何一輝

(廣西廣播電視大學(xué) 教學(xué)資源與技術(shù)中心，廣西 南寧 530022)

虛擬演播室系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)的研究

何一輝

(廣西廣播電視大學(xué) 教學(xué)資源與技術(shù)中心，廣西 南寧 530022)

虛擬演播室技術(shù)以其全新的視頻節(jié)目制作理念開拓了網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)領(lǐng)域的新視野。虛擬演播室也以其便捷性、高仿真和高效率等獨特魅力逐漸被應(yīng)用于各高校的課堂教學(xué)以及遠(yuǎn)程教學(xué)中，在改善遠(yuǎn)程教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量、提升網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)等方面更能發(fā)揮其獨特的作用。

虛擬演播室；課程云模式；網(wǎng)絡(luò)課程資源

一、虛擬演播室系統(tǒng)

虛擬演播室的實質(zhì)是將計算機(jī)制作的虛擬二維或三維場景與攝像機(jī)現(xiàn)場拍攝的人物活動圖像通過色鍵技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化的實時合成，使人物與計算機(jī)生成的虛擬背景能夠融為一體，虛擬演播室可以把一些難以看見、摸不著、拍不到的景象形象地表現(xiàn)出來。例如，要表達(dá)某些天體運(yùn)行情況、史前生物的生活情況等。它還可以移動場景，而移動場景這一功能非常適合講授型教育節(jié)目的制作，它可以一改以往屏幕以教師頭像為主的畫面風(fēng)格，很方便地將教師講授的內(nèi)容同實例通過移動場景在畫面上結(jié)合起來。

虛擬演播室可以實現(xiàn)虛擬人物表演的功能。計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使得實時人物動畫表演成為可能，如在真人身上各重要關(guān)節(jié)處加裝傳感器，傳感器的各組數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器中用于控制已制成的虛擬動畫人物的關(guān)節(jié)活動，使它完全實時地模仿表演者的動作，它會給節(jié)目帶來新奇感和神秘感，這在已往的傳統(tǒng)演播室制作過程中是無法想象的。

二、虛擬演播室系統(tǒng)在高校中的應(yīng)用

隨著計算機(jī)圖形處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、視頻數(shù)字化的發(fā)展，不僅虛擬演播室技術(shù)日趨完善，已經(jīng)達(dá)到了實際應(yīng)用的程度，而且虛擬演播室系統(tǒng)的性價比得到大幅提升，加快了虛擬演播室在教育領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。虛擬演播室在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，越來越引起全國各高校的重視。目前已有部分高校建設(shè)了虛擬演播室，并在教育電視節(jié)目制作、遠(yuǎn)程教育和新教學(xué)模式的探索等方面取得了一些可喜的成績。

1.虛擬演播室在高校電視節(jié)目中的應(yīng)用

虛擬演播室首先是被廣泛應(yīng)用于電視節(jié)目的制作，全國各地的傳媒大學(xué)或?qū)W院是較早將虛擬演播室用于實驗教學(xué)中的。這些大學(xué)一般都開設(shè)有文藝編導(dǎo)、影視節(jié)目制作、播音與主持等多個專業(yè)。他們在實踐中不斷通過對演播室系統(tǒng)的完善和改造來豐富實驗內(nèi)容，拓展教學(xué)實驗項目，摸索教學(xué)經(jīng)驗。因而，演播室就需要經(jīng)常更換實物場景或者把大演播室劃分為若干小區(qū)域，再在小區(qū)域進(jìn)行燈光布置以滿足學(xué)生上課的需要，但結(jié)果往往是眾口難調(diào)，管理和調(diào)試都很麻煩?，F(xiàn)在使用虛擬演播室，學(xué)生可以根據(jù)自身條件和要求自主挑選背景，場景切換方便，不受真實條件的約束，這種教學(xué)實驗方式很受師生歡迎，也有利于拓展學(xué)生的創(chuàng)造空間。虛擬演播室具有制作成本低、制作周期短、制作效率高、所用場地小和實驗教學(xué)靈活等諸多優(yōu)勢，將會成為未來實驗教學(xué)的重要途徑和方式。

2.虛擬演播室在高校遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

電視大學(xué)是主要開展遠(yuǎn)程開放教育的大學(xué)，經(jīng)過多年的發(fā)展建設(shè)，已經(jīng)形成了以中央電大、省電大為中心、地市級電大分校為主干的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。廣西電大較早論證采用將虛擬演播室和雙向視頻會議系統(tǒng)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育中，目前已在積極建設(shè)中。而據(jù)報道，清華大學(xué)、第四軍醫(yī)大學(xué)、北京電大等高校已有將虛擬演播技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的案例。在遠(yuǎn)程教育課程的制作過程中，虛擬演播室表現(xiàn)出許多的優(yōu)勢：

（1）虛擬演播室具有虛擬列席功能。可將遠(yuǎn)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結(jié)合在一個虛擬場景中，兩人可以在虛擬場景中面對面交談、演講，學(xué)生覺察不到他們是身處異地，可以大大增強(qiáng)教學(xué)的現(xiàn)場感和參與感。這可以充分挖掘各地區(qū)教育領(lǐng)域的人才資源，實現(xiàn)人才教育資源的共享，如邀請大學(xué)教授、專家學(xué)者共同參與對某一問題的討論，或者開展對某一節(jié)課的點評。

（2）提高教學(xué)的生動性與效率。在虛擬演播室創(chuàng)設(shè)的教學(xué)環(huán)境下，那些以往不便于遠(yuǎn)程教學(xué)的動作技能類教學(xué)內(nèi)容可以通過虛擬演播室的三維建模來實現(xiàn)，這大大豐富了遠(yuǎn)程教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)手段。同時，由于授課的教師身處虛擬的講臺上，通過后臺三維或兩維設(shè)計，其環(huán)境不僅可以是靜止的，也可以是活動的，且可以結(jié)合課程內(nèi)容變換貼切場景，產(chǎn)生超現(xiàn)實的效果，解決了在普通演播室難以解決的許多問題。

（3）激發(fā)學(xué)生聽課興趣。虛擬演播室畫面變化多樣，教師的授課方式十分靈活，不僅可以激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣、提高學(xué)習(xí)的效率，還有助于提高遠(yuǎn)程教育課程的現(xiàn)場感和真實性,有效保持學(xué)習(xí)者的注意力，增強(qiáng)課程的傳播效果,也吸引了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（4）可以實現(xiàn)虛擬演播室網(wǎng)絡(luò)化。虛擬演播室是與計算機(jī)數(shù)據(jù)壓縮、傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的。通過這種技術(shù)，可以將圖文信息、攝像機(jī)、話筒等前端信號直接轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并可按照一定格式進(jìn)行壓縮，然后通過視頻會議系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)傳輸給各地終端服務(wù)器設(shè)備。當(dāng)設(shè)備距離較近時，也可以選擇不壓縮而直接通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，迅速傳遞講課內(nèi)容。

三、虛擬演播室與課程制作的系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)聯(lián)性

在虛擬演播室創(chuàng)建的教學(xué)環(huán)境中，教師端和學(xué)生端可以通過虛擬演播室的視頻進(jìn)行融合，可以實現(xiàn)虛擬的教師和學(xué)生同處一室的教學(xué)過程，教師可以直觀地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生會感到仿佛是在與教師面對面交流，可以獲得教師的當(dāng)面指導(dǎo)，教師也可以得到學(xué)生的反饋信息，根據(jù)學(xué)生的需求及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式，使教學(xué)活動達(dá)到最佳效果。

1.虛擬演播室的基本架構(gòu)

虛擬演播室一般由計算機(jī)3D和2D處理系統(tǒng)、現(xiàn)場攝像機(jī)、攝像機(jī)跟蹤器、圖形圖像發(fā)生器、色鍵控制器、視／音頻切換特技臺和調(diào)音臺構(gòu)成的節(jié)目制作系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)的組成框圖如圖所示。攝像機(jī)拍攝的授課教師在帶識別標(biāo)志的藍(lán)屏前授課的視頻圖像信號一路送攝像機(jī)位置識別控制器，實時獲取運(yùn)動攝像的內(nèi)外參數(shù)，另一路輸出送數(shù)字色鍵器，從帶識別標(biāo)志的教師圖像中去掉識別標(biāo)志和藍(lán)背景部分，再送視頻信號校正處理單元，以保證前景與虛擬背景在合成時嚴(yán)格同步；并給出描述前景與虛擬背景融合比例的鍵信號。三維虛擬場景制作既能根據(jù)節(jié)目需要制作虛擬場景，又能借助三維加速卡在攝像機(jī)運(yùn)動參數(shù)控制下實現(xiàn)變換場景。

2.在虛擬演播室下的課程制作過程

在帶藍(lán)箱（或藍(lán)背景）的演播室里，教師或演員做著各種授課或表演，攝像機(jī)對其進(jìn)行拍攝，以藍(lán)色屏幕為背景拍攝的攝像機(jī)圖像，通過色鍵控制器去“背景”，經(jīng)延時后與選自計算機(jī)的虛擬背景以相同時碼進(jìn)行合成，實時產(chǎn)生一個組合的圖像。

（1）由于計算機(jī)圖形技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機(jī)實時繪制各種復(fù)雜仿真的三維場景越來越普遍，如用3DMAX、Softimage、Photoshop等三維或二維圖形圖像制作軟件來創(chuàng)建模型進(jìn)行仿真設(shè)計。這些場景可以與攝像機(jī)攝制的視頻信號完美地合成在一起，后臺控制人員只需把與授課內(nèi)容或表演內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的仿真三維場景調(diào)到系統(tǒng)合成，這使授課的空間得到擴(kuò)展。

（2）在課程錄制中，現(xiàn)場的教師和學(xué)生可以在虛擬演播室中與三維背景呈現(xiàn)出真實的透視關(guān)系，同時允許插入視頻片斷。這些效果是在課程拍攝過程中根據(jù)課程內(nèi)容或遵照后臺編導(dǎo)現(xiàn)場決定來完成的，我們能感覺到，現(xiàn)場視頻信號及三維場景是由同一臺攝像機(jī)拍攝的，并且它們來自同一個源。把這些合成的課程視頻信號與三分頻錄播系統(tǒng)進(jìn)一步整合可以得到更完美的課程資源。

（3）虛擬演播室的實時反饋性。在節(jié)目制作中，教師的現(xiàn)場動作與計算機(jī)場景能實時地合成，合成后的場景能及時地反饋給攝影師和教師，以便幫助攝影師調(diào)整拍攝焦距和景別，幫助教師調(diào)整授課動作。

四、虛擬演播室引入下網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)的發(fā)展趨勢

網(wǎng)絡(luò)課程是一種基于計算機(jī)多媒體信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)資源，對于國家積極推進(jìn)的信息化教育建設(shè)、優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)共享和人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，都有積極的推動作用。

1.教師在實施網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中教學(xué)手段的多樣性

虛擬演播室可以連接多種教學(xué)媒體和教學(xué)資源，在虛擬演播室創(chuàng)設(shè)的教學(xué)環(huán)境下，那些以往不便于遠(yuǎn)程教學(xué)的動作技能類教學(xué)內(nèi)容可以通過虛擬演播室的三維建模來實現(xiàn)，這樣不僅大大豐富了課程教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)手段，還增加了教學(xué)過程本身的趣味性。在虛擬演播室的環(huán)境下，一些教學(xué)活動的組織方式和呈現(xiàn)方式可以更加靈活，例如：在網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中有好多工程師在以前做過的網(wǎng)絡(luò)路由配置實驗，通過虛擬模擬處理，把不同的參數(shù)設(shè)置對應(yīng)不同的虛擬直觀輸出方式展現(xiàn)，教師在教學(xué)過程中可以作適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，通過回放效果或者教師扮演的方法當(dāng)面呈現(xiàn)給學(xué)生，把教學(xué)課程中復(fù)雜的問題通過虛擬現(xiàn)實逐一分解，這激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。

2.網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中師生的共同參與

網(wǎng)絡(luò)課程要建成特色，應(yīng)該突破傳統(tǒng)單一的教師獨唱模式，從發(fā)展的趨勢看，將會轉(zhuǎn)換成教師、學(xué)生多人參與建設(shè)的課程云模式，所謂課程云模式就是在課程資源建設(shè)中，不論是本地的還是遠(yuǎn)程的教師和學(xué)生，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成一個課程建設(shè)團(tuán)隊，教師和學(xué)生均可將教學(xué)成果、教學(xué)過程、教學(xué)創(chuàng)新亮點、學(xué)習(xí)技巧與體會以互動的形式發(fā)布到課程資源庫，建構(gòu)課程知識體系的空間，逐步完成課程建設(shè)。

虛擬演播室能為教師和學(xué)生提供一個可以自己建構(gòu)知識體系的空間。在網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中，一些傳統(tǒng)經(jīng)典的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以從平面的文字形式轉(zhuǎn)化為空間的結(jié)構(gòu)形式，教師可以將一些抽象的理論、復(fù)雜或繁瑣公式的推導(dǎo)等用圖形顯示的方式和虛擬場景的方式展示在學(xué)生面前，并可進(jìn)行很好的虛擬互動交流，幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，起到事半功倍的教學(xué)效果。然而，虛擬演播室創(chuàng)設(shè)的空間結(jié)構(gòu)形式又不同于一般的多媒體形式，它是一個可以多人直接參與的立體空間。無論是教師的教學(xué)過程還是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，無論人在本地還是在異地，都可以充分融入計算機(jī)創(chuàng)設(shè)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境之中。這也是課程云模式建設(shè)的具體要求。

五、小結(jié)

虛擬演播室技術(shù)已受到越來越多的網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)者的關(guān)注。它既可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)演播室，又可以超越傳統(tǒng)演播室，極大地豐富了網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)的手段。它既可以用于多媒體教室課堂教學(xué)，又可以用于網(wǎng)上講座的遠(yuǎn)程教學(xué)；既可實現(xiàn)實景教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合創(chuàng)建的情境教學(xué)，又可創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實和超現(xiàn)實的課程云模式。它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也切實地解決了其他教學(xué)手段難以解決的參與性不強(qiáng)、不能及時交互、不利于教師潛移默化地進(jìn)行課程啟發(fā)教育等問題。從長遠(yuǎn)來看，虛擬演播室將會越來越多地參與教育教學(xué)和課程資源建設(shè)中，其制作的視頻與仿真效果更能真實和貼切地反映課程內(nèi)容。因此，如何更好地運(yùn)用這方面的新技術(shù)為教學(xué)和科研服務(wù)是值得我們研究的新課題。

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(編輯：楊馥紅)

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