劉 霞，左長輝，劉東東，靳鶴琳

(1.天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，天津 300074；2.天津中醫(yī)藥大學(xué) 體育健康學(xué)院，天津 300193； 3.天津蛋殼網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，天津 300350)

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展的快速通道，新技術(shù)的應(yīng)用和普及使虛擬演播室功能得到了進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化。Unity作為一款強(qiáng)大的游戲開發(fā)引擎，提供了基于JavaScript、C#等腳本語言來處理三維場景交互功能的開發(fā)[1]?；赨nity平臺的交互功能開發(fā)將促使虛擬演播室技術(shù)向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用邁出重要一步，同時也拓寬了傳統(tǒng)電視技術(shù)研究方向和范疇。

本文通過3D虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)構(gòu)建了一個虛擬演播室系統(tǒng)，并基于Unity平臺進(jìn)行交互設(shè)計開發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)了虛擬演播室場景漫游、虛擬設(shè)備展示、虛擬燈光調(diào)試、虛擬攝像機(jī)控制等演播室基本功能。下文將從虛擬演播室的系統(tǒng)整體設(shè)計、應(yīng)用場景設(shè)計、交互功能實(shí)現(xiàn)、交互應(yīng)用實(shí)例等四個方面進(jìn)行介紹。

1 虛擬演播室的系統(tǒng)整體設(shè)計

本文設(shè)計開發(fā)的交互式虛擬演播室是用以輔助影視設(shè)計類相關(guān)課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐和培訓(xùn)等為目的，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的一種“浸入式”的演播室虛擬情境[2]。該系統(tǒng)的演播室三維場景設(shè)計以天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)影視動畫制作中心為實(shí)物原型，利用3D Max軟件來搭建虛擬演播室場景框架模型，并借助Unity平臺進(jìn)行虛擬演播室基本應(yīng)用功能開發(fā)。

2 虛擬演播室的應(yīng)用場景設(shè)計

2.1 虛擬場景漫游

該系統(tǒng)具有虛擬演播室的場景漫游功能，可為影視動畫專業(yè)實(shí)踐教學(xué)提供真實(shí)的沉浸式演播環(huán)境。Unity平臺漫游功能提供第一人稱和第三人稱視角，第一人稱視角主要用來進(jìn)行場景漫游體驗(yàn)，有較強(qiáng)的真實(shí)感和浸入感；第三人稱視角主要用來進(jìn)行系統(tǒng)操控，模擬真實(shí)演播狀態(tài)的現(xiàn)場導(dǎo)播體驗(yàn)。

Unity平臺為用戶提供了原型碰撞和網(wǎng)格碰撞兩種碰撞模式[3]。為提高系統(tǒng)呈現(xiàn)速度，對虛擬演播室中的一般設(shè)施采用原型碰模式(如墻面、觀眾座椅等)，按其外觀對應(yīng)添加盒子形(Box Collider)、球體形(Sphere Collider)、膠囊形(Capsule Collider)等碰撞器；而為了提高虛擬演播室的仿真度和專業(yè)性，場景中的專業(yè)設(shè)備采用網(wǎng)格碰撞模式，如為聚光燈、攝像機(jī)等專業(yè)設(shè)備添加Mesh Collider碰撞器。

2.2 虛擬設(shè)備展示

交互式虛擬演播室系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，為避免昂貴的設(shè)備和建設(shè)費(fèi)用提供了一個有效的解決方案。虛擬演播室內(nèi)多為影視攝制領(lǐng)域的專業(yè)設(shè)備，有展示、認(rèn)知的必要性，為了保證專業(yè)設(shè)備模型的精度和真實(shí)感[4]，均由3D Max專業(yè)建模軟件來構(gòu)建，如圖1所示。學(xué)習(xí)者可以在仿真的環(huán)境中體驗(yàn)到演播室的場景氛圍，同時又可近距離的觀察、調(diào)控演播室內(nèi)的專業(yè)設(shè)備，進(jìn)而提升專業(yè)認(rèn)知力和學(xué)習(xí)興趣度[5]。

圖1 演播室攝像機(jī)模型

2.3 虛擬燈光調(diào)試

燈光效果的真實(shí)感和即時感是計算機(jī)圖形學(xué)研究的一個難點(diǎn)，很多虛擬仿真平臺都較少提及對燈光效果的處理。燈光是演播室重要的組成部分，除了簡單照明作用外，還有重要的造型作用，會對畫面拍攝效果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

為體現(xiàn)該虛擬演播室仿真效果的真實(shí)感和實(shí)用性，系統(tǒng)對演播區(qū)的專業(yè)燈光進(jìn)行了基本的調(diào)控設(shè)計，包括燈光位置的調(diào)節(jié)，角度的調(diào)整和開關(guān)的控制。

2.4 虛擬攝像機(jī)控制

攝像機(jī)是演播室必不可少的視頻、音頻采錄設(shè)備，因而系統(tǒng)中設(shè)置了3臺虛擬專業(yè)攝像機(jī)，學(xué)習(xí)者可以依照現(xiàn)實(shí)中的實(shí)踐學(xué)習(xí)模式對虛擬攝像機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整，焦點(diǎn)調(diào)控，曝光度調(diào)整，并能根據(jù)需要進(jìn)行景深的調(diào)整，真實(shí)還原了攝像機(jī)的攝錄功能。

3 虛擬演播室的交互功能實(shí)現(xiàn)

3.1 燈光開關(guān)控制

Unity支持JavaScript、C#和Boo三種語言腳本。學(xué)習(xí)者針對虛擬演播室的燈光可以根據(jù)拍攝場景需要進(jìn)行選擇性的開關(guān)控制，以及角度和位置調(diào)整。下面以燈光開關(guān)控制為例，代碼如下：

function Start () {

Lig01=GameObject.Find("light01");

Lig01.active=false;

}

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Z))

{

if(Lig01.active==false)

{

Lig01.active=true;

}

else if(Lig01.active==true)

{

Lig01.active=false;

}

}

}

3.2 攝像機(jī)機(jī)位切換

學(xué)習(xí)者在虛擬演播室中，可以依照實(shí)踐教學(xué)要求對虛擬攝像機(jī)進(jìn)行位置、焦點(diǎn)、曝光度和景深等參數(shù)的調(diào)整。系統(tǒng)提供多機(jī)位拍攝功能，學(xué)習(xí)者可根據(jù)節(jié)目需求選擇不同機(jī)位組合進(jìn)行拍攝。下面以三機(jī)位拍攝切換為例，機(jī)位選擇代碼如下：

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha1))

{

cam01.active=true;

cam02.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha2))

{

cam02.active=true;

cam01.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha3))

{

cam03.active=true;

cam01.active=false;

cam02.active=false;

}

}

4 虛擬演播室的交互應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用交互式虛擬演播室系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者可對環(huán)境、設(shè)備、燈光等進(jìn)行獨(dú)立的體驗(yàn)學(xué)習(xí)，還可使用該系統(tǒng)進(jìn)行欄目制作[6-7]。學(xué)習(xí)者可根據(jù)現(xiàn)場布景效果利用鍵盤虛擬燈光控制臺的Z、X、C等按鍵進(jìn)行燈光調(diào)控。在欄目拍攝過程中，學(xué)習(xí)者還可對三臺虛擬攝像機(jī)進(jìn)行機(jī)位切換和景深等進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)導(dǎo)播要求通過鍵盤虛擬切換臺的數(shù)字1、2、3按鍵來進(jìn)行不同機(jī)位的畫面切換。在節(jié)目錄制后，學(xué)習(xí)者還應(yīng)關(guān)閉燈光、攝像機(jī)等虛擬設(shè)備，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。交互式虛擬演播室系統(tǒng)主要包括漫游模塊，主持人模塊，燈光控制模塊，攝錄控制模塊，如圖2所示。

圖2 交互式虛擬演播室系統(tǒng)功能示意圖

5 小結(jié)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，交互式虛擬演播室的設(shè)計和應(yīng)用越來越貼近實(shí)際應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于影視動畫專業(yè)學(xué)生課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)之中，為影視動畫人才培養(yǎng)提供有效的技術(shù)支撐。同時，交互式虛擬演播室在自媒體時代，為個人普通用戶提供了一個專業(yè)級的演播學(xué)習(xí)平臺，也為自身提供了廣闊的應(yīng)用空間，并在發(fā)展中得以不斷完善和優(yōu)化。