0371-86010321
一、虛擬演播室技術的概述
（一）什么是虛擬演播室
虛擬演播室是近年發展起來的一種獨特的電視節目制作技術。它的實質是將計算機制作的虛擬三維場景與電視攝像機現場拍攝的人物活動圖像進行數字化的實時合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，從而實現兩者天衣無縫的融合，從而獲得完美的合成畫面。一般虛擬演播室系統的組成框圖如圖1 所示。
（二）虛擬演播室基本工作原理
虛擬演播室基本原理是把攝像機拍攝到的藍幕為背景的視頻圖像作為前景畫面，用一臺超實時的圖形計算機中的三維動畫圖形作為虛擬背景，通過跟蹤器把真實演員及實物與攝像機之間的位置及透視信息送給圖形計算機，然后圖形計算機根據攝像機運動參數生成合適的虛擬背景畫面和遮擋畫面，前景圖像經延時后，與虛擬場景以相同的時碼工作，再通過Z 軸深度鍵技術把前景的真實演員與虛擬的背景合成為一個視頻圖像。使真實演員與虛擬場景形成正確的透視關系。當攝像機在推拉、搖移、俯抑拍攝時，虛擬的背景畫面和前景畫面都會隨之而相應的變化。從而虛擬出真實的演員置身于“真實”場景中的畫面效果。
二、虛擬演播室的關鍵技術
（一）紅外檢測技術
紅外線檢測是確定被檢測物體的縱向位置，即在演播室中被拍攝的前景位于背景內的深度。首先，在演播室上方固定二至四個紅外線攝像機，作為紅外線接收裝置。然后，用紅外發射裝置對演播室進行測量，最后繪制出活動范圍的網格圖。這樣當演播室中的移動物體配帶上紅外線發射裝置，其紅外線被紅外線攝像機攝取，通過計算機識別和計算出該物體在網格中的位置，將數據傳輸到工作站，根據背景與物體縱向數據自動計算出移動物體在模型中所處的位置及深度。
（二）虛影制作技術
虛影機是制作虛影的技術工具，它的做法是在演播室上方架設一臺攝像機，只拍攝主持人在藍箱內的畫面，通過色鍵器摳像獲得鍵信號，用這個鍵信號來模擬主持人的影子。最后再把這個影子與虛擬圖像進行合成。實際上可把這臺攝像機理解為光源，投射主持人到地上的影子和通過色鍵器摳像獲得的鍵信號是相同的。這種方法的好處在于不受客觀條件限制，而且可以靈活調整影子的方向。
（三）自動反饋／標志系統
有時主持人或表演者在虛擬布景中活動時，很容易從虛擬物體中穿過。為避免這種穿幫現象表演者要看著反送監視器，或者在地板上畫行走路線。由于虛擬系統都有視頻延時，所以并不能從根本上解決表演不自然的問題，另外也容易污染藍箱的地板，造成摳像的困難。于是有了自動反饋／標志系統。在演播室地板上投影靜止和運動的虛擬物體。讓表演者知道所有虛擬物體在每一時間內位于何處。但是投影會對主持人自己的影子產生干擾，所以這種技術在實際應用中也不多見。
（四）虛擬異地采訪
如果使用兩臺色鍵摳像器，就可以實現虛擬異地采訪。這種方法是利用從外地傳來的信號，被采訪者在藍色幕布前，信號先經過一次摳像再進入虛擬演播系統。通過插入的視頻可將被采訪者與演播室中的播音員實時結合在一個虛擬背景中，兩個人物可以面對面地交談和表演，對觀眾來講就好像真的把被采訪者請到了演播室中一樣。
（五）虛擬人物表演
計算機技術的高速發展使得實時人物動畫表演成為可能。在真人身上各重要關節處裝傳感器，傳感器的各組數據傳到工作站中用于控制已制成的虛擬動畫人物的關節活動，使它完全實時地模仿表演者的動作。虛擬動畫人物與真人能同時出現在同一個虛擬背景中，并相互配合，互換位置和交談。這在已往的演播室制作過程中是無法想象的，也會給節目帶來新奇感和神秘感，從而最大程度地娛樂觀眾。
三、虛擬演播室系統的類型
目前，在電視節目制作中根據生成背景圖像的維度不同，可以把虛擬演播室劃分為：二維虛擬演播室、二維半虛擬演播室和真三維虛擬演播室。
（一）二維虛擬演播室系統
二維虛擬演播室系統生成的虛擬場景為二維圖像，這類系統的價位較低，背景生成裝置一般采用圖像處理器，攝像機無需移動，進行拍攝時，受相應鏡頭運動參數的控制，圖像處理器會產生相應變化的圖像與拍攝的前景合成。
（二）二維半虛擬演播室系統
二維半虛擬演播室系統生成的背景圖像的維度為三維，但卻又不同于三維虛擬演播室系統，它的虛擬場景必須事先在3D MAX 等三維動畫編輯軟件里設計制作成三維模型場景，將制作好的三維模型場景進行渲染，制作成特別大的高圖像質量的圖片，這樣可以保證鏡頭在推拉、俯仰、平搖過程中視頻畫面不會超出虛擬場景畫面。
這類系統是事先生成場景，采用貼圖的方式實現前景和背景的合成，因此在場景設計時可以不受約束，盡情發揮。
（三）三維虛擬演播室系統
三維虛擬演播室系統的價位比較高，屬于高檔次的虛擬演播室系統，可以創建全三維的虛擬場景。三維虛擬演播室系統的攝像機能夠在場景中自由運動，系統實時地讀取3D MAX，Maya 或Softimage 3D 等國際通用的建模軟件設計好的場景模型，這是三維虛擬演播室系統和二維半虛擬演播室系統最主要的區別。
四、虛擬演播室技術的應用
（一）應用途徑及方法
1．提出詳細制作方案
將導演思路制作成詳細的“劇本”。所謂詳細，是指具體到每個畫面要素怎么動，主持人的位置怎么變化，前景要怎么處理，是否有虛擬場景的特寫鏡頭等，因為鏡頭推進，意味著電腦生成的圖像放大。這就必須要求事先生成的圖像尺寸大到足夠鏡頭推進也不至于產生虛擬背景像素變粗的現象。虛擬演播室的運作的這種特殊性，要求導演必須就每個鏡頭細節與電腦動畫場景的制作人員事先溝通，使負責實施劇本方案的制作人員能充分理解導演的意圖，將三維場景提前做好。
2．用計算機創建虛擬三維演播室
動畫制作是隨著計算機圖形圖像學的發展應運而生的一門專業學科，隨著影視及廣告業的發展，它的作用日益重要。動畫制作直接影響著節目制作的質量。事實上，虛擬演播室已為傳統的電視節目制作人員提出了一個新的課題：如何利用計算機這種現代科學技術來豐富傳統的制作手段。虛擬演播室就是一個計算機圖像產生與合成系統，是通過計算機處理將真實演播室圖像化、數字化，在制作手段上突破了傳統制作手段的束縛，使演播室不再受到時間和空間的約束。
3．動畫制作人員與導演的配合
動畫制作人員的職責是預先完成節目中所需的電腦三維場景，包括場景中用到的所有貼圖。創作三維場景及貼圖的主要軟件有3D MAX 和Photoshop 等。這些軟件中做好的模型和貼圖需要經過圖像格式的轉換，再存入虛擬演播室系統的專用目錄下，然后才能從虛擬演播室軟件環境中讀出。大量的矢量數據經過生成后產生標準的位圖，作為虛擬環境要么直接存入圖形發生器中使用，要么貼在簡單的幾個矢量模型上。由于復雜的場景已預先在其它軟件中制作完成，節省了大量運算時間，所以虛擬演播室可以實現實時演播效果。
4．虛擬演播室導控
與傳統演播室相比，主持人或演員所處的現場已不再是五光十色的舞臺，取而代之的是一個全部涂成藍色的空間。攝像師通過監視器看到畫面的效果，導演則坐在電腦終端前與演播室軟件的具體操作者來共同控制整個節目。如果畫面“穿幫”，虛擬演播室軟件將能根據需要自制出虛擬藍色背景，以避免畫面“出位”，虛擬演播室系統是一個計算機圖像合成系統，其控制中心是虛擬演播室的系統軟件，它也是虛擬演播室節目制作的“導控臺”。
（二）虛擬演播室的主要應用范圍
虛擬演播室技術為電視節目制作帶來了一場革命，它的應用范圍正在逐步擴展，在國內外，它主要有如下幾方面應用:
1．電視臺
（1）動感片頭
隨著多媒體特技動畫制作技術的成熟和運用，電視節目的片頭制作也呈現出多姿多彩的景象。借助虛擬演播室技術可以實現其它技術難以完成的特技，如物體可以不顧重力原理兒懸浮在空間、一個物體可以從另一物體中往上升、視頻圖像可以在任一平面上顯示出來，場景可由動態物質構成、分子大小的物體能立即變成巨大的物體、以數據為基礎的所有信息可作為一層視頻信號實時地進入演播室等。制作人員可以充分發揮藝術想象力，在有限的空間里實現無限的創意，使節目一開始就能吸引觀眾的視線。
（2）虛擬事物
電視節目所表現的對象大至宇宙，小至細胞，遠至天體的形成、人類的起源，近至眼前發展變化的客觀世界，盡管現在已有多種特殊攝像表現手段，但還不能完全適應所要表達的內容。例如：要表達天體的運行和結構，史前生物的生活情況，剖析看不見、摸不著、拍不到的景象，利用虛擬手段就能將它們形象地表達出來。
（3）虛擬出席
要采訪某位專家學者，最佳方法就是把被訪者請到演播室，有了虛擬演播室系統后，即使被訪問者不能親臨演播室，也可以得到同樣的效果，利用從外地傳來的被采訪者在藍色幕布前的信號，先經過一次摳像再進入虛擬演播系統，通過插入的視頻可將被采訪者與演播室中的主持人實時結合在一個虛擬背景中，主持人與被訪者就可以進行面對面的交談和表演。
（4）移動場景
移動場景是一種具有特殊功能的系統，它可將視頻及動畫插入到室內和室外的節目中，這里使用的是一塊繪有格子圖案的小型面板，拍攝節目時將它放置在需要插入視頻或動畫的場景位置上，攝像機可以從任何角度拍攝，得到的格子圖案信息可控制生成與面板透視關系一致的視頻或動畫，最后色鍵合成后，在相應于面板的地方就會出現視頻或動畫，而且透視關系與面板完全一致。
（5）虛擬環境合成
制作節目時不需要實地拍攝，只要有相關的外景素材即可，制作中利用軟件能方便地實現各種情景的轉換，而且能產生具有真實外景中拍攝的效果。
2．學校
學校經費有限，不可能像電視臺那樣，不同節目都投資不同的背景裝潢。虛擬演播室可利用一張數碼相片即可做簡易虛擬背景，省去了不必要的投資，而且更換背景快速容易。學校的虛擬演播室可用于如下幾個方面：
（1）教育教學中的應用
虛擬演播室技術為教育教學提供了豐富的創作手段，使教學內容可以更加真實、貼近、直觀的呈現，虛擬演播室應用于場景的制作、場景的設計，可以隨教學形式或課程內容而變化。
（2）校園電臺及校園主題討論，來賓訪談等節目
用虛擬演播室能制作出與專業電視臺相同水平的電視節目，能很好地宣傳學校，專業的制作校園新聞，傳播校園文化。學校一般會有許多校園廣播系統報告會，特別是那些知名教授、學者的報告，意義非凡。在虛擬演播室制作來賓訪談，結合主題圖片、影片作為背景，可以增強臨場感和說服力。
（3）在遠程教育中的應用
虛擬演播室技術還可更好地運用在遠程教學中，虛擬出席可將遠地演播室中專家的實況視頻與本地演播室中教師的場景視頻實時地結合在一個虛擬場景中，兩人可以在虛擬場景中進行交談、演示，學生察覺不到他們是身處異地，能增強現場感與參與感。
原文出處：http://www.cambond.cn/content/?29.html（轉載請注明，謝謝！）
