（广播电视艺术学专业论文）虚拟演播室系统在电视节目中的应用.pdf

摘要 随着计算机、多媒体技术的飞速发展，带动了虚拟演播室技术的不断改进。在全球 范围内影响和改变着人们固有的审美思维。虚拟演播室技术是计算机技术发展必然的产 物，虚拟演播室系统在电视节目制作中的运用，使传统电视节目体系发生了很大的变化。 面对此类问题，我们进行了深刻的思考，对虚拟演播室技术进行重新剖析，以确定 虚拟演播室系统在电视节目制作中的运用和发展。 本文在阅读了大量的文献资料后，用四大部分来论述本文主要内容：第一部分是虚 拟演播室进行概述，阐述了虚拟演播室的定义、工作原理以及类型。第二部分是虚拟演 播室在电视节目中的角色定位，包括与传统演播室的不同、其在电视节目制作中的优势、 在电视节目制作中应注意的问题以及虚拟演播室在电视节目制作中所体现的特性分析。 第三部分是虚拟演播室系统在电视节目中运用的分析，首先要了解其在电视节目制作中 所用到的关键技术，然后认识其实际运用到的技巧，最后要清楚其在电视节目制作中的 流程。第四部分是对虚拟演播室系统应用的展望，认识其局限性加以解决，并在其基础 上，了解其应用范围的发展。在对以上信息的了解的基础上，能更加清楚虚拟演播室系 统在电视节目制作中的定位，为其日后的发展奠定基础。 虚拟演播室的发展打破的电视节目制作的固有的模式，赋予电视节目新的生命力， 虚拟演播室将在电视节目领域大放异彩。 关键词：虚拟演播室、电视节目、演播室、色键、虚拟现实 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y , v t r t u a ls t u d i o t e c h n o l o g yh a sb e e nc o n t i n u a l l yi m p r o v i n g ，w h i c hh a sc h a n g e da n di n f l u e n c e dt h ep e o p l e s i n h e r e n ta e s t h e t i ct h i n k i n gi nt h eg l o b a ls c a l e v m u a ls t u d i ot e e h n o l o g yi st h ei n e v i t a b l e p r o d u c to f t h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y t h ex r m u a ls t u d i os y s t e mt h a ti su s e di n t h et e l e v i s i o np r o g r a mm a k i n gm a k e st h et r a d i t i o n a lt e l e v i s i o np r o g r a m ss y s t e mc h a n g eal o t w e 也i 1 1 l 【i td e e p l yf a c i n gt h i sp r o b l e m sa n dr e - a n a l y z et h ev i r t u a ls t u d i ot e c h n o l o g yt o d e t e r m i n et h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ni n t h et e l e v i s i o np r o g r a mm a k i n g p r o c e s s t h ep a p e rd i s c u s s e dt h em a i nc o n t e n t sa f t e rr e a d i n gl o t so fl i t e r a t u r em a t e r i a l s ：t h ef i r s t p a r td i s c u s s e dt h ev i n l 】a is t u d i o ，i n c l u d i n gt h e d e f i n i t i o no ft h ev i r n l a ls t u d i o ，w o r k i n g p r i n c i p l e sa n dt h et y p e t h es e c o n dp a r td i s c u s s e dt h er o l eo r i e n t a t i o no f t h ev i l 衄l a ls t u d i oi n t h et e l e v i s i o np r o g r a m ，i n c l u d i n gt h ed i f f e r e n c e sf r o mt h et r a d i t i o n a ls t u d i o ，t h ea d v a n t a g e si n t h em a k i n gp r o g r a m s ，t h ep r o b l e m sy o us h o u l dp a ya t t e n t i o ni nm a k i n gt vp r o g r a m sa n dt h e c h a r a c t e ra n a l y s i si nt h et vp r o g r a mm a k i n g t h et h i r dp a r td i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o n s a n a l y s i si nt h ep r o g r a mm a k i n gp r o c e s so ft h ev i r t u a ls t u d i os y s t e m , f i s te x p l a i n e dt h ek e y t e c h n o l o g yt h a tu s e di nt h et vp r o g r a mm a k i n g ，t h e nu n d e r s t o o dt h ep r a c t i c a ls k i l l s ，f i n a l l y d i s c u s s e dt h ep r o d u c t i o np r o c e s si nt e l e v i s i o np r o g r a mm a k i n g t h el a s tp a r ti st h ep r o s p e c t s f o rt h ev h t u a ls t u d i os y s t e m , w ew i l ls o l v et h el i m i t a t i o n sa f t e rs e e i n gi t b a s e do nt h e k n o w i n gt h ei n f o r m a t i o na b o v e ，w ec a l lr o l et h ev i r t u a ls t u d i oi nt h e ivp r o g r a mm a k i n c l e a r l y , a n dt h a ti st ol a yaf o u n d a t i o nf o ri t sf o t t t r ed e v e l o p m e n t v i r t u a ls t u d i o sd e v e l o p m e n tb r o k et h ei n h e r e n tp a t t e r no ft h et e l e v i s i o np r o g r a m , a n d g a v et h en e wl i f et ot h et e l e v i s i o np r o g r a m , i tw i l ld e v e l o pf a s ti nt h ef i e l do ft e l e v i s i o n p r o g r a m s k e y w o r d s ：v i r t u a ls t u d i o ；t e l e v i s i o np r o g r a m s ；s t u d i o ；v m u a lr e a l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证 书两使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：擒日期：生盟：巫丝 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：拯 e t 期：迦。正4 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：l ! ； 日 期：洱益。玎 电话： 邮编： 引言 在现代社会中，随着电视成为最广泛的大众传播媒介和娱乐工具，电视观众对于电 视节目的欣赏口味正在不断提高，而且，对于电视制作及电视技术也提出了更高的要求， 为满足这种电视制作的要求，电视技术在向数字化、多媒体发展，虚拟演播室技术将成 为2 1 世纪的新熟点。 虚拟演播室的出现，给电视制作领域带来了一场新的革命。上世纪9 0 年代中期虚 拟演播室技术在国内刚刚兴起由于硬件设备尚未威熟以及制作人员短缺，一度影响到这 一技术的推广和发展。但随着近年来i t 业的不断发展，带动了计算机图形处理技术的 发展与成熟使虚拟演播室技术近几年来再度发升。作为电视技术人员应该了解，关注和 跟踪这一新技术的发展。 虚拟演播室技术使电视导演在电视节目的制作中可以摆脱时间、空间及道具制作方 面的限制，在广泛的想象空间中进行自由创作。数字化时代的到来为虚拟演播室系统在 电视节目制作中的发展创造了无限的空间。虚拟演播室正冲击着传统演播室的地位，虚 拟演播室中摄像枫可在随意移动，它突破了传统布景、道具、灯光、场地等演播室制作 工艺的限制，虚拟场景可使用户在布景、拆景及贮存道具方面节省大量开支，为制作人 员提供了无限的自由创造空间。无疑，虚拟演播室可以极大地提高电视台对节目的刨作 和制作能力，在开拓电视节日空间，降低节目制作费用、提高节目制作效率等方面都有 着十分重要的意义。虚拟演播室，作为数字电视专项国家重点发展项目，其发展前景是 无可限量的。 。 本人在查阅了大量的有关虚拟演播室以及在电视节目中的应用的基础上，了解到虚 拟演播室技术和其应用仍在不断完善中，硬件环境和软件环境都取得一定的进步，但最 关键的因素仍然是创作者对其的理解和运用。因此本文结合虚拟演播室的特点，对虚拟 演播室系统及其应用的进行大胆重新解读，以便虚拟演播室系统在电视节目制作中更好 的运用。 理论指导实践是人们熟知的规律，在理论上对虚拟演播室进行重新解读，将会使电 视工作者重新认识虚拟演播室。根据其特点正确的运用，在电视节目的创作中起到一定 的积极和促进作用。 第一章虚拟演播室系统概述 一、虚拟演播室的工作原理 虚拟演播室( v j r n 培ls t u d i o ) 是近几年发展起来的一种新的数字化的电视节目制作技 术，是传统演播室色键抠像技术与计算机虚拟现实技术相结合的产物，它将摄像机拍摄 的图像与计算机制作的虚拟场景完美地结合起来，能创造出令人异想天开的虚拟世界。 o 虚拟演播室从根本上来说，就是将虚拟技术应用于演播室。利用虚拟演播室系统把传 统的演播室中摄像机拍摄到的真实的景物和其相关数据送入虚拟演播室的超级计算机， 并及时地根据真实演播室的摄像机的实际状态来调整虚拟摄像机，以达到完美的配合， 并通过超级制图计算机生成图像，和虚拟世界融合在一起来代替现实中的真实地演播 室。虚拟演播室系统所进行的录制工作可以说是由真实演播室摄像机( 用以拍摄真实的 道具和演员) 与虚拟摄像机( 用以拍摄虚拟场景) 共同完成的，摄像机拍摄的图像可以 实时地与计算机所制作的二维或三维图形完美无缺地结合在一起，构成一个现实中不存 在的虚拟世界。 二、虚拟演播室的类型应用比较 虚拟演播室适合于电影的各种特技制作、电视天气预报节目、访谈节目、体育转播 节目等各种电视节目，随着虚拟演播室系统的广泛应用，虚拟演播室技术受到越来越多 的关注，其发展也与日俱进。虚拟演播室的类型也从最早的简单的二维系统发展成现在 三维系统，这种类型的分类是根据虚拟场景不同，生成背景图像的维度不同来划分的。 具体可分为三大类：二维虚拟演播室系统、二维半虚拟演播室系统、三维虚拟演播室系 统。 ( 一) 二维虚拟演播室系统 二维虚拟演播室系统是虚拟演播室系统早期的产品，其生成的虚拟场景为二维图 像。拍摄方法简单使用，在拍摄过程中摄像机无需移动，只需将蓝色背景前的人物摄入 镜头，通过图像处理器将生成的任意想要的图像与拍摄的前景合成，以达到预期中的效 果。随着计算机技术的发展，虚拟演播室技术也不断的改进。简单的二维虚拟演播室系 统所产生的效果已逐渐的满足不了人们视觉要求，二维虚拟演播室系统正逐渐淡出虚拟 演播室产品市场。 ( - - ) 二维半虚拟演播室系统 二维半系统也叫准三维系统，是介于虚拟背景和三维虚拟演播室之间的过渡产品， 具有良好性价比。二维半虚拟演播室系统的背景图像生成器类似于虚拟背景系统，它是 以一张图片或一组图片为背景，其维度为三维，但却又不同于三维虚拟演播室系统。它 的虚拟场景必须事先在三维动画编辑软件里设计制作，然后进行渲染，制作成特别大的 2 高图像质量的图片以确保视频画面在镜头的推拉、俯仰、平摇过程中不会超出虚拟场景 画面。二维半虚拟演播室系统在技术方面相对有限，是事先生成场景然后进行前景和背 景的合成，在许多场合无法形成逼真的场景效果。 ( 三) 三维虚拟演播室系统 三维虚拟演播室系统是价位比较高的高档次虚拟演播室系统，可以创建全三维的虚 拟场景，这就需要采用功能强大的图形工作站来承载其庞大的数据运算量。三维虚拟演 播室系统和二维半虚拟演播室系统的不同之处，可从以下三方面入手： 二维半虚拟演播室系统与三维虚拟演播室系统相比，二维半虚拟演播室系统的不足 之处是以一张图片或一组图片为背景，其图片是事先设计生成的，在真实摄像机发生推、 拉、摇变化的时候，没有办法实时地调整虚拟摄像机，否则会造成前景和背景脱节。另 外，二维半虚拟演播室系统中的摄像机位置是预先设置好的，因此摄像机在拍摄过程中 无法实时移动。三维虚拟演播室系统的摄像机能够在场景中自由运动，利用三维建模软 件设计好场景模型，以摄像机位置、角度等参数对场景模型实时控制，并按照各参数的 即时值对场景进行实时渲染。 二维半虚拟演播室系统能够实时地处理二维图片，前后景物可随着摄像机的水平摇 移、俯仰和变焦的变化而同步变化，满足实时生成虚拟场景的需要。三维虚拟演播室系 统则能够实时地处理三维模型，前后景物可随着摄像机在演播室地面上的移动、水平摇 移、俯仰和变焦的变化而同步变化，满足实时生成虚拟场景的需要。 二维半虚拟演播室系统适用于时效性高、节奏性快的节目的拍摄和制作，如于新闻、 访谈等节目。而三维虚拟演播室系统则适用于画面精细、场景复杂和灵活性高的节目的 拍摄和制作，如娱乐综合类节目， 三、虚拟演播室系统在电视节目中的应用发展 正当虚拟现实走向实用之时，在广播影视的节目制作系统中存在着如下问题：因抠 像技术不完备而产生的背景图像不能实时跟踪前景图像的变化，而使前景与背景之间的 透视关系失配，最终使色键合成图像失去真实感：传统节目制作一个栏目要占用一个演 播室空间，与日俱增的节目制作量和有限的演播室空间的矛盾越来越突出，搭建、拆卸、 搬运、储藏实物道具和布景费时间、费财力、难防火、占空间，不仅提高了节目制作费 用，而且降低了节目制作的效率。正当这些问题困扰着影视节目从业者之时，虚拟现实 技术在2 0 世纪8 0 年代进入广播影视制作的大门，与影视融合成虚拟演播室概念。由虚 拟演播室概念到可实用的虚拟演播室技术，经过了2 0 多年的发展。 虚拟演播室的出现，给电视制作领域带来了一场新的革命。1 9 7 8 年，e u g e c e l 提出 电子演播室布景的设想：1 9 8 8 年日本n h k 将自己开发的二维计算机图形实时合成系统用 于报道酋尔奥运会新闻演播室，而后又开发了三维计算机图形系统；1 9 9 1 年b o g a r t 提 出了图像识别的基本原理和标准算法；1 9 9 3 年4 月，英国b b c 利用v i r t u a ls c e n a r i o 虚拟演播室系统制作电视新闻背景，以三维模型形式报道国会与地方选举；1 9 9 4 年，在 国际广播会议上展出欧洲i m p 公司和v a p 公司的虚拟布景系统，其中v a p 公司的产品得 到a c e o m 公司的市场及技术支持：1 9 9 5 年o r a d 公司开发了c y b e r s e t 可移动摄像机图形 识别系统，r t s e t 公司推出l a r u s 三维虚拟演播室系统i1 9 9 8 年法国世界杯足球赛采 用虚拟演播室技术进行电视转播等。迄今，美国，以色列、法国、西班牙、中国等国家 都已相继推出了较成熟的产品。在韩国总统选举和美国总统选举的电视转播中，电视观 众已看到采用了r t - _ s e t 虚拟演播室所带来的耳目一薪的转播效果。脚 在中国，中央电视台于1 9 9 8 年以来，采用了4 套不同的虚拟演播室系统制作节目， 北京电视台、广东有线电视台等省级电视台也采用虚拟演播室系统制作虚拟背景。目前 在中国的市场上参与竞争的有o r a d 、r t s e t 、e s 等公司的产品，各个省级电视台 都计划采用。但是，由于国外虚拟演播室系统多以图形工作站为硬件平台，一般都在2 0 4 0 万美元之间，许多用户因价格太贵买不起，到目前为止全国电视台采用国外的虚拟演 播室系统还不到2 0 套。可见，价格昂贵是阻碍虚拟演播室在广播电视系统广泛应用的 主要障碍。因此，急需开发一种廉价实用的、适合中国市场的虚拟演播室系统。 由于价格昂贵，除了美国p l a y 公司带有虚拟场景的t r i n i t y 数字编辑系统因性能 价格比适中而受到欢迎外，国外的虚拟演播室系统在国内市场上占有的份额极小，为以 后性能价格比更合适的虚拟系统留下了广阔的市场。可喜的是在中国市场上出现了中国 虚拟厂商的产品参与竞争韵大好局面。这些虚拟产品虽然尚处于初级阶段，但是由于具 有“乡土风味”的特点，很可能成为中国市场未来的主流产品，并后来居上。 到目前为止，在全世界已经有l o 多个虚拟演播室品牌推向市场，按照摄像机的跟 踪方式的不同，可将这1 0 多个品牌划分为传感器和图形识别两种方式，其中机械传感 方式占7 3 ，图形识别方式占2 7 ；而且三维虚拟场景占7 7 ，二维虚拟场景占2 3 。 世界各国各大电视台及节目制作单位已经采用1 0 0 多套虚拟演播室系统，其中以美国、 欧洲、日本为主。 4 第二章虚拟演播室在电视节目中的位置 一、虚拟演播室的不同点 在传统的电视节目制作中，为有一个美观多样的演播室布景。制作人员必须精心设 计和搭建表演区和场景，需要耗费大量的人力、财力用在道具的购买、场景的布置和维 护上，如价格昂贵又难以维护的大屏幕电视墙等，而且置成的场景无法即时更新和变换， 如要改换只能重建，资源利用率低且工作周期长，即使如此，许多场景、舞台效果仍无 法实现。 与传统演播室相比，主持人或演员所处的现场己不再是五颜六色的舞台，取而代之 的是一个全部涂成蓝色或绿色的房间。摄像师的拍摄对象主体只剩下了主持人或演员， 机位的运动效果体现在电脑所建立的虚拟场景中摄像师和导演分别通过监视器和电脑 终端才能看到，他们与虚拟演播室软件的操作者共同控制整个节目。与传统后期特效制 作相比，虚拟演播室具有“实时键出抠像”和“实时追踪”两大特点，几乎不用生成， 键出抠像效果远好于后期软件抠像，在电视节目制作越来越注重效率和成本的今天，满 足节目质量又节约工序时间的虚拟演播室技术将发挥更强的作用。 与传统色键技术的不同点： ( 一) 制作方法上不同 色键技术是一种已使用多年、为大家所熟悉的视频图像合成技术，利用它可将演播 室中蓝色幕布前的人物或道具( 前景) 叠加在另一个作为背景的图像上。呻传统的色键抠 像技术是，利用视频切换台上的色键器，把摄像机拍摄的主持人或演员等前景图像与背 景图片或重放的素材，进行混合而形成新的图像输出，这种方法当摄像机进行推、拉、 摇、移、俯、仰等运动拍摄时，背景画面不会作出与前景运动相应的动作变化，两者之 间互不关联，制作人员很难掌握前景与背景的比例关系，即拍摄前景的比例大小与背景 的比例不能相吻合，给人一种前景在背景上漂浮的感觉画面缺乏真实感。 虚拟演播室技术是在传统的色键抠像技术的基础上，增加了摄像机跟踪系统，摄像 机跟踪系统能实时地测出摄像机在演播室中的位置、高度以及俯、仰、推、拉、摇、移、 变焦、光圈沿光轴旋转参数，并将这些参数实时传送给计算机图形工作站。计算机图形 工作站根据这些参数实时生成与前景有正确透视关系的虚拟场景，从而使画面既有纵深 感又有层次的立体效果，满足了电视观众从多角度观赏的要求。 ( 二) 场景制作模式的不同 传统的色键抠像技术所采用的背景多是图片，外景活动画面素材等。由于传统的色 键像技术不具备透视关系，所以一般只设置1 台摄像机，且镜头与主持人或演员之间通 常保持静止不动。由于合成处理方式是在平面模式下进行，所以背景画面与前景画面合 成后没有立体空间。 s 虚拟演播室技术与传统色键抠像技术的前景虽然都是由主持人或演员及蓝背景前 的道具组成。但虚拟演播室技术制作的虚拟场景画面一般是由计算机图形工作站绘制出 来的三维场景，并且可以进行反复的修改。由于采用的是三维制作方式，其空间不受物 理空间的限制。同时，还能无限扩展创作人员的艺术想象力与创造力。在生成的虚拟场 景中，主持人或演员不仅能在虚拟场景的前面或后面行走，而且也能绕虚拟场景的四周 行走。穿插行走于虚拟场景中间，使虚拟场景更具有纵深感和真实的视觉效果。为了体 现虚拟演播室技术的这一录制特点，演播室一般设置2 3 台摄像机，可以推、拉、切换 出人物的近景和全景，同时通过传感器在合成图像中能反映出主持人或演员与虚拟场景 的正确透视关系。 ( 三) 合成方式上的不同 在传统的色键抠像技术中，色键器多以电平信号作为开关信号，去触发色键开关， 实现背景图像与前景图像进行开关切换，从而达到合成图像的目的。传统色键抠像使用 的色键其实质就是一个色调选择器，它将图像中具有某一单色调并具有一定色饱和度的 区域选择出来产生键信号，用来控制电子开关动作，从而达到色键抠像合成的目的。在 虚拟演播室中，一般采用内置色键器进行色键抠像合成处理的，这种内置色键器是用计 算机软件来完成。即主要是采用色度空间中的色度矢量处理方法，将要键去的颜色矢量 与视频信号中的每个点的颜色矢量进行精确的运算，生成8 b i t 线性键的同时，还能进 行消色和补色处理，使人物和物体的边缘能够与场景有良好的结合，以保证最佳的色键 效果。 二、虚拟演播室系统在电视节目制作中的优势 虚拟演播室是计算机技术在电视节目制作领域的应用之一，它不仅为电视节目制作 提供了高科技的制作手段和无限自由的创作空间，而且在丰富节目包装方式、降低节目 制作费用等方面也显示出其巨大的优势。虚拟演播室系统的主要优点是它能够更有效地 增强信息的感染力和交互性。嘲 ( 一) 降低了节目的制作成本 每个电视台都有多种节目，诸如新闻类、访谈类、综艺类、教育类、天气预报、节 目栏头等，由于演播室的场景必须要与节目的内容相适应，制作每个节目所需的演播室 的场景是不同的，从理想的情况看，每个节目都要有一个演播室，这样就造成浪费。虚 拟演播室只需一个蓝幕布景，利用虚拟现实技术，可以制作出各种形式的、能与主题相 配的场景。虚拟演播室置景轻松，换景方便，实现多栏目共用演播室，使用中小演播室 实现大场景制作。另外，虚拟演播室是以计算机制作的虚拟场景作为背景，不需要搭建、 拆卸、搬运、储藏以及制作实物道具和布景，大大节约了人力、物力和财力。 ( 二) 解决了传统抠像的失真问题 运用传统色键技术抠像时，由于色键是在二维平面空间运作，摄像机做任何运动， 色键的背景画面都不会随前景画面而相应变化，前后景之间缺乏联动关系，看上去前景 6 就像漂浮在背景上一样，造成透视关系失配而失去真实感。而采用同步跟踪技术的虚拟 演播室，可将摄像机的运动参数转变成电信号，通过计算机的运算，对虚拟场景的相应 参数进行调整，实时生成与前景联动的背景信号。虚拟演播系统制作的布景是合乎比例 的立体设计，当摄像机移动时，虚拟的布景与前景画面都会出现相应的变化，因此，合 成后的前景与背景看上去是一起运动的，从而增加了节目的真实感。 ( 三) 拓宽了节目制作者的创作空闯 在传统的演播室中，创作人员的设计思路往往受演播室的大小及节目资金等条件的 限制，使得有些精妙的创意无法完整实现。而虚拟演播室没有时空的限制，没有资金的 约束，制作人员的选择余地大，对于同一节日可以不用同一演播室，因为背景可以存入 磁盘，它可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力，利用现有的多种三维动画软件 创作出高质量的背景。 创作出精美的、真实场景无法达到的电视视觉效果。虚拟演播室给创作人员带来了 充足的创意空间，使实际不可能做到的变成现实，使观众收视到前所未有的充满立体感 和强烈冲击力的电视画面。虚拟现实技术可以在演播室的有限空间里创造出气势宏大的 壮观场面，从而使得节目的创作已经不再受演播室面积的限制。 三、虚拟演播室系统在电视节目制作中应注意的问题 ( 一) 虚拟背景的逼真性问题 虚拟背景的逼真性还不能令人满意。其原因除了软件功能存在缺陷外，硬件的速度 问题也是一个制约因素。虽然国内逐步采用三维虚拟演播室系统来保证逼真的三维虚拟 背景效果，但由于它使用了高档的图形生成硬件及软件，三维虚拟演播室系统价格仍然 昂贵，设备一次性投资很大。从性价比上看，国产虚拟演播室系统已具有与国外产品一 较高低的实力，唯一不足的是系统可靠性总体上与国外产品比，还有一定差距。不过国 内公司在产品售后服务与技术支持方面有一定的优势。 ( 二) 人才问题 利用虚拟演播室进行节目创作更加复杂，对节目制作人员也提出了更高的要求，尤 其是三维系统运作过于复杂，非专业人士很难胜任操作。而且它不再是一两个人就能充 分使用好的系统，它需要导演、演员、虚拟场景创作者、虚拟系统的操作者等人员的通 力配合才能真正发挥虚拟演播室的功能，创作出高质量的特技效果。 ( 三) 跟踪技术问题 虚拟演播室的跟踪技术非常重要，但对于摄像机运动参数的获取( 跟踪技术) 不论 采用何种方式，都存在局限性。网格跟踪虽然优点很多，普遍认为是必须具备的跟踪技 术，但它无法进行3 6 0 度拍摄，也不能拍人物的大特写。机械传感器方式无法获得摄像 机的位置参数，因此单独使用传感器的最大弊病是摄像机无法移动，镜头校准的时间太 长，当摄像机数量超过3 个小时，其成本要高很多，而且，连接设备复杂，故障率高。 红外跟踪技术虽性能最优但造价较高，适用于高端虚拟演播室系统，且覆盖范围小，易 受红外反射面( 如橡胶运动鞋、金属反射面等) 影响；对演播室高度及可支持的机位数 有一定限制；红外摄像机与接收器之间不能有遮挡，所以对道具放置的要求比较苛刻， 对镜头运动的支持精度不及机械方式的镜头编码器。因此，具体应用时可摒弃采用单一 跟踪技术的方法，将几种技术混合使用，各取所长，互补所短。 ( 四) 灯光问题 虚拟场景的灯光和实际拍摄时的灯光很难配合。照明在虚拟演播室中很重要，所有 光色必须保证蓝色空间场地基色，以适应色键器抠像的技术要求。虚拟演播室的无限蓝 箱给灯光的处理带来了新的要求，传统的三点式布光的方法要有所变化，处理好布光问 题可大大增加虚拟场景的真实感。对于地面、墙面的光线要尽量做到均匀、无阴影，要 注意把握人物主体与蓝色背景之间布光的比例：另一方面，要注意现场真实灯光与虚拟 系统生成的场景光效之间的协调，以增强真实感。 ( 五) 系统延时问题 整个虚拟演播室系统的延时主要取决于图形工作站的延时，大家都知道图形工作站 运算的背景图是最耗时的，无论传感器的跟踪还是网格的跟踪，其延时都远远小于图形 工作站运算时间，这也就是为什么传感器和网格跟踪都需要加视频延时的原因。因此 在前景与虚拟场景合成之前，首先要对前景进行相应的延时处理，另外声音信号也要做 相同的延时处理，以保证演员的声音与口型一致，以确保观众看到的音视频同步。 ( 六) 信号同步问题 在数字系统中依然存在信号的同步问题，但由于具有数字输入、输出的设备一般均 内置自动定时补偿功能，因此与模拟系统相比，放宽了对系统定时精度的要求。只要达 到毫秒数量级的精度就可以了。考虑到演播室与非编网系统、播出系统之间进行信号的 调度和交换的可能性，建立一个统一的同步系统仍是非常必要的。 ( 七) 图形工作站选择闯题 对于目前虚拟演播室采用的图形工作站，由于“p c + 图形卡”和专业图形工作站两 种系统价格相差悬殊，有相当一部分用户采用“p c + 图形卡”的虚拟演播室系统。采用 “p c + 图形卡”的虚拟演播室系统稳定性、实时渲染图形的能力等方面都存在不足。而 且专业图形工作站可以根据用户实际需要任意扩展“p c + 图形卡”则远远做不到这一点。 通用p c 存在很多i 0 瓶颈限制。而专业图形工作站厂商，基本要专门开发硬件来解决这 些瓶颈，并且还要做很多图形方面的优化，因而“p c + 图形卡”这样组装的工作站，在 真三维虚拟演播室的实时渲染中基本无法满足需要。 尽管在应用中仍然存在一些不足和局限，虚拟演播技术还是有着传统实景演播室无 法比拟的优势，在节目制作过程中，可以通过一些技术手段基本排除这些不足和局限的 影响，从而最大限度地发挥虚拟演播技术的制作优势。 四、虚拟演播室系统在电视节目中体现的特性 ( 一) 虚拟演播室的虚拟性 8 虚拟演播室系统是在虚拟现实技术的基础上发展起来的，要想了解虚拟演播室系统 的虚拟性，首先要先了解虚拟现实技术。 虚拟现实( 简称v r ) ，又称灵境技术，是以浸没感、交互性和构思为基本特征的计 算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技 术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感 觉器官功能，使入能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然 的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。嗍使用者不仅能够通过 虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破 空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。v r 技术具有超 越现实的虚拟性。 虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机。它的一个主要功能是生成虚拟境界的图 形，故此又称为图形工作站。目前在此领域应用最广泛的是s g i 、s u n 等生产厂商生产 的专用工作站，但近来基于i n t e l 奔腾( 代) 代芯片的和图形加速卡的微机图形工 作站性能价格比优异，有可能异军突起。图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键 外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显 示器在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，并带有立体声耳机， 可以使入产生强烈的浸没感。其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能，包括数据 手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。 权威人士断言，虚拟现实技术将是2 1 世纪信息技术的代表。它的发展，不仅从根 本上改变人们的工作方式和生活方式，劳和逸将真正结合起来，人们在享受环境中工作， 在工作过程中得到享受；而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合，将诞生人 类的第九艺术。随着计算机技术的发展，在p c 机上实现虚拟现实技术已成为可能。所 以，目前虚拟现实技术系统的运行趋势为单机桌面和互联网两种主要方式，因此，它对 计算机硬件技术和网络技术的发展和应用也有很大的刺激作用。 虚拟技术是虚拟演播室的基础，虚拟性是虚拟技术的灵魂，同样也是虚拟演播室的 灵魂。虚拟演播室所展现在观众眼前的，就是一个虚拟的环境。在当下，虚拟演播室系 统在电视节目中的应用，还没有达到完全的虚拟性，有大部分的电视节目还采用传统的 方式，真实的节目主持人和虚拟背景的搭配。随着虚拟演播室技术的不断完善和进步， 虚拟演播室带给观众的将不仅仅是虚拟的背景，还有虚拟的人物。在不久的将来，虚拟 演播室在电视节目中体现其完全的虚拟性是指日可待的。 ( 二) 虚拟演播室的艺术性 虚拟演播室从其根本上来说是计算机技术和多媒体技术发展的产物，在技术的基础 上，运用到电视节耳中，展现到观众面前的就是人们前所未见的所幻想的虚拟世界，给 观众带来的是视觉上的冲击，观众从审美的角度来观看经过虚拟演播室制作的节目。在 创作和观看的角度来说，虚拟演播室是具有艺术性的。其艺术性的体现，在于创作者的 构思和创作，一个好的优秀的电视节目的创作是个复杂的过程，虚拟背景的产生是创作 9 者集体思维的结晶，在入们无限的想象中得以实现。在整个虚拟背景的创作过程中，艺 术性得以体现和张扬。当虚拟背景和真实的主持人合成的时候，除了需要技术的支持， 也需要创作者在合成的同时，运用他们特有的艺术思维来完善其画面的质量，达到完美 的结合。 观众在观看运用虚拟演播室完成的电视节目的同时，他们会用其审美的角度来审视 和评判。在这个过程中，虚拟演播室的艺术性又得以体现。 ( 三) 虚拟演播室的实时性 传统的虚拟演播室在其布景在搭建好后，就要应用到电视节目的制作中进行拍摄工 作。在电视节目制作过程中，演播室是的背景是不能进行大规模的变动的，费时费力。 而虚拟演播室，在节目的制作过程中，可以根据其节目的具体需要进行相应的修改，如 二维半虚拟演播室系统可以实时处理二维图片，三维虚拟演播室系统则可以实时处理三 维模型，使节目达到完美的效果。这就是虚拟演播室具有的实时性。 ( 四) 虚拟演播室的结合性 虚拟演播室系统是虚拟技术与影视艺术完美结合的产物，具有其结合性。虚拟演播 室系统实在虚拟技术的基础上产生的，其技术性是显而易见的，虚拟演播室的艺术性则 体现在起在电视节目的制作过程中，使其艺术价值得以显现。虚拟演播室的艺术特性是 在其技术的基础上建立起来的。缺少了技术的支持，其艺术性无以得到充分的发挥，只 有有了强大的技术支持，虚拟演播室系统在电视节目中的运用才会更加灵活自如，其艺 术价值才能更加趋于完美。为了达到更加完美的艺术效果，需要不断的完善其技术，这 就促使技术不断的改进。技术和艺术是相辅相成的完美的结合在一起。 ( 五) 虚拟演播室的逼真性 虚拟演播室系统创造出来的场景或入物都是虚拟的、菲真实的。在技术还不完善的 状态下创造出来的虚拟环境还无法达到完全的逼真。虚拟演播室的虚拟性造就了其的逼 真性，虚拟演播室系统所创造的产物其虚拟性越强，达到的逼真效果越好。虚拟演播室 的最终的目的就是达到创作出以假乱真的效果，让观众在收看节目时分不出虚拟还是现 实。虚拟演播室的虚拟效果越强，其产生的逼真性越真；逼真性越是真则更需要更加完 美的虚拟效果。对于逼真性的追求就是对虚拟性的要求，反之亦然。 ( 六) 虚拟演播室的拓展性 虚拟演播室的拓展空间是无限的，其主要体现在以下三个方面。第一方面：虚拟演 播室技术是和飞速发展的计算机技术和多媒体技术联系在一起的。目前的虚拟演播室系 统还不算完善，在电视节目的制作过程中还存在着很多的问题。为了改善其在电视节目 制作中所存在的技术问题和达到更加理想的艺术效果，都需要虚拟演播室技术的日趋完 善。在如今高科技飞速发展的时代，虚拟演播室的技术方面的发展空间是无可限量的。 第二方面：虚拟演播室的艺术性是建立在技术的基础上的。在电视节目的制作过程中只 要技术含量达到一定的程度，其创作者想要达到的艺术效果就可以充分的被展现出来。 技术含量越高，其艺术效果则越发完美，虚拟演播室的艺术方面的拓展空间和其技术发 1 0 展是成正比的。从另一个角度来说，观众对艺术品位的要求是与日俱增的，为满足观众 的这一需求，创作者只有在电视节目的制作过程中更加合理的运用虚拟演播室系统，以 达到其理想的艺术效果。这就大大增强了艺术的拓展空间。第三方面：随着虚拟演播室 技术的不断发展和类型不断的增加，其应用的领域这不断的向外拓展。 第三章虚拟演播室系统在电视节目制作中的运用 一、虚拟演播室系统在电视节目制作中需要的关键技术 ( 一) 摄像机跟踪技术 1 机械跟踪方式 ， 这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据，它通常被安装在三角架或基座 之上，为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装置，这个装置中 包含有传感器和有关电子装置，称为镜头运动参数编码器，这是一种精确的旋转编码器， 镜头编码器通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，当变焦环或聚焦环发生 位置变化时，编码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。 2 图像分析识别方式 图像分析识别方式是利用图像分析识别技术在拍摄期间同步控制并检测摄像机的 各项运动参数，包括位置参数( 从只z ) 、水平转动参数、垂直转动参数和变焦参数， 所有这些参数都被转化成位置参数，这就使得摄像师能够在拍摄过程中随意移动摄像 机，而且也不需要特殊的摄像机。目前使用一种在蓝箱正面用浅蓝色组成的网格图案， 而且正面是倾斜放置的，这种精确的网格图案以两种不同的蓝色绘制于背景上，背景整 体采用与传统演播室相同的蓝色，因此仍可利用色键合成技术。摄像机拍摄这种图案后， 与计算机跟踪软件及硬件预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟场景的透视关系 及距离。所以，启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，利用图像分析的方 法检测出其亮度的变化，通过计算机计算出每一幅图像中由于摄像机运动而引起的水平 位移、垂直位移及镜头交焦参数的变化，这些参数被送入图形工作站中，控制着由计算 机制作出的虚拟场景中的摄像机的运动，这样，在虚拟的摄像机中看到的场景中的物体 的位置及透视关系与实际拍摄的摄像机完全一致。 图形识别方式的优势在于：不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准，便于摄像师 操作，摄像机可以不用轨道进行移动；一个跟踪器可同时用于多个摄像机。其不足之处 在于：要对每幅画面进行大数据量分析和计算，对前景图像加配视音频延时器，加大了 视频延时量：为了精确的跟踪，必须使网格图案保持清晰，这使得摄像机景深范围受到 限制，摄像机的焦点必须始终保证在网格上，主持人有时会显得模糊；只有当画面中含 有一定数量的网格图案时，系统才能进行测量计算，使得演员的活动范围受到一定的限 制，无法拍摄一些特写镜头；由于背景有深浅两种蓝色，对演播室布光要求比较严格， 对色键器的质量要求很高。 ( 二) 三维虚拟场景的制作 在虚拟演播室系统中占有举足轻重地位的是三维虚拟场景的制作，它的创作和传统 演播室布景的制作同样需要前期设计和创意，不过它的优点在于：可以随时从各种角度 1 2 观察场景的整体效果，并根据需要进行灵活的修改，而且可以制作出真实演播室所无法 实现的效果，其空间不受物理空间限制，同时节省了大量的人力、物力、财力，缩短了 节目制作周期。在虚拟演播室中，首先要对虚拟背景中的物体进行建模，也就是用计算 机制作出在节目中将要用到的三维线框模型，如利用a m o c a d 、3 d s 等软件可建立物 体的3 d 模型，然后必须对物体的各个部分赋予不同的材质，确定材质后，还必须根据 需要对虚拟物体进行安排和定位。为产生逼真的3 d 效果，还要配上虚拟灯光，虚拟灯 光产生的投影、高光、反射必须和演播室的真实灯光相匹配。完成这些前期工作后，计 算机图形工作站就可利用来自摄像机传感系统的数据建立虚拟摄像机，用虚拟摄像机生 成虚拟背景。虚拟场景的制作可以使用3 d m a x ，m a y a ，s o f t i m a g e ，l i g h t w a v e 等软件，有的虚拟系统集成商与这些软件开发商合作开发插件，使得在这些软件中建 的场景能直接被用于虚拟演播室系统中，场景的修改也变得简单易行，大大提高了工作 效率。啪 ( 三) 蓝背景技术 制作虚拟演播室的蓝背景与普通制作键的蓝背景不一样，除了要求背景平滑外，还 要有空间感，一般是两面或三面蓝色墙加上地面，并且要求：照射在蓝背景上面的光线 必须均匀；蓝背景上不能有反光点；使用纯正的色键蓝色，以保证最好的色键效果；蓝 背景空间的大小应保证可容纳全部道具并使主持人有足够的活动区域。一般情况下，摄 像机拍摄的范围与蓝背景的边界有关，也就是说，摄像机拍摄范围不能超过蓝背景。目 前，虚拟演播室软件为了避免产生蓝背景之外的色键效果，可以在真实蓝背景之外产生 一个“虚拟的蓝背景”来进行遮挡，利用这一技术，可以产生一个“虚拟的天花板”来 遮挡住真实背景顶上的各种实物，还可以用它产生实际摄像机3 6 0 度旋转效果，而这些 在实际演播室中是无法实现的。 ( 四) 深度键( d e p t t r - - k e y ) 技术 目前，获得深度键的方法大致有两种：一种是靠近似判断的方法得出的，它是用近 似的方法判断出前景主持人和摄像机的相对距离，并且用这个值作为整个前景的深度 值，如果主持人移动，那么这个值也将改变，通过对合成画面上每个像素z 值的计算和 实际内容的需要用手控方式决定前景主持人和虚拟背景的相对关系。另一种获取z 值的 方法是采用“自动主持人跟踪系统”，它主要是由一个固定在主持人身上的红外发射器 和一套安装在演播室墙上的红外接收装置完成，它可以准确测定出主持人的三维位置， 自动识别出前景主持人和虚拟背景的相对位置关系。虚拟演播室对色键技术提出了更高 的要求，为了将前景画面和虚拟背景合成得天衣无缝，要求色键具有纵深方向的信息( 即 z 轴方向的参数) ，即虚拟摄像机到每个像素的距离，这是一种基于计算机