摘要：本文基于筆者多年從事氣象預(yù)報(bào)節(jié)目制作的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以虛擬演播室技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)電視節(jié)目制作中的應(yīng)用思路為研究對(duì)象，論文首先探討了虛擬演播室的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而給出了虛擬演播室技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合海南某電視臺(tái)虛擬演播室實(shí)例進(jìn)行了探討，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：虛擬演播室，氣象預(yù)報(bào)，電視節(jié)目，制作
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)06(c)-0000-00
　　
　　虛擬演播室是由電視節(jié)目制作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合而成的一種新興的電視節(jié)目制作系統(tǒng)。它是一個(gè)只有演員和道具，無(wú)需實(shí)際場(chǎng)景的演播室。它將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的演員表演的（或是現(xiàn)場(chǎng)拍攝的其它電視畫(huà)面）活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使演員的表演與虛擬背景達(dá)到同步變化，從而實(shí)現(xiàn)前景與背景的完美結(jié)合。虛擬演播室具有傳統(tǒng)演播室無(wú)法比擬的優(yōu)越性。虛擬演播室技術(shù)早已在軍事、航空、科研、氣象、建筑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，也早已應(yīng)用于影視制作領(lǐng)域，《泰坦尼克號(hào)》、《侏羅紀(jì)公園》、《阿甘正傳》等大片的制作都借助了虛擬演播室技術(shù)。
　　1 虛擬演播室的優(yōu)勢(shì)
　　隨著虛擬演播室產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)功能的不斷完善和提高，應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，虛擬演播室的優(yōu)勢(shì)也逐漸地顯現(xiàn)出來(lái)：
　?。?）虛擬演播室最顯著的特點(diǎn)就是它能帶給編創(chuàng)人員無(wú)限的創(chuàng)作思維空間。虛擬演播室可以使創(chuàng)編人員的創(chuàng)作思維任意馳騁，編創(chuàng)人員的思維活動(dòng)得到了充分的發(fā)揮。虛擬場(chǎng)景可以是真實(shí)的模擬，也可以是想象中的世界，不受現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)條件和時(shí)空條件的限制。真正是 “沒(méi)有做不到，只有想不到”。大大滿(mǎn)足了觀眾的口味。
　　（2）虛擬演播室不需要搭建實(shí)景、不占用演播室制景和拆景時(shí)間，只要利用現(xiàn)有的多種三維動(dòng)畫(huà)軟件，就可以制作出各種逼真的三維場(chǎng)景。節(jié)約了人力、物力、財(cái)力。制作成本大幅降低，制作周期大幅縮短，極大地迎合了電視節(jié)目制作人員的心理需求。
　?。?）虛擬演播室可方便快捷地更換場(chǎng)景，制作人員不必拘泥于場(chǎng)景的限制，選擇的余地非常大。虛擬場(chǎng)景能隨時(shí)的修改和更換，反復(fù)使用。場(chǎng)景文件的交換、傳送也極為方便，可有效地實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的共享。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對(duì)虛擬演播室的支持，電視節(jié)目的制作將不再受地域條件的限制。同一節(jié)目的制作可以在兩地或數(shù)地同時(shí)進(jìn)行。
　　虛擬演播室的這些優(yōu)勢(shì)，使得傳統(tǒng)演播室無(wú)法與之相媲美。虛擬演播室的出現(xiàn)，將影視制作人員帶到了一個(gè)全新的世界。隨著虛擬演播室的新技術(shù)、新功能的不斷的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，虛擬演播室將展現(xiàn)出更多的新優(yōu)勢(shì)。
　　2 虛擬演播室技術(shù)
　　虛擬演播室可分為三個(gè)部分：攝像機(jī)跟蹤部分、計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景生成部分、視頻合成部分。
　　2.1 攝像機(jī)跟蹤部分
　　攝像機(jī)跟蹤部分的任務(wù)就是實(shí)時(shí)地測(cè)出真實(shí)攝像機(jī)在演播室中的準(zhǔn)確位置和動(dòng)作參數(shù)。攝像機(jī)在拍攝過(guò)程中有平移X、縱移Y、景深Z、水平角、俯仰角、鏡頭變焦ZOOM、聚焦FOCUS等變化，這些參數(shù)被傳遞給用于背景生成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，圖形計(jì)算機(jī)將根據(jù)這些參數(shù)不斷調(diào)整三維視圖。目前虛擬演播室的攝像機(jī)跟蹤定位系統(tǒng)有以下三種方式：圖形識(shí)別方式、機(jī)械傳感方式、紅外線(xiàn)發(fā)射和接收方式。
　　2.1.1 圖形識(shí)別方式
　　這種方式是根據(jù)演播室的大小，在演播室的背景幕布上定制不同尺寸的網(wǎng)格，依靠攝像機(jī)拍下的視頻圖像，可以實(shí)時(shí)地解析出攝像機(jī)的位置、方向和變焦參數(shù)。支持任意數(shù)量和類(lèi)型的普通演播室攝像機(jī)，安裝操作也比較簡(jiǎn)單，由于所有的參數(shù)都來(lái)源于攝像機(jī)拍攝的網(wǎng)格，所以只有在攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面中同時(shí)滿(mǎn)足網(wǎng)格占當(dāng)前畫(huà)面的50%以上和有四個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)這兩個(gè)條件時(shí)，系統(tǒng)才能正確識(shí)別參數(shù)。這種識(shí)別方式對(duì)演員的活動(dòng)范圍有一定的限制，而且使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的視頻延時(shí)。
　　2.1.2機(jī)械傳感器識(shí)別方式
　　這種方式是通過(guò)安裝在攝像機(jī)各部分的機(jī)械傳感器來(lái)獲取各種信息。機(jī)械傳感識(shí)別方式的優(yōu)勢(shì)在于單顏色藍(lán)背景，無(wú)需繪制背景的網(wǎng)格，很容易照亮藍(lán)色背景而不用擔(dān)心照亮網(wǎng)格；跟蹤數(shù)據(jù)沒(méi)有延時(shí)；在加入了某些位置測(cè)量跟蹤器后，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)不受限制，演員在藍(lán)色舞臺(tái)范圍內(nèi)可以自由活動(dòng)；攝像機(jī)搖移、俯仰及變焦信息的采集速率可以完全跟上電視圖像的刷新速率，無(wú)需額外的工作站處理跟蹤信息。
　　2.1.3紅外線(xiàn)發(fā)射和接收識(shí)別方式
　　這種方式采用紅外線(xiàn)信號(hào)發(fā)射和多點(diǎn)攝像頭接收的原理，對(duì)攝像機(jī)位置進(jìn)行定位。它是利用紅外線(xiàn)收發(fā)裝置來(lái)檢測(cè)演員和攝像機(jī)在演播室中的位置，紅外線(xiàn)發(fā)射裝置安裝在演員及攝像機(jī)身上，接收裝置則安裝在藍(lán)色背景的上方。這種方式成本相對(duì)較高，安裝相對(duì)復(fù)雜；對(duì)系統(tǒng)配置要求也較高；同時(shí)視音頻延時(shí)較大。
　　2.2 計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景生成部分
　　虛擬演播室的場(chǎng)景是計(jì)算機(jī)繪制的圖形，有二維和三維之分，因而虛擬場(chǎng)景也有二維和三維之分，二維場(chǎng)景只能作為背景平面，出現(xiàn)在真實(shí)的人物后面，而三維場(chǎng)景具有Z方向的厚度，是立體的，可以作為真實(shí)人物的前景出現(xiàn)，也可以作為背景出現(xiàn)，并且真實(shí)人物還能?chē)@虛擬景物運(yùn)動(dòng)，達(dá)到以假亂真的程度。虛擬場(chǎng)景的設(shè)計(jì)制作可以用開(kāi)放的平臺(tái)及軟件，例如3DMAX、MAYA、Softimage3D、Alias、Front等來(lái)建立三維虛擬場(chǎng)景。并控制合適的貼圖、燈光、模型等參數(shù)，加上視頻插入信號(hào)及虛擬燈光效果，虛擬演播室就更具真實(shí)感。
　　2.3 視頻合成部分
　　虛擬演播室系統(tǒng)視頻合成的基本技術(shù)是“摳像”技術(shù)，攝像機(jī)拍攝的真實(shí)人物和景物通過(guò)“摳像”處理，與計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景合成一個(gè)畫(huà)面。計(jì)算機(jī)制作的虛擬場(chǎng)景和每一個(gè)像素都有一個(gè)景深數(shù)值，根據(jù)帶有景深數(shù)值的參數(shù)控制切換臺(tái)（色度控制鍵）即可實(shí)現(xiàn)真實(shí)演員在虛擬場(chǎng)景中的位置的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)前景與背景的實(shí)時(shí)合成。
　　3 典型的虛擬演播室系統(tǒng)分析
　　海南某電視臺(tái)虛擬演播室采用SGI 02圖形工作站、Questech Quick數(shù)字色鍵、VDI-10攝像機(jī)狀態(tài)分析器、含視頻延時(shí)單元的DVP50視頻處理器、BEL模擬音頻延時(shí)器等設(shè)備。其配置見(jiàn)圖1。
　　
　　圖1 某電視臺(tái)虛擬演播室設(shè)備配置圖
　　從圖1中可見(jiàn)，攝像機(jī)輸出的活動(dòng)（推、拉、搖、移）信號(hào)與VDI-10狀態(tài)分析器的狀態(tài)信號(hào)（這里VDI-10相當(dāng)于跟蹤器的作用）送到DVP50視頻處理器；經(jīng)延時(shí)等處理后，DVP50將這些信號(hào)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)傳輸?shù)?；SGI 02工作站，工作站利用藍(lán)底網(wǎng)格辨認(rèn)專(zhuān)用軟件識(shí)別攝像機(jī)的狀態(tài)，相應(yīng)的調(diào)整虛擬布景的參數(shù)，使色鍵器中背景與鍵信號(hào)完美合成輸出。
　　4 應(yīng)用實(shí)例分析
　　虛擬演播室采用了高速的圖形工作站，能夠產(chǎn)生實(shí)時(shí)的虛擬背景和完美的合成效果。以前傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)節(jié)目以圖文、摳像形式為主，形式單調(diào)，主持人不能移動(dòng)，背景的更換也給人不真實(shí)的感覺(jué)，背景不能移到主持人的前面。利用虛擬演播室技術(shù)，則可克服傳統(tǒng)氣象預(yù)報(bào)節(jié)目制作中的缺陷，其關(guān)鍵任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)吸引觀眾的虛擬背景，拓寬天氣預(yù)報(bào)的制作形式。主持人參照大屏幕解說(shuō)天氣信息的整體效果可看出，虛實(shí)結(jié)合的合成效果較之傳統(tǒng)的制作形式有了大大地提高。
　　
　　5 虛擬演播室在實(shí)際應(yīng)用中的利弊
　　實(shí)踐證明，使用虛擬演播室技術(shù)制作電視天氣預(yù)報(bào)節(jié)目具有明顯優(yōu)勢(shì)，歸納起來(lái)，有如下幾點(diǎn)。
　　（1）改變攝像機(jī)的拍攝視角而不引起圖像整體失真，同時(shí)能讓演員走入或走出三維場(chǎng)景內(nèi)或虛擬物體的后面，同樣場(chǎng)景內(nèi)的虛擬物體可運(yùn)動(dòng)到演播者面前或周?chē)?。?dāng)攝像機(jī)拍攝到單色背景之外時(shí)，虛擬演播室能夠自動(dòng)產(chǎn)生三維遮圖填充背景，以保證攝像機(jī)360度的搖移、俯仰而不穿幫。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)演播室里色鍵摳像做不到的，特別適用于天氣預(yù)報(bào)的制作播出過(guò)程。
　?。?）利用虛擬演播室技術(shù)，外來(lái)的視頻信號(hào)（如：實(shí)況天氣、被采訪(fǎng)者等）可直接進(jìn)入虛擬演播室，與現(xiàn)場(chǎng)主持人結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、面對(duì)面的交互。
　?。?）虛擬場(chǎng)景的增加和刪除、移位非常方便。由于天氣預(yù)報(bào)的場(chǎng)景是虛擬的，它可以為編導(dǎo)提供任意的、不受限制的創(chuàng)作空間，大大增強(qiáng)了節(jié)目視覺(jué)效果，又節(jié)約了制景費(fèi)用。它還可以在瞬間改變場(chǎng)景，因此可創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目。
　　虛擬演播室具有諸多優(yōu)越性，但普及和推廣仍有一定的難度。虛擬演播室技術(shù)還處于發(fā)展階段，仍存在一些問(wèn)題：
　?。?）虛擬場(chǎng)景的逼真性還不能令人滿(mǎn)意，其原因除了目前的一些軟件功能存在缺陷外，硬件的速度問(wèn)題也是一個(gè)制約的因素；
　?。?）對(duì)于攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獲取，不論采用何種方式，都存在局限性，有待于改進(jìn)；
　?。?）虛擬演播室對(duì)節(jié)目制作人員也提出了更高的要求，它比常規(guī)演播室更加復(fù)雜，需要策劃者、編導(dǎo)、美編、主持人及虛擬系統(tǒng)操作者能形成良好配合，虛擬演播室的功能要得到真正發(fā)揮并創(chuàng)作出高質(zhì)量的特技效果，關(guān)鍵在于其節(jié)目制作者的技能和相關(guān)人員之間的密切配合；
　?。?）虛擬演播室價(jià)格昂貴，設(shè)備一次性投資很大。由于受經(jīng)費(fèi)、技術(shù)支持、人才等因素的限制，目前氣象部門(mén)使用虛擬演播室制作電視天氣節(jié)目的還較少見(jiàn)。但各級(jí)基層氣象臺(tái)站要進(jìn)一步提高電視氣象節(jié)目收視率，增加電視氣象服務(wù)效益，拓寬氣象服務(wù)領(lǐng)域，就必須在其制作質(zhì)量與效果上下功夫。用虛擬演播室取代傳統(tǒng)電視氣象節(jié)目制作方式，這無(wú)疑是一種行之有效的重要途徑。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
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