劉 霞， 吳 迪， 高 杰

(天津中德職業(yè)技術學院 影視動畫教研室，天津 300074)

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基于VRP的虛擬演播室燈光照明系統(tǒng)設計

劉 霞， 吳 迪， 高 杰

(天津中德職業(yè)技術學院 影視動畫教研室，天津 300074)

基于VRP虛擬現(xiàn)實技術，打造了一個自由開放的虛擬演播室燈光照明交互系統(tǒng)，用戶不但可以自由地在虛擬演播室中進行漫游瀏覽，而且還可以根據(jù)學習需要自主地對仿真環(huán)境下的燈光照明效果進行控制。利用虛擬現(xiàn)實技術提供了一個很好的教育教學平臺，有效地提高了學習者的學習興趣與學習效果。

VRP； 虛擬交互； 虛擬演播室

0 引 言

當前，基于VRP的虛擬交互設計已成為諸多領域的應用熱點，結合影視動畫燈光教學的實際需要，為能實現(xiàn)一種異于書本呈現(xiàn)效果的立體影視教學模式，也為能向學生提供一種自由開放的實踐學習方式，做到“教學做”一體的有效結合，嘗試利用VRP來設計打造一個三維虛擬的演播室燈光照明學習系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設計

虛擬演播室照明實驗系統(tǒng)是以輔助影視照明課程實驗教學為目的，以本校影視動漫制作中心為實物模型，通過虛擬現(xiàn)實技術構建的一種“浸入式”的演播室虛擬情境[1]。該系統(tǒng)主要用戶是影視專業(yè)的教師和學生，用戶可以自由地在虛擬演播室的環(huán)境中進行燈光照明效果的控制。

考慮到用戶的需求，該系統(tǒng)包含以下功能：

(1) 手動漫游功能。用戶可以使用鼠標控制運動方向，鍵盤控制運動，并且可模擬攝像機焦距的變化形式，讓用戶對虛擬演播室可以進行瀏覽；

(2) 設備展示功能。虛擬演播室照明實驗系統(tǒng)以真實的演播室及照明設備為模型構建，其開發(fā)的基本目標是讓用戶可以瀏覽演播室中的各種照明設備；

(3) 仿真交互功能?？梢酝ㄟ^相應的控制按鈕對演播室中照明燈光效果進行控制，燈光效果的展示是系統(tǒng)設計中最重要的一項功能，是實現(xiàn)學生自主學習的核心部分。

2 模型建立和優(yōu)化調(diào)整

2.1 模型建立

我校影視動漫制作中心位于校工業(yè)中心四層，占地近300 m2，根據(jù)現(xiàn)有場地情況、功能需求等因素，將整個制作中心劃分為演播室、控制室、編輯室、儲物室等多個區(qū)域，詳細布局如圖1所示。

圖1 影視動漫制作中心布置平面圖(cm)

虛擬演播室照明實驗系統(tǒng)中的制作中心三維模型是按照制作中心的實際尺寸與布局建立的。

在該影視動漫制作中心內(nèi)，劃分出約150 m2(13 m×11.75 m)區(qū)域作為演播室，室內(nèi)通高9 m，演播室內(nèi)提供了100多個座位的看臺，中心內(nèi)配備先進的專業(yè)級高清音視頻制作設備，可以保證節(jié)目制作質(zhì)量。按照我校演播室布局建立演播區(qū)域模型。

2.2 模型優(yōu)化調(diào)整

學習版VRP軟件對模型的數(shù)量、面數(shù)有著一定的限制。因此在模型的建立初期，就要嚴格控制每個模型的面數(shù)，不能設計得過于復雜[2-4]。在導出生成.VRP文件時，會看到整個模型的數(shù)量、面數(shù)、剛體動畫數(shù)量、軟體動畫數(shù)量等模型信息顯示，如圖2所示。一旦超出所限制數(shù)量，部分模型將不會被顯示，導致整個虛擬系統(tǒng)出現(xiàn)不可預知的錯誤[5]。根據(jù)導出的顯示信息，需要對模型進行反復的優(yōu)化調(diào)整，如減少模型的分段數(shù)，合并同類模型等操作，以保證后期交互設計的順利進行[6-9]。

圖2 導出信息顯示

3 虛擬交互設計

3.1 虛擬場景瀏覽

為使用戶能夠對整個虛擬場景的環(huán)境能夠有所了解，該交互系統(tǒng)可提供自主漫游的功能。即操作者可通過鍵盤的W、S、A、D鍵來控制人物行進時的前、后、左、右方向，點擊鼠標左鍵也可直接指定目的地，虛擬人物會根據(jù)所指定位置自行前進，如圖3所示。

圖3 虛擬場景人物行進控制示意圖

VRP具有高效、快捷、精確的碰撞算法，在虛擬環(huán)境瀏覽中，對場景中的各虛擬模型同時開啟碰撞檢測，可以實現(xiàn)更真實的仿真環(huán)境[10-12]。故在進行虛擬人物交互控制時，對于場景中的建筑墻面、座椅、攝像機等各類設備均開啟了碰撞設置，如實體環(huán)境般不可穿越。而在該交互系統(tǒng)中，為系統(tǒng)主體區(qū)域演播室的門進行了自動開關的設計。根據(jù)系統(tǒng)交互需要，利用VRP對演播室門模型進行了距離觸發(fā)設置，腳本如下：進入時動作觸發(fā)：播放剛體動畫,vrp_rigiddoor,2,0,1；離開時動作觸發(fā)：播放剛體動畫,vrp_rigiddoor,7,0,1。

對演播室自動門進行了距離觸發(fā)設置后，當虛擬人物靠近演播室的門時，門會自動打開，當人物遠離時該門又會自動關閉。

3.2 虛擬燈光控制

根據(jù)影視燈光的基本布光技巧，在虛擬演播照明中著重對人物主體布光進行虛擬交互設計。在對人物進行布光時，為了做到形神兼?zhèn)?，往往要十分注意人物面部的細部特征，常用一個鐘面圖來分析人物面部布光的燈光空間位置。

當鼠標滑過該交互系統(tǒng)的下方時，會呈現(xiàn)一個主體人物的燈光空間位置鐘面圖，如圖4所示，該鐘面圖分為水平鐘面(H面)和垂直鐘面(V面)。

圖4 主體布光鐘面示意圖

在主體布光的水平鐘面和垂直鐘面上分別設置了交互控制按鈕，當鼠標移動到燈光相應的空間位置時，會出現(xiàn)該位置燈光的交互控制按鈕，如圖5所示，當打開人物正面光照控制按鈕時，即會呈現(xiàn)燈光在該位置照射主體人物時的面部照明影調(diào)效果，如圖6所示。又如，當打開位于人物下方的仰射光控制按鈕，如圖7所示，即光線由人物下方向上照射效果如圖8所示。

圖5 正面光照控制按鈕圖6 正面光照面部效果圖

圖7 仰射光照控制按鈕

除了單獨的主光照明交互控制外，該照明實驗系統(tǒng)還提供了一些組合燈光照明效果，如圖9，10所示。

通過對人物主光的水平鐘面(H面)和垂直鐘面(V面)光照的交互控制來實時動態(tài)的展現(xiàn)不同位置光照的人物面部效果，為學習者提供了真實、形象、直觀、便捷的影視燈光照明學習環(huán)境，增強了學習者的學習興趣與知識吸收效果[13]。同時為了營造一個和諧、愉悅的學習氛圍，在該交互系統(tǒng)中添加了優(yōu)美的背景音樂，當鼠標滑過系統(tǒng)界面的右邊緣時，會出現(xiàn)背景音樂音量控制滑塊，如圖11所示，學習者可以根據(jù)個人學習習慣靈活的對背景音樂進行控制調(diào)節(jié)。

圖8 仰射光照面部效果圖圖9 其他光照控制按鈕

圖10 復合光照面部效果圖圖11 背景音樂音量控制滑塊示意圖

4 結 語

虛擬現(xiàn)實技術已越來越多地被應用到教學當中，影視制作類專業(yè)具有很強的實踐性，且實驗設備又比較昂貴，而虛擬現(xiàn)實技術則打破了時間與空間的限制，提供了一個很好的教育教學平臺，真實生動、情境化地展示演播室的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，為學習者提供了極大便利，能夠有效的提高學習者的學習興趣與學習效果[14-16]。今后，將繼續(xù)關注計算機圖形圖像技術發(fā)展，將虛擬照明實訓系統(tǒng)不斷進行提高與完善，為教學、培訓、影視動漫節(jié)目制作等領域提供更好的技術與服務。

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Designing of Virtual Studio Lighting System based on VRP

LIUXia,WUDi,GAOJie

(Department of Art and Animation, Tianjin Sino-German Vocational College, Tianjin 300074, China)

Based on VRP virtual reality technology, this paper creates a freely open interaction system for virtual studio light control. The users not only can freely browse in virtual studio, but also can autonomously effectively control the light according to the needs of learning under the simulation environment. It provides a very good education teaching platform by using virtual reality technology, and effectively improves the learning interest and learning effect of the learners.

VRP; virtual interaction; virtual studio

2015-01-14

劉 霞(1981-)，女，河北阜城人，博士，副教授，主要從事聲像專業(yè)教學和計算機輔助教學研究工作。

E-mail: yanzipost2004@163.com

TP 399

A

1006-7167(2015)08-0098-03