虚拟演播室的发展

1、- -新形式电影启蒙了虚拟现实思想的产生 回忆历史令人深思，光学媒体的电影与电子媒体的电视的相互竞争所产生的新形式电影怎么会成为虚拟现实思想产生的启蒙之源？持此种疑心观点的人的理  由是，光学媒体与电子媒体不仅物理属性不同，而且二者诞生的时间相差甚远，相互之间竞争既无必要，又不可能，更谈不上与虚拟现实的关系。图1显示了影视开展的关系框图。由图可见，上述疑心是可以理解的，但并不完全符合客观实际。 从1895年法国米埃尔兄弟创造无声电影到20世纪50年代，电影“独霸眼球的时代，电影采用20世纪30年代Walt Disney创造的光电管特技技术为摄制特殊镜头提供了技巧，这就是最早出现的特技

2、special effects。利用特技在电影银幕上可表现仙境鬼域等趣味横生的视觉效果，此时的电影像吸铁石一样，将大批电影观众结实地吸引到电影院的座位上。电影在出尽风头的同时，也诱发了人们“坐在家里看电影 的愿望。 1936年11月2日在英国亚历山大宫首先开场的黑白电视播送，1954年1月美国首先开场的NTSC制彩色电视播送，使这种愿望得以实现。在电视开展的初期，电视以初生婴儿的面孔出现，处处模仿和借鉴电影的技术，确实不具备与电影竞争的实力。电影也从未把电视放在眼里，尤其是闻名于世界的"美国摄影师"杂志，从来也没有低下那傲慢的头，仔细考虑电影需要向电视学习点什么！ 电视在模

3、仿和借鉴电影技术的过程中，视频技术得到迅猛开展，电子特技诞生。1956年美国AMPEX公司研制的旋转4磁头播送用视频磁带录像机的推出，为电视提供了传播媒体。录像带出租业务的开展和普及，改变了人们欣赏电影的方式，大批电影观众从电影院回到家庭的电视机前，成为电影的真正的竞争对手。在电影院上座率夕阳西下，呈现一派冷落景象的形势下，一向不重视电视的电影制片厂开场转向为电视拍片。正当电影界愁眉锁眼，苦于找不到出路之时，局部片段用电视特技拍摄的"星球大战"票房收入高达4亿美元的冲击波，强烈地震撼了电影界，使他们认识到，只有借助于视频技术，电影才能绝路逢生。就连最保守的"美国摄

4、影师"杂志编者，也在1983年出版的 “电子影像专刊上声明：“把电子影像和它所有的记录和加工技术全面包括进来的时代已经到来，事实上，得赶一赶，让我们怀着入迷和冲动的心情共同踏上这勇敢的征途。 与此同时，电影充分利用电影影像质量高于电视图像质量的有利条件，开展新形式的特殊电影，试图将电视观众拉回到电影院，与电视争夺观众。怎样才能对观众构成巨大的吸引力呢？关键是要扩大观众的视野，使其具有身临其境的真实感。如宽银幕电影、环幕电影和球幕电影等新形式电影都具有影像画面视野广阔、艺术表现力强的优点，都能给观众以宽视野的深度感和环境感，但有人提出浸没深度太浅，并建议寻找一种观众可以进入新形式电影之

5、内的方法。这样，电影图像及声音给人的身临其境之感，启蒙了虚拟现实思想的产生，当时人们称其为“灵境。 计算机应用推动了虚拟现实技术的实现 随着计算机技术的开展，人们对仿真建模、计算机辅助设计、计算机艺术、计算机视觉、智能机器人等的需求，又在客观上推动了虚拟现实技术的开展，成为虚拟现实开展的动力之一。在“第三届中国高新技术产业国际周上展示了一个利用计算机仿真技术制作的动感电影系统，名为“魔幻飞舟。当你坐在飞舟上开场旅行时，惊心动魄的事件接连不断。你感觉到你的身体与飞舟已经成为一体，并伴随着飞舟左右摇摆而摇晃、上下颠簸而震动，两手紧握飞舟扶手，生怕自己一不小心会堕舟太空。当飞舟被撞的粉身碎骨之时，你

6、会下意识地闭上双眼，头脑里闪过一个念头：“今天算交代了。这种动感电影集视、听、动、想于一体，融娱乐性、趣味性、知识性、刺激性于一身，给人以身临其境、逼真动人之感。这与一级方程式赛车模拟训练器、飞机驾驶模拟训练器一样，都是源自于60年代Horton Heiling 创造的多感、仿真环境的原型“Sensorama"。70年代， Myron Krueger 提出了“人工现实Artificial Reality，描述了实际并不存在的一种概念化的环境；80年代Scott Fisher等研制了多感知、多用途的虚拟接口环境系统。 为什么人们对创造虚拟环境那么热衷？这是由于真实世界对虚拟世界的需要。

7、一般而言有三方面的需要：其一是人与虚拟环境交互的需要(参见图2 中A与B的交互)，如建造像演播中心、电视发射塔、客轮等占用空间大、资金消耗大、生产周期长、不能中途退换的大型建造物，需要预先做虚拟现实系统，让用户进入虚拟现实物内参观，并对设计和设施等进展选择。显然，用户与虚拟环境的交互，实际上是用户通过计算机创造的虚拟环境与计算机通信。 其二是共用一个虚拟环境的群用户之间交互的需要(参见图2中A与D的交互)，如虚拟会议、计算机三维动画游戏和现代电子战条件下海、陆、空联合作战演习模拟等，都是多用户共处于同一个计算机所创造的虚拟现实环境中，以计算机作为用户之间相互交互的媒介。 其三是终端用户通过虚拟

8、现实环境与发端现实世界交互的需要(参见图2中A与C的交互)，如计算机辅助的远程医疗检查、远程现场肿瘤切除手术和远程控制那些操纵微小物体的机器人系统等，都是发端现实世界的虚拟重现作用于远端的现实世界的实例。 显然，计算机依然是终端用户与发端现实世界交互的媒介。 由此可见，虚拟现实技术首先是一种现实，因为它可以使人通过视觉、色觉、听觉、力觉、触觉和运动等多维感官，沉浸(Immersion)在身临其境之感的虚拟环境之中，并能根据自己的愿望实时地操纵和改变此种  环境，与虚拟境界进展实时交互(Interaction)，从定位、定量计算的综合环境中获得感性和理性的认识，给人以一种真实的存在感。

9、但是，这种在虚拟环境中的真实程度，并不是一种真实的物理世界，如把自己在虚拟环境中描述成一位大力神，能单手托起一辆载重汽车，而这在现实世界中是不可能做到的事，在虚拟环境中那么可以通过自由设想(Imagination)做到这一点，即通过想像而虚构的现实。所以，虚拟现实是一种感觉到的现实，并非真实的现实，故称其为虚拟现实。因此，沉浸其境、实时交互、自由设想三个要素构成了虚拟现实的根本特征。其中前两个要素反映了现实性，后一个要素反映了虚拟性，虚拟现实是现实性与虚拟性对立统一的结果。假设用逻辑关系表达，那么有：虚拟现实VR= 沉浸Immersion×交互Interaction×设想I

10、magination。Joe Gradeck将“虚拟现实形象地定义为“一个三维的交互式游乐场。实质上是一个由计算机及其他传感器组成的、满足人们需要的、创立和体验虚拟世界的多维信息处理的交互系统，其构成及交互类型如图2所示。 由图2可见，虚拟现实是一个基于计算机的应用系统，计算机及其外围设备生成一种可由用户实时动态控制的可感知的环境，用户感觉这种环境好似是真的，并称这种感觉环境为虚拟世界。事实上，计算机生成的这种虚拟环境是具有外表色彩的、可以重现的立体图形或物体的模型。这些模型的形状、大小、颜色有的具有静态属性，有的具有动态属性。它可以是真实世界的表达，即从现实世界中提取而成的虚拟世界，如用视频

11、序列制成的交互式远程诊断等；也可以是自由设想的世界，即由编导人员描绘、编辑、合成的虚拟世界，如建筑师设计的草图等。通过控制各种反响到用户传感器，使用户浸没在该环境之中，实现用户与虚拟环境的自然、直接交互。如图2中用户A与虚拟世界B 的交互；用户A也可以通过虚拟世界B与共处于同一个虚拟现实系统中的其他用户D进展交互；终端用户D也可以通过虚拟世界B与现实世界C进展交互，即现实世界的虚拟重现作用于远端的现实世界。虚拟现实是一种基于计算机的应用系统，即是计算机应用推动了虚拟现实的实现，这已成为一个不争的事实。 显然，虚拟现实的概念产生于20世纪50年代影视竞争之时，并逐步成为信息科学领域中的新技术，由

12、于其广泛的实用性，引起军事、建筑、医疗、教育等多学科领域的重视和应用。 虚拟现实与影视融合产生了虚拟演播室 正当虚拟现实走向实用之时，在播送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20世纪80年代进入播送影视制作

13、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20多年的开展,过程如表1所示。 到目前为止,在全世界已经有10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10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73，图形识别方式占27；而且三维虚拟场景占77，二维虚拟场景占23，如表2所示。世界各国各大电视台及节目制作单位已经采用100多套虚拟演播室系统，其中以美国、欧洲、日本为主，如美国的电影“泰坦尼克号虚拟背景的制作，1998年法国世界杯足球赛采用虚拟演播室技术进展电视转播等。 在中国，中央电视台于1998年以来，采用了4套不同

14、的虚拟演播室系统制作节目，电视台、XX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Orad 、RTSET、ES等公司的产品，各个省级电视台都方案采用。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2040万美元之间，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20套。可见，价格昂贵是阻碍虚拟演播室在播送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。 为此，播送学院电视工程系在PCWindows NT平台上，探讨了利用Open GL和Direct X模拟虚拟布景软件

15、的可能性，取得了阶段性成果。实验证明，基于PC的虚拟演播室系统是可行的。 由于价格昂贵，除了美国Play公司带有虚拟场景的 Trinity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适宜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的大好局面。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。 虚拟演播室适应了节目制作的需要 虚拟演播室开展的历史极其短暂，其性能远未到达人们的期望，其价位之高令一般电视台望而生畏。在这样的条件下，为什么全世界会有100多家电视台抢先采用？这是由于