張向榮

內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)　內(nèi)蒙古　呼和浩特市　010050

1　應(yīng)用情況

隨著媒體和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新聞節(jié)目的制作標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，增加信息量、提高可讀可視性、加強(qiáng)與觀眾的溝通互動(dòng)成了新聞節(jié)目制作的重要工作之一。內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)300m2新聞演播室和全國“兩會(huì)”報(bào)道北京演播室中引入了虛擬植入（虛擬前景）包裝技術(shù)。在全國“兩會(huì)”報(bào)道北京演播室中虛擬植入（虛擬前景）包裝設(shè)備的使用，為新聞節(jié)目能夠順利搬遷至新演播室制作進(jìn)行了探索和鋪墊。

2　演播室虛擬包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用

為了更好地做好“全國兩會(huì)”的新聞報(bào)道工作，從2014年在北京演播室中開始引入虛擬包裝系統(tǒng)，并配置了大屏的包裝播放系統(tǒng)和交互點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)。

虛擬植入（虛擬前景）系統(tǒng)采用雙機(jī)位單通道架構(gòu)，兩個(gè)跟蹤通道使用一個(gè)渲染服務(wù)器進(jìn)行渲染，把虛擬元素以節(jié)目需要的表現(xiàn)形式精準(zhǔn)地顯示在節(jié)目要求的位置上，這些虛擬元素按照節(jié)目預(yù)先設(shè)計(jì)的動(dòng)作隨著節(jié)目播放，精準(zhǔn)解讀、展示節(jié)目內(nèi)容。虛擬植入（虛擬前景）技術(shù)的最大優(yōu)勢就是無色鍵摳像，不受傳統(tǒng)藍(lán)箱限制，能夠保留演播室實(shí)景，并能與實(shí)景做到充分融合，利用跟蹤系統(tǒng)，能夠充分展現(xiàn)攝像機(jī)視角內(nèi)的虛擬元素和實(shí)景的完美融合。如圖1所示。

圖1　虛擬植入系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬植入（虛擬前景）技術(shù)之所能夠完美地把虛擬元素以3D模型或動(dòng)畫的形式和實(shí)景完美結(jié)合，得益于虛擬跟蹤技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)兩項(xiàng)核心技術(shù)的快速發(fā)展，能夠支撐大數(shù)據(jù)量的運(yùn)算。虛擬跟蹤設(shè)備在獲取攝像機(jī)、三腳架和搖臂的動(dòng)作參數(shù)數(shù)據(jù)后，提供給渲染引擎計(jì)算生成與攝像機(jī)拍攝真實(shí)場景對應(yīng)的三維場景動(dòng)畫進(jìn)行合成，生成的信號(hào)傳給切換臺(tái)作為一路信號(hào)使用。

2.1　虛擬跟蹤技術(shù)

虛擬跟蹤系統(tǒng)在攝像機(jī)動(dòng)作過程中要精確獲取攝像機(jī)的動(dòng)作和位置，以此來計(jì)算出攝像機(jī)拍攝的背景信號(hào)和計(jì)算機(jī)生成的虛擬前景信號(hào)的位置關(guān)系，并且在攝像機(jī)移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)鎖定背景與虛擬前景的位置。近幾年虛擬跟蹤技術(shù)快速發(fā)展，從獲取攝像機(jī)鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)和云臺(tái)俯仰與水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度參數(shù)的二維跟蹤發(fā)展到增加了攝像機(jī)位置參數(shù)的三維跟蹤系統(tǒng)。

跟蹤的原理就是通過傳感設(shè)備采集獲取攝像機(jī)鏡頭和云臺(tái)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，傳遞給數(shù)據(jù)盒生成支持相應(yīng)協(xié)議下的串行數(shù)據(jù)信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的參數(shù)生成相應(yīng)的前景信號(hào)?，F(xiàn)在常用的跟蹤設(shè)備組件和功能如圖2所示。

圖2　跟蹤設(shè)備的組件和功能

鏡頭參數(shù)編碼器、攝像機(jī)云臺(tái)、搖臂云臺(tái)獲取的參數(shù)變化傳遞給數(shù)據(jù)盒，數(shù)據(jù)盒計(jì)算后生成數(shù)據(jù)通過RS-422協(xié)議傳給渲染引擎（HDVG），生成虛擬場景。跟蹤設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸如圖3所示。

圖3　跟蹤設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸示意圖

無論是專用的虛擬攝像機(jī)云臺(tái)還是虛擬搖臂云臺(tái)，所獲取的水平角度（Pan）和俯仰角度（Tilt）的參數(shù)數(shù)據(jù)與鏡頭編碼器所獲取的鏡頭焦距參數(shù)（Focus）鏡頭推拉參數(shù)（Zoom）通過數(shù)據(jù)盒計(jì)算后傳遞給渲染引擎（HDVG），生成虛擬前景。數(shù)據(jù)盒除了接收以上數(shù)據(jù)，還需要BB信號(hào)鎖定，這個(gè)BB信號(hào)取自系統(tǒng)同步設(shè)備。由于本案同步設(shè)備距離攝像機(jī)比較近（小于30米），故此同步從視分直接取BB信號(hào)拉視頻線送給數(shù)據(jù)盒。工作中如果遇到攝像機(jī)上攜帶的數(shù)據(jù)盒距離同步設(shè)備較遠(yuǎn)的時(shí)候，可以考慮下面的解決方案：把BB信號(hào)通過攝像機(jī)CCU的Prompter口（Sony）或者QTV口（Ikegami）接入，通過攝像機(jī)光纜傳到攝像機(jī)機(jī)頭，從相應(yīng)的接口輸出BB信號(hào)給此機(jī)位的數(shù)據(jù)盒。這樣借助攝像機(jī)光纜長距離傳輸BB信號(hào)省去了布線的麻煩，也安全可靠。數(shù)據(jù)盒工作時(shí)需要供給12V直流電源。

2.2　圖形圖像處理技術(shù)

圖形圖像的處理主要由渲染工作站（HDVG）來完成，要求渲染工作站具備大數(shù)據(jù)量的處理能力和高強(qiáng)度的渲染運(yùn)算能力。虛擬植入元素要求貼圖質(zhì)感、光效要和演播室實(shí)景能夠高度一致，對這些虛擬的元素和模型的處理需要強(qiáng)大的計(jì)算和渲染資源，尤其在攝像機(jī)或搖臂運(yùn)動(dòng)過程中，虛擬元素必須隨著攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算出在場景中的空間位置、大小比例、光感變化等且能夠?qū)崟r(shí)渲染輸出。如果處理能力達(dá)不到要求，就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)畫面卡頓、3D虛擬元素與場景脫節(jié)等情況，達(dá)不到虛擬包裝的效果。在這種情況下，只能降低3D虛擬元素的貼圖質(zhì)感，減少虛擬元素的數(shù)量，減少虛擬元素的動(dòng)畫效果，減少或者放慢攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)來彌補(bǔ)圖形圖像處理系統(tǒng)的不足，就不能真正做到實(shí)時(shí)渲染輸出了。我們使用一套渲染系統(tǒng)支撐兩個(gè)攝像機(jī)通道的數(shù)據(jù)運(yùn)算和場景渲染，如果有大量攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)和多層虛擬元素渲染的需求，應(yīng)該在每一個(gè)攝像機(jī)通道中配備一套渲染引擎，或者使用集群渲染技術(shù)來支撐大數(shù)據(jù)量的運(yùn)算和渲染。

在全國“兩會(huì)”報(bào)道北京演播室使用虛擬植入（虛擬前景）包裝中，通過虛擬包裝技術(shù)，把演播室和虛擬元素有機(jī)結(jié)合，使觀眾在看新聞時(shí)身臨其境，把復(fù)雜枯燥的大數(shù)據(jù)解讀賦予了直觀的圖形圖標(biāo)，讓圖形表現(xiàn)數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)展現(xiàn)新聞，讓觀眾產(chǎn)生情感共鳴，提高節(jié)目的感染力。如圖4所示。

圖4　全國“兩會(huì)”報(bào)道北京演播室使用虛擬植入包裝技術(shù)

結(jié)束語

在新聞節(jié)目中應(yīng)用虛擬植入包裝系統(tǒng)，能夠把枯燥的數(shù)據(jù)、難懂的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等話題用觀眾喜聞樂見的虛擬元素展現(xiàn)在屏幕上，拉近了與觀眾的距離，顯著提升了新聞節(jié)目的整體包裝效果，極大地提高了新聞節(jié)目的可視性，增強(qiáng)了節(jié)目的感染力和傳播力。