幕當(dāng)作背景的，且在屏幕的兩邊還依次設(shè)置了兩塊綠板，將它們同大屏有效連接起來。對設(shè)計(jì)創(chuàng)作者來說，是想要把屏幕兩邊的虛擬背景同LED大屏中的內(nèi)容進(jìn)行串接，從而構(gòu)建相對完整的互動場景，合成完善的訪談背景，進(jìn)而增強(qiáng)觀眾的視覺效果，促使實(shí)景同虛擬場景有機(jī)結(jié)合起來。另外，設(shè)計(jì)者還根據(jù)背景大屏，植入了能夠進(jìn)行互動的虛擬場景及一系列道具，對抽象節(jié)目內(nèi)容開展具象化處理。利用虛實(shí)結(jié)合的技術(shù)，將虛擬背景同LED大屏實(shí)景內(nèi)容全面連接起來，把實(shí)景、虛擬背景以及增添的場景有機(jī)結(jié)合起來，構(gòu)建相應(yīng)的互動關(guān)聯(lián)，讓主持人及嘉賓同虛擬現(xiàn)場更好地融合起來?；谶@類復(fù)雜的場景，一般都是通過虛擬演播室技術(shù)同虛擬植入技術(shù)有機(jī)融合來完成的，可以說是相得益彰，極具設(shè)計(jì)特點(diǎn)。就虛擬場景植入來看，應(yīng)貫徹簡潔及直觀的特點(diǎn)，在植入之前，需對各個元素進(jìn)行綜合分析，包括場景數(shù)量、尺寸及色彩等，不但要充分反映出虛擬場景植入的作用，還應(yīng)將虛擬場景同實(shí)景進(jìn)行完美融合，全面增強(qiáng)合成效果。

5.結(jié)論

綜上所述，基于5G+4K/8K+AI技術(shù)的深入發(fā)展，使得虛擬植入技術(shù)也獲得了較快的發(fā)展。且虛擬植入技術(shù)的運(yùn)用也越來越靈活，在影視制作平臺，尤其是電視節(jié)目制作，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用越來越重視，對此要求有關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)重視，持續(xù)更新虛擬植入技術(shù)，進(jìn)行深入的研究，使其得到廣泛的推廣及運(yùn)用。