【摘要】高清晰度虛擬錄播是目前城市電視臺(tái)發(fā)展的一種重要方式。本文從多個(gè)方面對(duì)虛擬錄播系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討，其中包括：定位跟蹤系統(tǒng)的合理使用、平臺(tái)實(shí)時(shí)渲染、虛擬場(chǎng)景的優(yōu)化。希望為有關(guān)部門的工作提供借鑒，并推動(dòng)城市電視臺(tái)的穩(wěn)步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】高清虛擬演播室系統(tǒng)；電視臺(tái)；定位追蹤系統(tǒng)；虛擬場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.08.019

高清晰度虛擬演播室融合了計(jì)算機(jī)電子技術(shù)、圖像處理技術(shù)等技術(shù)類型，將高清晰度的背景和基本的影像相結(jié)合，并能將實(shí)景技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際場(chǎng)景中，提高錄播的工作效率和制作效果。與傳統(tǒng)的電視節(jié)目相比，高清晰度的虛擬演播室能夠更好地融合嘉賓和主持人，提高觀眾的觀賞性。

1. 高清虛擬演播室系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)組成

在現(xiàn)代新媒介技術(shù)的支撐下，高清晰度虛擬演播室系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。背景圖片是根據(jù)真實(shí)的攝影機(jī)拍攝的影像，使其與節(jié)目主持人的形象更加真實(shí)自然，不會(huì)讓觀眾產(chǎn)生不自然、不真實(shí)的感覺。一套完整的高清虛擬演播室系統(tǒng)一般包括：虛擬實(shí)境圖文包裝顯示系統(tǒng)、攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)、高清切換器、高清色鍵器、演播室攝像機(jī)等。高清晰度虛擬演播廳的形成背景大多是電腦設(shè)計(jì)，能迅速而高效地改變，因此設(shè)計(jì)場(chǎng)景的成本相對(duì)較低。它的無窮魅力和不可預(yù)知的發(fā)展前景，引起了越來越多的電視節(jié)目制作者的注意。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和色鍵技術(shù)的發(fā)展，高清晰度虛擬錄像機(jī)已成為近年來電視節(jié)目制作中不可缺少的一部分。在高清晰度虛擬演播室中，通過向圖像工作站傳輸有關(guān)相機(jī)的工作狀況，由計(jì)算機(jī)獲得與相機(jī)的距離及相對(duì)位置，計(jì)算出最優(yōu)的虛擬場(chǎng)景大小和位置，并在必要時(shí)計(jì)算并產(chǎn)生虛擬場(chǎng)景的3D模型。實(shí)時(shí)影像利用色鍵的原理，將演播者放在背景屏幕上，然后利用色鍵的作用，將演播者和背景區(qū)隔離開來，最理想的情況是，電腦生成的三維背景與所要播放的內(nèi)容相結(jié)合。這樣，就能創(chuàng)造出一個(gè)新的虛擬環(huán)境和氣氛，使其在電視熒幕上的工作室中發(fā)揮重要的作用，而且最后還能很容易地得到真人和虛擬的畫面，讓觀眾更加直觀、自然。

2. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺(tái)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 畫面生動(dòng)自然，視覺體驗(yàn)良好

高清的虛擬演播室，可以將主持人的每一個(gè)側(cè)面都完美地呈現(xiàn)出來（如果主持人一動(dòng)不動(dòng)），隨著虛擬攝像機(jī)的視角變化，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)主持人的方向，防止主持人的影像像是一張紙一樣粘在了屏幕上。現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的投影、影子、陰影、角度等都可以通過軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)，使之與虛擬場(chǎng)景中的燈光、氛圍相匹配。因?yàn)楦咔逦鹊奶摂M實(shí)境系統(tǒng)是真實(shí)的三維實(shí)體，同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)中各個(gè)對(duì)象之間的立體透視關(guān)系。這樣，一個(gè)照相機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)多信號(hào)的錄音棚的效果。可在三維場(chǎng)景中提供任何近距離鏡頭和全景鏡頭。該系統(tǒng)能支持多種不同的虛擬攝像機(jī)位，并能在多臺(tái)攝影機(jī)間進(jìn)行快速切換、遠(yuǎn)、近推、左右擺動(dòng)、傾斜、慢動(dòng)作的轉(zhuǎn)換，從而生成搖擺式的移動(dòng)攝影效果，并且可以定制和調(diào)整攝影機(jī)的移動(dòng)時(shí)間。整個(gè)虛擬場(chǎng)景等多種虛擬節(jié)目要素可以在同一畫面中進(jìn)行切換，保證了多臺(tái)場(chǎng)景的同步，畫面平滑，不抖動(dòng)，不撕裂。它可以模擬現(xiàn)實(shí)中的多個(gè)攝像頭，可以在任意一個(gè)機(jī)位上進(jìn)行任意的位置和方向的選擇，并且可以在不同的位置和角度上進(jìn)行一次流暢的操作，從而保證了制作者的鏡頭語言。對(duì)觀眾而言，這是一種更為真實(shí)、直接的視覺體驗(yàn)，可以讓人身臨其境，有一種耳目一新的感覺。這一點(diǎn)，在央視及各省的實(shí)踐中已被實(shí)際驗(yàn)證，對(duì)提升廣播電視的影響力有很大的借鑒作用。

2.2 降低后期制作難度，提升畫面精度

電視節(jié)目的后期制作在電視節(jié)目的編制中占有很大的比例，也是最耗費(fèi)時(shí)間的一項(xiàng)。如果使用傳統(tǒng)的實(shí)景拍攝技術(shù)，為了獲得理想的播放效果，必然要經(jīng)過很多的后期加工。但是，若有高清晰度的虛擬錄影系統(tǒng)，則可以先把背景調(diào)至理想的水準(zhǔn)，然后再進(jìn)行合成。這樣可以提高畫面的質(zhì)感，并且還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光的亮度，從而達(dá)到最佳的視覺效果。在使用高清虛擬錄播系統(tǒng)的時(shí)候，大部分的錄播節(jié)目都是使用線性剪輯，利用復(fù)雜的PR等功能，比如字幕、特技等，再加上后期合成，可以有效地?cái)U(kuò)大技術(shù)的應(yīng)用范圍，減少后期制作的工作量，在簡(jiǎn)單的制作之后，就可以得到滿意的效果。

2.3 減少空間時(shí)間限制，降低演播成本

一般來講，推廣和應(yīng)用高清虛擬演播室的成本都很高，但隨著新媒介技術(shù)的發(fā)展，高清晰度虛擬錄播設(shè)備廠商的不斷創(chuàng)新，使得高清晰度虛擬錄播設(shè)備的成本都在下降，而一套高清虛擬錄像機(jī)的壽命更長(zhǎng)，后期的維護(hù)和更新技術(shù)也相對(duì)簡(jiǎn)化，由電視臺(tái)員工自己操作，大大降低了后期的維護(hù)和更新成本。按照以上的說明，高清晰度的虛擬演播室可以在不受空間和時(shí)間限制的情況下，迅速地更換和建立電子場(chǎng)景，從而節(jié)約人力、物力、財(cái)力，縮短制作時(shí)間，從而極大地提高虛擬實(shí)境的效果?？梢?，在電視臺(tái)中使用和推廣高清虛擬錄播系統(tǒng)是非常有意義的。

3. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺(tái)中的應(yīng)用問題及解決辦法

3.1 攝像機(jī)定位不準(zhǔn)

攝像機(jī)定位不準(zhǔn)，可能是由于下面兩個(gè)原因引起的，其一，攝像機(jī)對(duì)于網(wǎng)格的處理不正確，解決辦法請(qǐng)參見虛擬操作手冊(cè)第三頁的攝像機(jī)定位；其二是攝像機(jī)光圈太大、過低或演播室布光不均導(dǎo)致DVP識(shí)別的網(wǎng)格邊緣線不夠全面。攝像機(jī)的光圈可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)燈光，降低場(chǎng)所高亮域，解決了攝像機(jī)位置不準(zhǔn)確等問題。

3.2 虛擬場(chǎng)景抖動(dòng)

在使用網(wǎng)格的時(shí)候，一定要注意相機(jī)不能全部搖出網(wǎng)格，在拍攝的時(shí)候，盡量讓相機(jī)的尋向器上有5條5豎網(wǎng)格線。而虛擬場(chǎng)景則會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這主要是因?yàn)閿z影棚中的前景或者對(duì)象的光線不均勻，使得 DVP將未柵格區(qū)域作為網(wǎng)格線對(duì)相機(jī)進(jìn)行追蹤時(shí)，會(huì)產(chǎn)生虛擬場(chǎng)景的抖動(dòng)。在此情形下，可采用減少誤差的方式加以解決。在相機(jī)捕捉到網(wǎng)格過少時(shí)，會(huì)出現(xiàn)跟蹤丟失，而在網(wǎng)格過少的閾值下，則不會(huì)丟失追蹤。但在這個(gè)時(shí)候，畫面也會(huì)發(fā)生晃動(dòng)。相機(jī)在拍攝時(shí)的抖動(dòng)速度太快，導(dǎo)致 DVP不能正確地對(duì)計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行識(shí)別，從而導(dǎo)致場(chǎng)景的跟蹤丟失。因此，相機(jī)的速度要盡可能地慢。

3.3 摳像問題

色鍵效應(yīng)對(duì)整個(gè)虛擬工作室的效果有很大的影響，色彩向量處理是最好的。這種方法的基本原理是，將被抽取的色彩向量與圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)的色彩向量相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的消色和色彩的補(bǔ)充，從而使得整個(gè)圖像看起來更加逼真。很多時(shí)候，主持人都會(huì)穿著粉色、藍(lán)色、深紫色的服裝，這樣的服裝很容易讓人產(chǎn)生“摳”的現(xiàn)象，這時(shí)候就需要在色鍵上選擇“Flare”，來調(diào)整主持人的服裝與現(xiàn)場(chǎng)的色調(diào)。

3.4 燈光問題

在虛擬工作室中，正確的照明布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)真實(shí)影像的綜合是至關(guān)重要的。不正確的照明布局，會(huì)使合成影像失真，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使調(diào)色按鍵無法正確地進(jìn)行。虛擬工作室布光與一般工作室布光時(shí)有很大的差別。主持人的位置一般都比較靠后，而不是站在中間。這樣會(huì)讓整個(gè)照明系統(tǒng)的位置變得更好。整個(gè)演播室的布光要均勻，且頂光與逆光要有足夠大的范圍，這樣才能保證主持人的活動(dòng)范圍，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)覆桓蓛?，?duì)節(jié)目的效果造成很大的影響。如果主持人穿著輕薄的衣服、亮片的腰帶、反光的首飾，就會(huì)反射箱子的光線，導(dǎo)致反光的地方也會(huì)被挖出來。此時(shí)，我們要做的，就是調(diào)整特定的燈光亮度，調(diào)整色鍵，盡量減少反射。

4. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺(tái)中的具體應(yīng)用策略

4.1 合理運(yùn)用定位追蹤系統(tǒng)

在高清虛擬演播室中，定位與追蹤是其中的一個(gè)關(guān)鍵部分，也是節(jié)目編排和方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通常情況下，為了達(dá)到定位與追蹤的目的，必須使用各種不同的虛擬記錄技術(shù)。首先，它的優(yōu)點(diǎn)是快速定位，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成全部的位置，無需額外的設(shè)備，因此投資比機(jī)械傳感器要少得多。在大部分情況下，都可以直接產(chǎn)生精確的軌跡，并可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)頻率、鏡頭的變化和參數(shù)的變化來進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，這種裝置的使用也有一個(gè)前提，就是必須要將它的作用維持在一個(gè)特定的區(qū)域。其次，該系統(tǒng)使用了一種機(jī)械傳感器追蹤設(shè)備，該設(shè)備可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)出各種數(shù)據(jù)的參數(shù)，并將其反饋給圖像工作站。在使用該功能的時(shí)候，它可以從各個(gè)方面收集到大量的信息，從而解決了機(jī)械傳感器的橫向視角問題，提高了采集的效率和效率。該方法既能彌補(bǔ)傳統(tǒng)的柵極傳感器的不足，又能提高機(jī)械傳感的跟蹤效率，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。最后是一個(gè)小型的紅外傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行自由移動(dòng)和交叉掃描，既可以接收到攝像機(jī)上的紅外攝像頭的信號(hào)，又可以將攝像機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將其傳輸?shù)綌z像機(jī)的位置。采用三種不同的追蹤與定位方法，可以有效地解決單個(gè)追蹤的不足，并在很短的時(shí)間內(nèi)快速地進(jìn)行定位。和以往的錄制相比，這一次的轉(zhuǎn)播，只有兩三分鐘的時(shí)間。另外，由于動(dòng)態(tài)相關(guān)性高，本技術(shù)在拍攝自由拍攝、特寫等方面表現(xiàn)出了更好的拍攝效果，能夠滿足各種不同的拍攝需求。

4.2 實(shí)時(shí)渲染平臺(tái)

高清虛擬演播室系統(tǒng)運(yùn)用過程中，城市電視臺(tái)要實(shí)時(shí)渲染平臺(tái)。為此，需要將相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)作為支撐。其中，在平臺(tái)上進(jìn)行渲染，必須用信息處理技術(shù)和基于數(shù)據(jù)跟蹤技術(shù)，同時(shí)，需搭建計(jì)算機(jī)軟件處理平臺(tái)。該軟件系統(tǒng)具有良好的交互性能，可以通過軟件交互來完成對(duì)畫面內(nèi)容的調(diào)整以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置?；诖耍艹浞职l(fā)揮數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)，在演播廳虛擬場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，進(jìn)行圖文信息的快速變換、實(shí)時(shí)渲染其他技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。此外，還需要借助圖形工作站和計(jì)算機(jī)仿真器來搭建軟件程序平臺(tái)，從而保證整個(gè)視頻圖像的實(shí)時(shí)性以及真實(shí)性。相對(duì)于傳統(tǒng)電視節(jié)目制作流程而言，該平臺(tái)的實(shí)時(shí)渲染，可以在專業(yè)圖形渲染卡的前提下實(shí)現(xiàn)，達(dá)到渲染目的。通過將該圖形渲染卡接入到實(shí)際的軟件系統(tǒng)中，就能完成相關(guān)工作任務(wù)，從而達(dá)到優(yōu)化效果。由于這種圖形渲染卡具有較強(qiáng)的處理能力，因此能夠較好地適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境，甚至可以滿足復(fù)雜，多變場(chǎng)景需要。因此，在未來，通過運(yùn)用該系統(tǒng)，能夠使電視節(jié)目得到更為真實(shí)和豐富的呈現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上，對(duì)高清虛擬演播室系統(tǒng)環(huán)節(jié)進(jìn)行了應(yīng)用研究，電視節(jié)目制作人員也能得到更加優(yōu)質(zhì)的資料，借此有效地提升了節(jié)目的整體質(zhì)感。此外，通過將高清虛擬演播室技術(shù)融入到電視節(jié)目制作當(dāng)中，不僅能夠極大地提升工作效率和質(zhì)量，而且也能夠進(jìn)一步推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展進(jìn)程。同時(shí)基于高清的虛擬演播室系統(tǒng)，也可以極大程度地增加場(chǎng)景本身的通透性。因此，對(duì)于電視臺(tái)而言，通過使用該系統(tǒng)對(duì)電視節(jié)目畫面進(jìn)行模擬和播放，就能達(dá)到提升電視節(jié)目品質(zhì)的效果。不僅如此，員工還能使用內(nèi)置色鍵和線性鍵，實(shí)時(shí)處理電視臺(tái)高清虛擬演播室生成的畫面，則可達(dá)到疊加輸出，加強(qiáng)總體拓展性。此外，通過將數(shù)字媒體技術(shù)與高清虛擬演播室相結(jié)合，還能進(jìn)一步提升電視節(jié)目制作水平。依托電視臺(tái)實(shí)時(shí)渲染平臺(tái)，也能夠加強(qiáng)高清虛擬演播室系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，達(dá)到了處理微小延時(shí)現(xiàn)象。

4.3 虛擬場(chǎng)景制作

虛擬場(chǎng)景主要靠3Ddesigner軟件完成。通過此類軟件，能完成第三方圖文模型，首先要建模，依據(jù)貼圖打光的狀態(tài)，選擇貼圖信息處理方式，將其保存到對(duì)應(yīng)格式文件中。二是考慮模型的面數(shù)，最好不超過一萬個(gè)四邊，同時(shí)，在生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)考慮不同坐標(biāo)下的定位，保證場(chǎng)景內(nèi)各坐標(biāo)值匹配效果好，與此同時(shí)，還需對(duì)不同物體層作好順序架構(gòu)工作，不發(fā)生相互影響、遮擋時(shí)保證虛擬場(chǎng)景制作效果。另外，為了保證后期播放過程中畫面的流暢度，要對(duì)每一個(gè)鏡頭都作詳細(xì)的分析，避免因?yàn)槟硞€(gè)細(xì)節(jié)而影響整個(gè)畫面質(zhì)量。最終決定在3Ddesigner場(chǎng)景制作基本結(jié)束之后，然后導(dǎo)入到軟件里進(jìn)行檢驗(yàn)，其中以擁有動(dòng)畫為主進(jìn)行剪輯、視頻開窗處理和實(shí)際站位測(cè)試等內(nèi)容，同時(shí)，判斷場(chǎng)景效果是否滿足預(yù)期目標(biāo)之后，然后保存存量模板，測(cè)試合格后方可進(jìn)入最終播出。

5. 結(jié)束語

虛擬演播室因?yàn)樗揽侩娔X，不需要太多的設(shè)備，因此可以很好地控制成本，并且可以很好地適應(yīng)電視節(jié)目的制作，這也是當(dāng)前電視節(jié)目制作和提高節(jié)目質(zhì)量的一種重要手段。本文從定位跟蹤系統(tǒng)、實(shí)時(shí)渲染平臺(tái)、虛擬場(chǎng)景制作三個(gè)方面分析了目前國(guó)內(nèi)各地區(qū)電視臺(tái)在使用高清虛擬演播室系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，以期在一定程度上提高技術(shù)的應(yīng)用，保證產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定、快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：畢杜娟，貴州省遵義市人，中級(jí)，研究方向：演播室的管理及維護(hù).