虚拟演播室系统（精选11篇）
虚拟演播室系统 篇1
自从2010-2011跨年晚会, 湖南卫视首次使用了虚实结合技术, 传统的虚拟演播室系统 (The Virtual Studio System) 已经突破了室内蓝 (绿) 箱的约束, 越来越多地应用到了实景演播厅, 在各大小晚会直播节目中, 为观众创造出亦真亦幻, 绚丽夺目的效果。
一需要解决的问题
随着使用的频繁, 对系统的要求越来越高, 稳定、安全、灵活成为长远发展的关键。不同于演播室的固定使用条件, 虚拟演播室系统的虚实结合应用, 需要在各类大型活动中交替使用, 与不同的转播系统对接, 根据节目需求不同, 随时更改功能分配。经过几场晚会, 主要问题显现出来。
1. 设备相对零散
每一个机位对应就有一台工作站, 通常3机位情况下, 就有3台工作站+2台控制机 (一主一备) , 以及对应显示器、监视器、分割器、网络交换机、工具耗材等等, 这些设备都需要一一搬放、编号, 此外还有云台脚架、摇臂、跟踪组件……尽管我们已经将摇臂、云台脚架等大件设备定做了专门的航空箱以方便运输, 但是每次在场馆内搭建系统, 都像摆“地摊子”似的, 首先需要节目组提供足够多的桌子椅子, 一排散开, 将各个工作站分别连接, 一方面耽误时间, 需要较多的前期准备条件;另一方面, 接线的凌乱和繁琐相当不专业。
2. 信号的对接冗余
目前我们使用的是Vizrt虚拟系统, 每个工作站根据使用情况, 最少需要1路输入+1路输出+1路同步信号, 最多2路输入+2路输出+1路同步, 外加2路音频信号, 并且工作站板卡不具备信号环通功能。根据我们系统本身的条件和系统连接需求, 每次要从转播车对接十多根视频信号线, 其中同步信号根据虚拟机位数量, 需要逐个单独放置, 工作站输出返监看又额外需要4路信号, PGM监看需要1路, 如果有视频插入的场景设计, 还需要将插入信号或者其他机位信号4路送分割器……对于机位较多的大型晚会, 在转播车承载20多个机位的情况下, 再额外提供我们3路以上相同的BB同步信号, 或者4分割信号、录放带信号等等, 无疑给转播系统也造成压力和繁琐。
3. 供电的不稳定
插线板从来都是一个接一个挂一串, 受插线板、电源线各种功率限制, 主电源经UPS提供了主机, 就不能负载备份及显示设备, 一旦场馆出现供电问题, 设备安全受挑战, 大大影响工作效率。
此外, 还有无工作站本机输出监看, 功能变动灵活性不够等问题。
二新系统设计思路
针对虚拟演播室系统虚实结合应用中的问题和需求, 参考EFP移动演播系统的做法, 在考察国内外各种移动集成箱体的产品后, 自行研究设计出The Virtual Studio System的箱载集成EFP设备——高清虚拟EFP系统。
高清虚拟EFP系统设计为配合台内所有节目类型的需求, 尤其是转播车等外出的直播系统使用, 对原有虚拟设备进行一次整合, 即“集成虚拟系统”, 以提高虚拟系统的灵活性、可操作性, 提高设备的利用率 (小型化高端制作) 。虚拟EFP系统稳定可靠, 具有较高的安全系数, 操作安全、快捷;具备完善的信号功能, 信号接口丰富、调度灵活、流程简洁。总体设计参考以下原则:
1. 运行可靠性原则
z作为异地制作平台, 系统设计及设备选型要求稳定可靠、简单安全;
z系统必须高度可靠, 对环境温/湿度、震动有较宽的适应范围;
z系统设计必须具备完善的备份方案, 应急操作安全快捷;
z整个系统的各种软硬件均应符合国际或国内的相关标准。
2. 功能实用性原则
z能够满足大型晚会, 户外直 (录) 播节目的各项功能需求;
z系统和工位设计以人为本, 充分满足人体功能学的需要, 空间和设备利用率高, 箱体设计和设备装载分布合理, 符合节目制作流程和操作习惯。
3. 技术先进性原则
z系统设计保持与国际先进设计理念同步, 采用开放性系统架构, 具备较强的扩展性, 以适应未来节目的制作和直播要求;
z系统设备采用技术先进、稳定成熟并具有实际应用成功案例的设备;
z承载箱体采用技术先进、稳定成熟和具有实际应用成功案例的防潮、防震、密封性好、强度高、轻便的材料制成。
4. 系统灵活性原则
z作为具有直播功能的虚拟制作移动式演播系统, 在满足功能的前提下, 系统应具备结构的灵活性、接入的灵活性和操作的灵活性;
z系统操作简单直观、维护管理方便;
z系统设计、工位设计、信号接口具有可扩展性, 便于今后的系统扩展和升级。
三高清虚拟EFP系统特点
针对虚拟使用中的各种需求, 设计该系统的集成特点如下:
1. 集成度较高
整个虚拟系统集中于两个箱体中, 收纳时紧凑放置设备, 收纳方式在满足小型化制作需求的同时, 尽量做到体积小、重量轻, 方便携带。箱体采用高质金属材质航空箱, 结构上具备防水、气密、防潮、防冲撞等功能。其中Rack箱的安装设备深度为650mm, 22RU尺寸高度, 19英寸标准机架宽度。翻盖带有金属锁扣, 侧面带提手和锁扣, 每台工作站的抽屉架板均带有活动插销, 既能保证运输时牢固稳定, 又能方便设备抽出来检修维护。
2. 设备配置丰富
z配备工作站HP Z800主机5台。空间占用为定制。作用:每台可独立作为工作站, 对应各个虚拟机位, 也可转变成为控制机, 进行调试操作, 或者作为数据库, 集中调用参数进行备份;
z Harris FR6822+QXFE机箱一台, 其中高清数字视分板卡DA-H6802+S (1分4) 5块, 模拟视分VDA6800+S (1分4) 4块, 四画面分割器QvM6800+T (4路HD/SD-SD/模拟输入自适应, 支持嵌入音频, DVI输出及HD-SDI, 输出分辨率1920×1080, 延时小于1帧) 2块。空间占用为2U。作用:可以解决多路信号分配和放大, 通过增加板卡, 方便功能扩充;
z四联高清小监视器。空间占用为4U。作用:实时监看工作站的渲染合成输出信号, 对比由转播车返送回分割器的监看画面, 方便掌握输出信号状态, 及时排查故障;
z千兆网络交换机1台。空间占用为1U。作用:控制机和各工作站之间连接, 统一控制调试, 设置直播操作;
z此外, 考虑到运用环境的不同, 有时需要在离箱体比较远的地方来操作主机, 还配备了USB/DVI延长器。键盘鼠标显示器可以在多达60米外的区域来操作此系统, 使操作人员更加灵活方便, 不会因为连接线过多或者不够长出现安全隐患, 系统的应用性更强。
3. 功能拆分或组合灵活多变
(1) 工作站组合
两个箱体集成5台工作站, 分配为A箱体承载2台, B箱体承载3台, 功能组合方式多种情况:
z虚拟4机位4通道, 备控工作站作为控制机, 其余4台作为渲染引擎;
z虚拟3机位3通道, A箱主控工作站做控制端, B箱备控机除了作为备控工作站外, 作为数据库终端, 所有渲染数据连接至备控机, 避免主控制端死机而导致所有渲染工作站数据丢失, 全部重启的安全问题;
z在5机位5通道满负荷情况下, 使用笔记本作为控制端, 只需一根网线与整个系统接入即可;
z虚拟演示或者系统测试情况下, 只需单独使用A箱工作, 具备1通道工作渲染设备及控制端。
考虑到散热及受热情况, 渲染工作站相对于控制机, 靠下放置。
(2) 周边设备配置
a.四画面分割
提供额外视频插入信号, 将多路合成1路, 可做动态视频开窗, 画中画等特效。
b.高清数字视分
z同时提供渲染输出合成信号的本地监看和送转播车播出信号;由于Vizrt系统的DVS卡虚拟合成信号 (Fill) 输出只有一路, 以往做法是将虚拟的合成信号直接输出给转播车, 再从转播车返回合成信号进分割器到显示器监看。如果发现返送监看的合成信号不正常, 虚拟本地输出和转播系统信号都有可能存在问题, 经常需要多次往返虚拟控制室和转播车, 查看输出信号和返送信号才能找到问题所在, 不利于快速判断问题及解决故障;通过此高清数字视分, 可以同时监看本机输出和转播车返送, 方便第一时间判断对比出现的问题, 解决起来高效精准;
z提供给每个工作站四分割信号:配合四分割板卡, 将四分割后的信号分配给每个虚拟工作站的外接视频输入2, 使每台虚拟机位均可实现多视窗输入效果。
c.模拟视分
分配多路REF同步信号, 只需转播车提供1路BB同步信号, 通过板卡视分, 提供给各个工作站, 以及虚拟机位的数据盒;由于使用的是DVS视频板卡, 无REF分配, 通常做法是:虚拟有几个机位就需要从转播车接几路同步信号;另外, 在场内的虚拟机位处, 如果数据盒所需的同步信号无法正确取用摄像机直接接出的模拟信号, 还需要从转播车额外放线, 以提供给虚拟数据盒。不但放埋视频线的繁琐工作占用大量人力、时间, 还给转播车增加额外信号负担。
(3) 供电、散热安全稳定
箱体前后贯通, 工作站平置, 前后通风散热不受影响。
箱体的电源部分, 安装总电源进入到A箱后直接分配到B箱, 使得两个箱体的电直接来自总电源, 同时均衡两箱体的功耗。
考虑到箱体的两用:机柜箱及工作台;以及设备的散热等因素, 把外置显示器用电源分配板安装在箱体顶部, 方便使用。
(4) 附带桌板, 便携精巧
两个箱体均有功能为开盖侧台办公桌, 即箱体翻盖打开, 可以支撑到箱体侧面形成两个办公桌, 可以方便进行现场制作, 同时提高空间利用率。实际使用情况如图6。
此次制作的高清虚拟EFP系统, 经历了湖南卫视“2013跨年狂欢夜”, “2013春晚小年夜”的直播, 虚拟的制作、播出运行稳定, 系统功能基本满足要求, 灵活更改的优势得到充分发挥, 临时更改两机位为三机位、备控机改做数据库、声音输出主备切换等问题, 只需接几根线的变动;在排查视频延时的问题时, 通过短线调换输入信号, 多视窗对比分析, 以往几个小时排查的故障, 现在几分钟可以解决, 并且可以很方便地反复做测试, 更加精准地找出问题, 解决问题, 大大提高了系统工作效率。
四未来改进空间
系统的完善还需要不断斟酌, 此高清虚拟EFP系统虽然完全胜任现有节目需求, 但随着设备的改进, 整个系统运行能力的提高还有可发挥空间。
1. 光纤传输
虽然高清虚拟EFP系统大大减少了信号线的对接, 但是与转播系统之间还是存在一定数量的视、音频线路, 目前还没有实现虚拟系统接入内部通话环节, 这些情况的改进, 拟通过加入光纤传输设备进行完善。光纤传输系统具有传输频带宽, 通信容量大;传输速率高, 衰减低, 串扰小, 抗干扰能力强, 信号传输质量高的优点, 同时光纤尺寸小, 重量轻, 便于传输和铺设;将虚拟系统需要对接的所有信号, 通过光端机与转播车连接, 不但最大化减少铺设线路的工作, 增加传输距离, 同时可方便增加内部通话等其他辅助功能。随着光纤传输系统的越来越小巧化, 加入到虚拟EFP系统中, 可更好地发挥集成优势。
2. Server服务器
出于对虚拟系统运行时, 所有虚拟制作场景数据库的安全考虑, 最好能实现单独一台服务器存放数据库, 而专门使用一台Z800工作站来跑数据库资源, 功能上有些“大材小用”, 同时也影响机位的扩展。在功能上满足要求, 同时空间占用最小的情况下, 拟采用1U的Server服务器作为数据库存放处理单元, 目前虚拟EFP系统中还有空间可以放置, 这样方便所有机位安全稳定地调用数据库, 将来还可扩展中央数据处理单元, 增加跟踪数据集中处理。
通过制作高清虚拟EFP系统, 其功能上的优势已在使用中得到良好发挥, 随着设备的提升和需求的增加, 在有较大制作播出工作量的情况下, 希望能构建专门针对虚拟制作方面的转播系统, 比如虚拟制作转播车, 在集成上更加扩展功能和发挥优势, 在与转播系统对接上, 更加便捷安全, 将虚拟技术放开“脚”, 奔向各个大型活动需要的地方, 不受环境、空间限制, 简化一切繁杂准备, 更专业更安全有效地实现虚拟技术, 发挥其特色优势, 为节目增光添彩。
虚拟演播室系统 篇2
虚拟演播室是由传统的色键技术发展而来。它可以把现场视频与计算机影像实时地无缝地合成在一起，是对传统的电视演播室技术的一次重大变革。本文讨论了虚拟演播室系统的原理，技术途径以及当前所面临的问题。
在现代社会中，随着电视成为最广泛的大众传播媒介和娱乐工具，电视观众对于电视的欣赏口味正在不断提高，而且，对于电视制作及电视技术也提出了更高的要求。为满足这种电视制作的要求，电视技术迅速的向数字化、多媒体方向发展，虚拟演播室技术已成为近年来的新热点。实际上，虚拟技术早已在军事、科研、气象、建筑等领域广泛应用，而进入电视、电影制作领域还只是近几年的事情。如电影《侏罗纪公园》、《阿甘正传》，在其后期制作中，将实拍的人物与电脑绘制的虚拟景物有机地结合起来，给观众以全新的视觉享受。但这种需要大量时间进行后期合成的方式无法满足现代电视生产周期短、时效性强的需求，因此虚拟演播室技术应运而生。
虚拟演播室技术一经问世，便被电视制作领域认可和接受。在韩国总统选举和美国总统选举的电视转播中，电视观众已看到采用了RT-SET虚拟演播室所带来的耳目一新的转播效果。现在，全球已有数十家电视台及制作公司采用了虚拟演播室。这一技术使电视导演可以摆脱时间、空间及道具制作方面的限制，在广泛的想象空间中进行自由创作。虚拟演播室是建立在高速图形计算机和视频色键基础上发展起来的演播室技术。在虚拟演播室系统中，现场视频可以实时地与计算机产生的三维图形完美无缺地集成在一起，构成一个现实中不存在的，但是在电视画面上却又起到演播室作用的那种假想的新的环境和气氛，并可极为灵活地根据用户需求进行定制。一台工作站可与多台摄像机连接，摄像机可在虚拟演播室中随意移动，它突破了传统布景、道具、灯光、场地等演播室制作工艺的限制，虚拟模型可使用户在布景、拆景及贮存道具方面节省大量开支。同时，用户还可以通过建立三维模型得到真实道具所不能达到的特殊效果。技术制作人员可以利用鼠标器来激活或改变场景中的任何事物。虚拟演播室无需很大，可是却为制作人员提供了无限的自由创造空间。无疑，虚拟演播室可以极大地提高电视台对节目的创作和制作能力，对开拓电视节目空间，降低节目制作费用有着十分重要的意义。因此，受到了影视界，特别是电视节目制作人员的青睐。
二、虚拟演播室技术
虚拟演播室除了传统演播室所具有的装置外，还必须有能获取摄像机运动参数的摄像机运动跟踪系统以及能实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。最后，来自摄像机的前景和生成的背景在色键合成器中合成并输出。摄像机运动参数的获取
摄像机的运动参数包括镜头运动参数（变焦zoom；聚焦focus；光圈zris），机头运动参数（摇移pan；俯仰tilt），及空间位置参数（地面位置X、Y和高度Z）等。这些参数的获取对虚拟演播室系统来说是至关重要的，它可直接影响到虚拟背景的生成。目前有两种方式可获得摄像机的这些运动参数，即机械跟踪方式和图像分析识别方式。
1）机械跟踪方式
这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据，它通常被安装在三角架或基座之上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装置。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头运动参数编码器。这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合。当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。信息数据通常通过一些串行接口类型如RS-232或RS-422传送给计算机。
摄像机的地面位置X、Y及高度Z也可用类似的编码器方式测量，即用相应的传感器检测摄像机的升降和云台脚的转动，并对其参数值进行编码。X、Y及Z
跟踪器允许传感摄像机上、下、左、右全方位的信息，可以装在滑轨或升降架上。不过，用这种方式测得的X、Y参数精度较低；另有一种测量X、Y参数的方法是读条码法。这种方法要求在云台上安装一个专用广角摄像机，同时在演播室一面墙的底边安装有条形码板，通过广角摄像机扫描条形码可测量出摄像云台在演播室中的绝对位置。这种方式精度较高，但缺点是必须保证条形码处于广角摄像机的视野范围之内，否则就无法确定位置。有些系统可同时使用两种方式确定X、Y位置，即当广角摄像机能拍摄到条形码时，采用读条形码法，而当广角摄像机无法拍摄到条形码时（例如中间有遮挡物），则自动转到对云台脚轮转动的编码方式。利用机械跟踪方式有许多优点，主要有：
(1)测量摄像机参数可以达到非常精确，旋转角度可以达到0.001°，移动距离可以达到0.01毫米的精确度，工作稳定，数据处理时间短。
2单颜色蓝背景，无需用户绘制背景墙，很容易照亮蓝色背景而不用担心照亮网格。摄像机运动不受限制，因此允许摄像机有更好的拍摄角度；演员更容易接受虚拟场景。演员在蓝色舞台范围内可以任意速度自由活动，不受限制；自由使用真实的蓝色支持道具，不用担心遮挡网格。
(3)跟踪数据没有延时。可以60Hz速率进行摇移、俯仰及变焦，无需额外的工作站处理跟踪信息。
(4)在合成拍摄过程中可以很容易处理阴影，无需进行额外的修补不足之处。
同时机械跟踪系统也有许多缺点，由于这种方式必须在摄像机镜头及云台上安装专用编码器，使得演播室中可使用的摄像机的种类及数量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每台摄像机必须有一个跟踪器；其次，不能使用手持式摄像机，因为摄像机的机械跟踪系统部分过于庞大、笨重，增加了摄影师灵活使用的难度；再次，机械跟踪需要对摄像机的镜头进行精确的测量，校正困难；最后就是定位，在拍摄之前，需要一个非常耗时的过程来获取摄像机的初始位置和方向。
2）图像分析识别方式
机械跟踪方式是直接对摄像机的各种运动参数进行测量，而图像分析识别方式与之截然不同，是利用图像分析识别技术在拍摄期间同步控制并检测摄象机的各项运动参数，包括位置参数（X、Y、Z），水平转动参数，垂直转动参数和变焦参数，所有这些参数都被转化成位置参数，这就使得摄像师能够在拍摄过程中随意移动摄象机，而且也不需要特殊的摄像机。目前已在使用的一种在蓝箱正面有用浅蓝色组成的网格图案，而且正面是倾斜放置的。这种精确的网格图案以两种不同的蓝色形状绘制于篮背景上，蓝背景整体采用与传统演播室相同的蓝色，因此仍可利用色键合成技术。摄像机拍摄这种图案后，与计算机跟踪软件及硬件预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟场景的透视关系及距离。所以，当启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，利用图像分析的方法检测出其亮度的变化，通过计算机计算出每一幅图像中由于摄象机运动而引起的水平位移、垂直位移及镜头变焦参数的变化。这些参数被送入图形工作站中，控制着用计算机制作出的虚拟场景中的摄像机的运动，这样，在虚拟的摄像机中看到的场景中的物体的位置及透视关系与实际拍摄的摄像机完全一致。这种图像识别技术解决了用传感器的摄像机系统所造成的限制及校准要求，便于摄影师能运用各种摄像机以不同的角度进行拍摄。数字视频中包含有大量的数据流，需进行数亿次的图形计算，从而导致了图形工作站产生的图像滞后于现场摄象机拍摄画面7～15个图像帧的延迟。为了解决这个问题，虚拟演播室使用视频和音频延迟硬件以达到摄象机图像和图形工作站制作的背景图像间的同步。传输中的延迟量取决于摄像机的跟踪方法和图形工作站的处理能力。
采用图像分析法有很多优点，最主要的是：
(1)不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准。
(2)可直接使用演播室原有的摄像机，甚至是便携式摄像机。
(3)同一个跟踪器可同时用于一个以上的摄象机。
(4)摄像机可以不用轨道进行运动。
但这种方式也存在很多不足之处。
(1)由于这种方式要对图像进行分析、计算，所以数据处理时间长，加大了视频延时量。
(2)用这种方式获得的摄像机运动参数的精度比机械传感器的精度低。
(3)当参考点不在当前视野时，跟踪系统有可能失去方向，必须准确知道参考点的坐标，使摄象机移动时维持住正确的相对位置。在蓝室内标记参考点也不是一件容易的事情，这种精确的蓝色图案必须被绘制在蓝背景之上，它必须有别于蓝底，这种蓝色网格图案在制作色键过程的阴影很难处理，同时合成后又应该是不可见的。摄像机拍摄不能垂直于蓝色网格图案，必须偏离30度角以上，否则不能准确定位。另外，这种蓝色网格图案很难保持良好的键的质量。
(4)当摄像机散焦或者摄取画面中图像信息量过少时，系统无法正常工作。为了保持精确的跟踪，摄像机的焦点必须始终保证在网格上，真实的演员有时会显得模糊。
图像分析识别方式和机械跟踪方式是虚拟演播室常用的两种获得摄象机运动参数的方法，各有千秋。背景的生成1）虚拟场景的制作
在虚拟节目准备中的一个重要任务就是建立三维场景。虚拟演播室的背景图像可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机创作的二维或三维图形CG（Computer Graphics），即虚拟场景。这些场景用三维软件及材质完成。艺术导演可以用开放的平台及软件例如softimage、Wavefront、Alias或Multigen建立三维场景，并把它们直接送进系统，也可以在三维数据库中选用，同时还可使用标准动画软件工具对三维模型进行修改处理。
2）实时生成背景
实时生成背景是指在摄像机运动参数控制下，背景生成装置对制作好的背景信号进行处理，实时生成与前景有正确透视关系的背景图像。所谓实时，是指生成速度可达到50场/秒。系统的用户界面由安装工具及现场制作工具组成1）安装工具用于确定各种虚拟场景的部件、模型、材质、视频物体、动画等。另外，用户可以预设许多表单，每一个表单都包括一系列的操作指令，用以在节目拍摄过程中进行演示。这些操作可包括摄像机的切换、三维场景的改变、触发一个动画等。这些表单存储在内存中，每一个都可用鼠标按钮一触即发。事实上，这些表单组成节目制作的序列表。安装工具完成的结果是一个数据库，包括所有模型及序列信息。
2）现场工具可以合成来自安装工具的信号及来自现场摄像机的信号。用户通过用户界面控制节目流程，这个用户界面允许他们选择所期望的任一时刻的特技及操作。另外，预定的序列表可以图形化，并且用户可以选择任一预先确定的表单来完成自动运行的一系列操作。所有上述的步骤都可轻易地实时完成。蓝室设计和光照
1）蓝室设计
由于虚拟演播室系统允许摄像机运动，蓝室设计变得非常重要。虚拟演播室的摄像室一般是由一面或多面蓝墙和蓝色的地板组成的“蓝室”，对蓝色舞台没有实际的物理尺寸限制，真实蓝背景的大小可以决定有多少演员在虚拟场景中活动。如果制作是相当静态的并只有极少的演员在活动，那真实舞台就可以极小；如果制作需要在一个大的虚拟范围中有许多演员活动，那真实的背景就应该非常大。演员背后的更大的蓝色墙壁允许多种类型的摄象机进行尽可能的摇移。建立蓝色的边墙是另外一个得到更大视野范围的办法，可以因此得到最大的视角。有一件事需注意，正面临近的墙的角度应大于90度，这将更容易打灯光，并且墙壁之间也不会互相反射。而且，当摄像机取远景时，不仅需要播音员身后是蓝色，地板也要求是蓝色的。地板应该足够大得包括阴影，否则落在真实背景之外的阴影将被剪除。有时这会为制作带来一些麻烦。如果在真实布景中有折角，打光会非常困难，同时需要在键控器上进行额外的调整来均匀明暗差异，这将使保留阴影变得更困难。圆滑的角落可以帮助减少灯光的明暗差异。
2）灯光
对虚拟演播室来说灯光是最困难可又是最重要的问题之一。在一些制作中，需要一些经验丰富的灯光导演来处理虚拟演播室的灯光问题是必不可少的。
在通常情况下，蓝色舞台需要被照得非常均匀。在虚拟演播室中通常用冷光。大多数经常使用的冷光类型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果没有冷光，有时可以用蜡纸盖住标准演播室的灯光来代替。建议亮度是120瓦左右。应有灯光测量来保证灯光的均匀。灯光越均匀，用户就越少需要在键控器上完成“修饰”。最少的修饰可更为容易保留阴影。
灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上。在大多数情况下，阴影应该避免落在真实墙壁上，除非虚拟墙与真实墙的轮廓相似。这样可以允许用户制作虚拟演播室比真实演播室深得多的特技。地面上的阴影使观众看到真实的效果，真实物体与虚拟地面天衣无缝的联接了起来。如果真实背景太小，真实阴影被突然剪掉会产生负面效果，小模型技术（例如在边缘多边形上利用透明度）可以帮助使阴影的边缘平滑，有时这种方法可以解决上述问题。
我们也极力推荐地面的辅助光。如果没有来自下面的灯光，只能靠蓝背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分。这将降低键的质量，并且蓝色反射将会影响键的效果，同时还要注意下列一些问题：
(1)由于地板与墙相对于光源有不同的方向，因而会有不同的光强，沿边界的部分将表现的最为明显，前景的被摄物光强和色调应与背景协调。所以把墙与地板间设计成一个弧度，比起直角来，能减弱光线上的差异，以获得更理想的效果。另外过多的蓝光反射在物体上。这种蓝溢出在合成时能去掉，却损失了侧光和背光。
(2)影子问题。演员及真实道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空间。为了更好地提取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。影子的方向也要和虚拟空间中的光源方向一致。
(3)为表现虚拟背景中反光地板上的影子效果，可在蓝室地板上铺设蓝色透明塑料。虚拟演播室中的影子效果一般只限于地板，但如果要求演员或真实道具的影子投射到虚拟空间的墙壁上，就要在蓝室中相应于墙壁的位置上放一个大的蓝色物体以产生这种阴影效果；如果要求影子投射到虚拟空间的不规则物体上，实际很难在蓝室中用灯光模拟出逼真的影子效果。另外，在蓝室中可以放置蓝色的物体，再用虚拟物体覆盖它们，并要做到，允许虚拟物体支撑或碰撞实际的物体。
虚拟演播室系统虽然不局限于蓝色，但蓝色有几个优点：一是蓝色能更好地保护人体的皮肤颜色；其次，物体周围的蓝色弱色调没有绿边弱色调显眼；三是演员们在蓝色环境中工作要比绿或红色环境中愉快。
三、几种虚拟演播室系统简介采用机械跟踪方式的虚拟演播室系统
主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM两种型号
1）RT-SETTM公司的Larus虚拟演播室系统适用于节目现场直播。它是在现场直播时能够将现场视频和三维虚拟场景进行实时合成的强有力的系统。三维图形能在图形制作中不断地更新，并根据演播室摄像机运动的位置显示出正确的透视图，LarusTM虚拟演播室系统包括了一系列完整的制作工具，能确保连续不断播出的质量。操作者能轻松地在制作过程中创建或修改场景、特技和动画。它可使用任何当今通用的软件包来建立数据库；该系统的另一个特点是具有用灯光提示演员走位的功能。
2）RT-SET公司的OtusTM虚拟演播室系统是一种先进的现场视频到母带制作的虚拟技术。OtusTM通过RT-SET的先进技术，将标准播出和视频制作演播室转变成为一种经济的应用方式――即现场视频到母带的应用方式。OtusTM具备有数据库透视变化、不受限制的摄像机移动、可连接无数台摄像机等先进的功能。
RT-SET的虚拟演播室系统有以下特点：
1）摄像机的运动不受任何约束和限制，可以X、Y运动、俯仰运动。沿X轴旋转，提升，聚焦和变焦，而在聚焦和变焦时图像处在正确的透视位置；对演播室的尺寸和形状毫无限制。利用“演播室绘图工具”可高效地虚拟物体放置在实际演播室界线内，可以与市场上任何轨迹传感跟踪器相连接，可实时操作活动视频信号在虚拟物体上的投影。
2）RT-SET所有的系统配置都基于相同的源码，一个系统可方便地升级至更高级的系统或进行单纯的软件升级，并可根据演播室已有设备、所需设备及系统的使用要求等情况重组配置。任一摄像机都可被安装在一个具备摇移／俯仰等控制台上或一个运动控制平台上。这些配置可被分为三个类型：
(1)顶级配置包括RT-SET软件及电路的最高、最新版本、全面的运动控制系统、不限数量的演播室摄像机、一台带两个CPU（或更多）的SGI Onyx2、以及两个（或更多）Sirius视频板的工作站。这个配置的特点包括在摄像机或三维场景之间渐隐或切换、动画、相互作用的视频、特技及其它。系统可实时操作。
(2)高级配置与顶级有着相似特点，但是可以节省设备的数量。它可以使用一个带Sirius板的单CPU Onyx，运动控制不再必须包括在内。另外，摄像机的运动及数量可以明显少于那些在顶级配置中的要求。此系统也可实时进行操作。
(3)经济型配置的最大不同之处在于它不以实时进行操作；它被设计成后期应用的系统。此配置使用价格低廉的电路及低档计算机平台，并只允许最多三个摄像机。同时也可以在这三种配置之间进行组合。SGI在拍摄过程中不断跟踪、接受摄像机位置信息，同时工作站中的图形处理器实时处理三维场景，为摄像机提供一个新视角的三维画面，处理的结果通过SGI视频板以视频格式输出。虚拟演播室系统的视频及键输出到传统的演播室切换台及类似的设备中，同时提供一个视频同步信号。在高级配置以上，允许现场视频通过SGI Sirius送进虚拟演播室。这个视频可做为背景或三维场景的一部分在虚拟演播室内重放，同时还可制作花样繁多的特技效果。输入的视频可以是任何一种视频格式。系统可以很容易地与演播室已有的设备进行合成。采用图像分析识别方式的虚拟演播室系统主要有
1)ORAD公司（以色列）的Cyberset系统
该虚拟演播室系统依靠DVP处理器及一台Ony×2个人工作站为基础，再配以蓝色背景网格及专用软件，从而将被摄者与电脑制作的三维图像融为一体。该虚拟演播室系统能够与任何类型和任何数量摄像机配合使用，甚至能与任何数量的演播室，包括与异地演播室配合使用。摄像机的镜头可采用任何型号普通镜头，并且不必进行特别的调校。该虚拟演播室能与多种软件配合使用。并且能够在播出中进行布景、物体、灯光及特殊效果的修改。该虚拟演播室系统在带有一堵“网格编码墙”的演播室中工作，这种编码模式由两种不同亮度的蓝色交叉排成网格组成。当启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，进行精密计算，自动实时分析并调整虚拟背景，使它的视角与摄像机的视角完美配合。
2)RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统
RT-SET的Ibis是一种低价位的、易于维护的虚拟演潘室系统。它采用先进的2D即插即用式系统，只需最简单的安装。系统平台是以SGI O2制图工作站为基础，以50Hz／60Hz速率进行操作，Ibis系统的所有硬件和软件将来都可升级至RT-SET的Larus系统，而不会有损失和浪费。此系统不需要特殊培训，甚至在制作中也无需专业的操作人员。它不需要复杂的3D模型工具，并且可以从任何标准的图形软件节目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的图形。即便非常大的图像也可在系统中被方便地合成及使用，并同时保持广播级质量。
在使用Ibis进行制作的过程中，摄像机的运动不受限制，即在使用色键的同时，摄像机也可进行摇移、俯仰、快速变焦及聚焦运动。RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统与传统色键比较有许多不同之处。由于它的独特性、极高分辨率的背景能力及逼真的边缘效果，Ibis具有灵活、逼真特点的2D虚拟设置系统。对于象新闻和体育比赛这类节目来说，它尤为适用。
通过结合先进的技术并降低成本，RT-SET的Ibis可把标准的蓝背景演播室转换成动态虚拟演播室。IBIS这种经济的、简单易用的基本的虚拟演播室为摄像师、制片人及导演提供了一种增强功能的最佳选择。
Ibis的主要特性
(1)无限制的摄像机运动，包括摇移、俯仰、快速聚焦及变焦；自动景深支持，提供真实复合图像；背景图像可比在屏幕上显示的图像大得多，可为4,096×4,096像素，可用虚拟背景扩大并覆盖实景中的非蓝背景，并且不会丢失逼真的背景图像，这可支持很大范围的摇移、俯仰及快速聚焦运动；可以方便地与RT-SET的Larus（3D直播虚拟演播室系统）进行连接。此优点极适合转播车和小型演播室。
(2)带划像和DVE特点的现场视频源的窗口可以任何尺寸被放置在设定中的任一位置。它可被划像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系统接受高分辨率的图像，前景和背景图象可以与一个Alpha键控器连接以便使物体放在素材之前或之后。
(3)直观的并可自己进行扩展的界面，可在一个窗口内连接所有功能；插入式界面可连接内部设备和制图SFX；在虚拟设定中可选DVE界面用于多视频窗口。
四、几点考虑
虚拟演播室技术正处于发展阶段，仍存在很多问题。例如，虚拟背景的逼真性还不能令人满意。其原因除了软件功能存在缺陷外，硬件的速度问题也是一个制约的因素。另外，对于摄像机运动参数的获取，不论采用何种方式，都存在局限性，有待于改进。除了技术上的问题之外，虚拟演播室对节目制作人员也提出了新的要求。它的创作也更加复杂，不再是一两个人就能充分使用好的系统，它需要导演、创意者、美术设计、二维建模者、三维建模者，演员及虚拟系统的操作者等人员的通力配合。能否真正发挥虚拟演播室的功能，创作出高质量的特技效果，还在于制作者的想象力和他们之间的配合。
尽管如此，虚拟演播室的优势是显而易见的，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，因此可创作出更丰富、更吸引人的节目。另外，由于场景的制作、修改、保存等都在计算机上进行，因此可降低节目制作费用，节省空间，提高演播室的利用率等等。虚拟演播室虽然具有诸多的优越性，但它的普及和推广仍有一定的难度。
虚拟机价格昂贵，设备一次性投资很大。比较先进的机型要近百万美元，即使是入门机每套也要十几万美元，各地电视机构只能根据自己的经济实力量力而行。但从长远来看，这种技术不但能节约大量制作布景的投资，而且还能省掉布景和道具的存储空间和外景场地。
虚拟演播室技术特点及应用 篇3
关键词 虚拟演播室 技术特点 应用
引言
虚拟演播室（Virtual Studio，VS）是计算机技术在电视节目制作领域的最新应用之一，是一种基于虚拟现实的电视节目制作技术，它具有制景费用低廉、更换布景方便，便于发挥主创人员创意，实现其他技术难以完成的特技的优势，因此它的出现，不但成功地展示了所有能想象到的一切，而且电视给人们带来了焕然一新的视觉效果。
为了产生出逼真视觉的场景效果，用计算机场景工作站生成的三维图像代替简单的二维图像作为演播室的“虚拟”背景，并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该背景，使之与拍摄的主持人图像（前景）同步变换，实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果，这就是三维图形学、人工智能、模式识别与计算机图形图像处理相结合的虚拟演播室技术。它一般由一套计算机系统、电视摄像机（装有摄像机跟踪器）、三维场景跟踪器、色键器以及视音频切换等构成，其实质是将计算机产生的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的演员（或节目主持人）表演的活动图像图像进行数字化实时合成，使演员（或节目主持人）的表演（前景）与虚拟场景（背景）达到同步的变化，从而实现前景与背景的完美结合。
1 虚拟演播室工作原理
不同虚拟演播室对软件的要求不尽相同，但其核心部分却大同小异。虚拟演播室主要由摄像机、摄像机跟踪系统、计算机图形工作站、色键合成器4个部分组成。摄像机主要用于摄取蓝色幕布前真实的人或物。摄像机跟踪系统主要用于获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数。计算机图形工作站主要用于生成实施虚拟场景。色键合成器主要用于于将摄像机前景和计算机虚拟场景合成为一个图像。
虚拟演播室的工作原理如图1所示，把摄像机拍摄到的一蓝色幕布为背景的画面作为前景，用一台超级实时图形计算机中的三位动画软件生成的三维动作图形作为虚拟场景，通过跟踪器系统把采集到的摄像机的运动参数实时传送给计算机图形工作站，计算机图形工作站经大量运算后，产生于实际摄像机拍摄的实景画面匹配的虚拟场景。再通过深度键和色键将前景与虚拟场景合成为一个图像输出，达到以假换真的效果。
2 虚拟演播室关键技术
2.1 摄像机跟踪技术
摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取计算机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、演员或节目主持人、计算机虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。目前，摄像机跟踪技术主要有图形识别、机械传感、红外线传感和超声波传感4种方式，每种方式都各有优劣，分别适用于不同的应用环境，4种方式的原理和比较如下图所示。
在虚拟演播室节目制作过程中，虚拟演播室专用数字摄像机通常为二到三个，摄像机配有运动检测和识别系统，即摄像机跟踪器。其原理是将检测到的摄像机的推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降等传感部位的运动数据，通过一个“传感器”装置传输到“校准器”，这样，理想情况下，现场摄像机与虚拟演播室中“虚拟”的摄像机被相对地锁定在一个位置上。当现场演播室摄像机运动时，虚拟摄像机受跟踪器的控制可以实时地与现场摄像机保持同步。
2.2 辅助摄像机技术
辅助摄像机技术是以图形识别技术为基础，可以说是图形识别系统的一种扩展。辅助摄像机是一种专用的小型摄像机，它可安装在任何一个演播室摄像机的顶部。而格子图案可以是任意颜色的，可安装于摄像师的后部、侧墙或天花板上。当演播室摄像机拍摄表演者时，辅助摄像机就会拍摄到格子图案，通过格子图案的视频图像信号进行分析，就可以得到演播室摄像机的各种参数。使用辅助摄像机技术后，演播室摄像机的拍摄可不受任何限制，可实现极端推进、宽角度拍摄、室外操作级费蓝演播室应用等。
2.3 “垃圾色块”技术
使用虚拟演播室系统制作节目时，当摄像机无意间拍摄到非蓝区域时，会出现“穿帮”现象。为了克服这一现象，出现了“垃圾色块”技术，或称为“填补彩底”技术。使用这一技术后，摄像机拍摄到的非蓝区域可自动由“垃圾色块”来填补，因此它具有“背景保护”功能，使演播的范围大大超出了演播室的蓝色背景范围。另外，这种技术还可用来制作虚拟天花板。
2.4 计算机虚拟场景生成技术
虚拟演播室系统配备的计算机是一个小型计算机网络，主机为网络中心，它是虚拟演播室的控制中心，是虚拟演播室节目制作的“导演台”。它除了调用和调整事先做好的三维虚拟场景外，还负责向图形发生器传输图像数据及处理由摄像机跟踪器传来的摄像机运动数据。根据主机传来的摄像机运动数据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前景同步。
其中，在虚拟节目准备中的一个重要任务就是建立三维模型。虚拟演播室的背景图像可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机创作的二维或三维模型，即虚拟场景。有别于普通的电视节目后期制作和三维动画技术，虚拟演播室技术更加强调制作的现场感和可扩充的实时性。用计算机建立三维场景几乎不受现实的限制，因此，创作人员得以在节目需求的基础上根据想象自由发挥。场景的大小、布局、材料和动画等等都可以是任意的，只要设计得当，就可以制作出任何以往想都不敢想的虚拟场景。虚拟演播室系统还可以用建模软件控制合适的贴图、灯光、模型等参数，给场景中的物体贴画，加光影和润色，使其更具真实感。在虚拟场景中，主持人可以来回走动，场景中的虚拟物体可以实时的移动和处理，电视窗口能显示外部视频源送来的视频信号。主持人不仅能在虚拟物体的前面或后面，并且能隐藏在物体的里面。
2.5 灯光技术
灯光对于电视节目的制作向来占用相当重要的地位，在虚拟演播室中更是这样，所有光色必须保证蓝色空间场地基色，以适应色键器抠像的技术要求。虚拟演播室的无限蓝箱给灯光的处理带来了新的要求，传统的三点式布光的方法要有所变化，处理好布光问题可大大增加虚拟场景的真实感。对于地面、墙面的光线要尽量做到均匀、无阴影，要注意把握人物主体与蓝色背景之间布光的比例，另一方面，要注意现场真实灯光与虚拟系统生成的场景光效之间的协调，以增强真实感。
2.6 色键技术
虚拟演播室对色键技术提出了更高的要求，为了将前景画面和虚拟背景很好的合在一起，要求色键具有纵深方向的信息，即虚拟摄像机到每个像素的距离。这是一种基于计算机产生的三维布景画面的混合技术，被称之为深度键。使用传统的色键技术，将主持人丛蓝色幕布中提取出来，同时产生一个前景遮挡信号即键信号，然后通过深度键发生器求出键的深度值。在传统的抠像技术的基础上增加了深度键，可以让表演者处在虚拟场景的正确位置中，这样表演者可以走到虚拟物体的前面、后面或处于虚拟物体的内部，甚至可以穿过虚拟物体，给观众真实的距感，与传统色键相比，用深度键抠像的效果更自然和逼真。
2.7 蓝箱技术
蓝箱也称为蓝背景，它是主持人活动的实际场景及虚拟制作的基本依据。蓝箱的好坏，直接关系到色键像的质量。蓝背景可采用蓝幕布，但最好采用蓝背景漆。
蓝箱的设计首先要考虑空间结构。建议最好是选用面积适合的小演播室作为虚拟演播室专用，另外，要根据虚拟演播室的机位，来设计蓝箱的形状并计算其大小。
其次要考虑制作工艺，重点是背景制作，一般来说蓝色能更好地保护人体的皮肤颜色；物体周围的蓝色弱色调没有绿色弱色调显眼；演员们在蓝色环境，工作要比红色环境中愉快。蓝背景漆应使用添加有阻燃剂、哑光、具有一定耐磨度的纯正的色键蓝色，以保证最好的色键效果。
其它新技术还包括虚拟阴影及反射、虚拟散焦、高速数字视频处理等等。利用虚拟阴影及反射技术可进一步增强场景的真实感。虚拟散焦功能可模仿几何光学的原理，对虚拟场景中的远处景物进行散焦处理，从而增强场景的纵深感。新的数字视频处理器可完成高达每秒30亿次的操作，可建立逼真的3D环境。
3 虚拟演播室技术的应用
虚拟演播室的优势是显而易见的，从画面可以明显看出，电脑生成的背景与演员之间的融合简直是天衣无缝。使用虚拟演播室制作新闻、体育、娱乐、访谈、天气预报和一些教育类节目是比较理想的，因为这些节目在制作上具有连续性和重复性，制作一个场景就可以重复利用多次。在世界各大电视台，这样的节目不胜枚举。在演播室内搭建摩天大楼，演员在月球进行“实况转播”，演播室里刮龙卷风等等。
3.1 虚拟重放
虚拟重放系统主要应用于足球等球类比赛的转播及评论节目。它通过先进的视频跟踪技术和三维重建技术，可自动跟踪运动员或球，并突出显示他们的运动轨迹或路线，测量运动员和球的速度以及两物体之间的距离，并可在视频图像上直接描画各种箭头、轨迹、路线和标志。这套系统需要事先存储体育场的三维模型。另外，准备素材需要几分钟的时间。虚拟重放系统将逐步改变体育节目的转播方式，它可部分代替慢速重放，可从各个角度模仿真实比赛的情况，因此呈现在观众面前的将不再是“有争议”的或是难以判断的情况。
3.2 数字重放
数字重放系统主要应用于体育比赛的报道及评述节目。它能迅速重放各种精彩场面，在重放时，通过使用先进的视频跟踪技术，可突出显示并自动追踪关键运动员或球，显示他们的运动轨迹或路线，测量并显示运动员和球的速度以及两物体之间的距离，可在视频图像上直接描画各种箭头、轨迹、路线和标志。对于观众来说，数字重放系统可使他们更清楚地了解比赛中的每一个细节，从而能更好地欣赏比赛。对于体育评论员和球队教练来说，数字重放系统是一个理想的分析工具。
3.3 虚拟广告
虚拟广告系统可在体育节目或文艺节目的直播期间，将演播室制作的虚拟广告牌插入到赛场或表演场的空地上，或用虚拟广告牌替换掉场地上原有的广告牌，合成后可达到以假乱真的效果，观众丝毫不会觉察。利用虚拟广告系统有很多优点，首先，在对不同的地区进行转播时，可插入不同的广告，增强广告的有效性，提高资源利用率。另外，赛场上的广告可以不再是静止的，可以将插入的虚拟广告作成动画形式，各种二维或三维的动画广告更能吸引观众的注意力。此外，使用虚拟广告后，广告位置不再局限于场地的边边角角，如果愿意，整个场地都可以放置虚拟广告，广告尺寸也不会有任何限制。而且，虚拟广告可插入到以前无法利用的空间，如水面、沙滩、雪地或非常高的地方。
3.4 虚拟采访
利用从外地传来的被采访者在蓝色幕布前的信号，先经过一次抠像再进入虚拟演播系统的信号，先经过一次抠像再进入虚拟演播系统。通过插入的视频可将被采访者与演播室中的播音员实时结合在一个虚拟背景中，两个人物可以面对面的交谈和表演，对观众来讲就好像真的采访者请到了演播室中一样。
3.5 移动场景
移动场景也是一种具有特殊功能的系统，它可将视频及动画插入到室内和室外的节目中。这里使用的是一块绘有格子图案的小型面板，拍摄节目时将它放置在需要插入视频或动画的场景位置上。摄像机可从任意角度拍摄，得到的格子图案信息可控制生成装置生成与面板透视关系一致的视频或动画。最后经色键合成后，在相应于面板的位置就会出现视频或动画，且其透视关系与面板完全一致。移动场景功能非常适合于体育报道、实况采访、天气预报、现场新闻报道等节目，它可给节目增添活力，带来耳目一新的感觉。例如：英国EPO公司制作二战中被毁的一座大型教堂的建筑结构的录像。教堂尚未重建，但用超级计算机制作出教堂的立体画面，用一台虚拟的摄像机从各个角度做推拉、旋转等动作拍摄。30分钟画面用了6-8周时间，一座宏伟的教堂便“出现”了。
3.6 虚拟人物表演
计算机技术的高速发展使得实时人物动画表演成为可能。在真人身上各重要关节处装传感器，传感器的各组数据传到工作站中用于控制已制成的虚拟动画人物的关节活动，使它完全实时地模仿表演者的动作。 虚拟动画人物与真人能同时出现在同一个虚拟背景中，并相互配合，互换位置和交谈。这在已往的演播室制作过程中是无法想象的，也会给节目带来新奇感和神秘感，从而最大程度地娱乐观众。
3.7 火箭以及其它太空飞行器的虚拟直播
火箭以及其它太空飞行器的虚拟直播系统，对于火箭这一类太空飞行器，无法通过安装固定跟踪摄像机的方法来获得其空中飞行的直播图像，但是通过对其飞行姿态参数的遥测，可利用虚拟演播室技术来获取其飞行姿态的虚拟直播图像。
虚拟演播室技术的发展很快，应用也包括很多方面，这里只介绍了其中的几个主要方面。
4 小结
气象虚拟演播室灯光系统设计 篇4
1 虚拟演播室灯光的配置
虚拟演播室灯光系统是一个系统工程, 集合了光学、电子学、机械技术、计算机技术, 其中蓝箱的合理布光起至关重要的作用[1,2,3,4]。虚拟演播室技术是基于传统的抠像技术的一种新型应用。由于三基色冷光灯具有色温稳定、发光均匀、阴影小、灯管使用寿命长、发热少等优点, 因而可用来均匀照亮蓝箱区域, 从而满足虚拟演播室的背景和前景人物对灯光的要求。
新疆气象影视中心虚拟演播室是一个蓝区面积为6 m×10 m、配有“U”型蓝色背景的空间。主要配置14台96 W×3, 色温3 200~5 600 k可调的三基色柔光灯, 用作面光、侧光、背景光、顶光照明。逆光主要配备8台48 W×3 LED聚光灯, 其优点是节省了人力[5,6]。在对演播区人物布光时, 只需按动电脑鼠标就可以完成逆光的布置, 且方便修正, 对提高布光速度具有一定的作用。
2 气象虚拟演播室布光设计思路
气象影视作为公共气象服务的重要窗口, 越来越受到广大群众的喜爱和认可。电视天气预报是新疆地区电视节目收视率最高的节目之一, 2009年乌鲁木齐市电视预报收视率达到48%, 居全市电视台各栏目的榜首。气象主持人出镜形象直接影响整个节目的画面效果。虚拟演播室灯光对主持人出镜形象的塑造以及电视画面效果具有举足轻重的作用。合理的灯光布置是虚拟演播室实现前景和虚拟场景融合的关键。要消除蓝色对前景 (主持人) 的影响, 必须要有立体布光的理念。在具体设计中, 首先要考虑前景布光, 对前景布好光后, 三基色冷光灯发光面积大, 必将在蓝箱上产生一定的光照度;其次再考虑后蓝箱布光。因此, 前景照度符合要求后, 再对蓝箱进行适当的补光, 即可满足计算机抠蓝的要求[7]。对前景与蓝箱进行科学布光, 可实现二者的完美融合。虚拟演播室追求光照的一致性, 要求前景与蓝箱的背景照度相匹配。
2.1 立体布光
虚拟演播室采用色键器消蓝技术进行抠蓝处理[8]。为避免产生投影, 需消除蓝色对前景的影响。由于蓝箱反射光作用于阴影, 通过计算机的处理后, 此阴影利用色键器的蓝消除电路消除。
2.2 先前景布光, 后蓝箱布光
演播室内部灯光可分为前景灯部分和背景灯2个部分。前景灯部分包括主光、辅光和顶光等, 主要是给主持人配置, 使主持人与虚拟背景能够完美融合;背景灯部分包括幕顶灯、前地灯等, 为了达到理想的合成效果, 背景蓝幕的灯光强度应和前景物体上主灯光的强度相等。前景与背景的光强度比例一般为1.0∶1.1~1.2, 在此范围内设置可提高电视节目的录制质量[9]。
2.3 照度要求
虚拟演播室的照度不同于传统演播室, 它要求前景与蓝箱背景照度相匹配, 追求光照的一致性。另外, 虚拟演播室栏目的灵活性、电子背景的多样性也要求照度必须满足不同栏目、不同电子背景的需要。
3 实际布光注意事项
3.1 主光
由于主光源使用不当时容易出现投影环境的逻辑错误, 导致实际光源与虚拟光源不一致, 因而在虚拟演播室主光设计中避免加主光源。另外, 主光源在蓝箱上产生的投影也会影响计算机的图像处理。
3.2 面光
虚拟演播室的可视效果应尽量避免主持人的衣服上出现投影, 因而一般要求布光较低平, 采用柔光灯。如果有阴影, 蓝箱反射光会作用于阴影, 通过计算机处理后, 此阴影将会被色键器的蓝消除电路消除, 但会影响输出图像的质量[10,11,12,13]。
3.3 逆光
传统的布光效果是凸显主持人鲜明的轮廓, 增强空间立体感, 要求逆光强于主光。但虚拟演播室的要求较高, 须合理使用逆光, 使前景与整体场景相融合, 加强纵深感、立体感。如果不使用逆光或逆光太弱, 会造成主持人图像与电子背景结合较呆板;如果逆光较强, 会使蓝箱地面显得亮白而破坏蓝箱色调的一致性, 影响计算机抠像效果[5,6]。由于前景在蓝箱地面上会产生投影, 因而也会影响计算机的图像处理。
3.4 侧光
由于虚拟演播室系统中的色键器采用蓝色消除电路, 由蓝箱反射光作用于主持人衣物边缘上的蓝色将被蓝色消除电路去除, 制作出的图像边缘变黑, 因而必须加侧光, 以消除主持人衣物边缘上的蓝色成分。
3.5 白平衡
调整白平衡时, 要在前景主光区放置一张标准的白色卡片, 聚焦后设置整摄像机的白平衡。在实际的节目录制过程中, 要求灯光的色温与调整白平衡时色温保持一致, 注意避免蓝箱反射光对白平衡的影响。
4 实际布光设计
图1为新疆气象影视中心虚拟演播室灯光设计系统。H是气象节目主持人所在的位置。01、02是三基色柔光灯作辅助光, 用来消除主持人脖子、衣服上的阴影, 在主持人头所在平面之下30°左右。R1、R2是三基色柔光灯作面光, 在主持人头所在位置平面之上15°左右。C1、C2是三基色柔光灯作侧光, 用来照亮两侧, 以清除黑边。如果主持人衣服褶皱处容易产生小阴影, 则在侧光和辅助光之间加一盏柔光灯, 其与支持人的身体在同一高度。M1、M2、M3、M4聚光灯作为整个光区的范围照明, 既能保证大面积的有效光源, 又可形成人物面部光斑的平滑过度, 突出采访对象。L1、L2、L3、L4是聚光灯作逆光, 在主持人头所在平面之上15°左右, 突出主持人的轮廓。D是三基色柔光灯作顶光, 在主持人的头顶, 其效果是凸显前景的层次[14,15,16,17]。其他三基色柔光灯均匀分布用来照亮蓝箱。
5 结语
随着中国气象频道在新疆的落地插播, 气象影视服务业务化不断深入, 虚拟演播室在新疆各地州气象影视部门的应用也越来越广泛。虚拟演播室对灯光的照度、照明方式也将有全新的要求, 影视的灯光决定节目制作画面的清晰度、色调和层次, 能突出或抑制主持人的表达。没有良好的灯光条件, 就会降低表达效果, 也很难制作出高质量的节目。因此, 灯光的设置要得当, 并在调置、拍摄中不断摸索实践, 找到合理的布光方法和布光技巧, 提高灯光效果, 保证节目的完美可视性, 使新疆气象影视节目再上一个台阶。
摘要：对新疆气象服务中心新建数字虚拟演播室的灯光系统设计加以探讨, 主要涉及布光设计思路、注意事项和布光技巧等方面内容, 以期提高气象节目的可视性。
虚拟演播室系统 篇5
关键词 虚拟演播室；影视艺术；教学研究
中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2010)36-0110-02
Application of Virtual Studio in Video Art Teaching//Zhang Xiaoliang
Abstract Virtual studio technology has been to the practical application stage from the leading research, through detailed introduction of popular virtual studio system, the paper expounds the applications of technology in teaching video art and discusses the educational methods to the virtual studio approach in video arts teaching.
Key words virtual studio; video art; research of teaching
Author’s address Zhejiang University of Media and Communications, Hangzhou, China 310018
虚拟演播室系统是传统色键技术与计算机图像处理技术、跟踪技术发展起来的电视节目制作技术。虚拟演播室技术发展迅速，具有较高的性价比、较为稳定的性能、灵活多变的制作理念、能够摆脱传统空间环境与真实物体约束的特点，广泛应用在新闻、访谈、少儿、体育等众多节目类型，吸引了中小电视台、影视制作中心、高校教育中心等部门对虚拟演播室的需求。随着计算机图形处理平台、传感跟踪技术和场景设计技术的进一步发展，系统的性价比得到的较大的提高。产品格局也由先前国外厂商独占鳌头发展到目前国内外厂商齐头并进。虚拟演播室应用也将由专业的用户普及到各大高校及教育机构。
1 常用虚拟演播室系统
根据工作原理的不同，虚拟演播室可以分为二维系统与三维系统。二维系统通常以一幅或一组平面图片为背景。根据摄像机运动参数对整幅背景图片进行相应放大、缩小以及移动等处理[1]。而三维系统通过图形平台运行三维场景，根据摄像机运动参数变化实时地对三维填充、渲染。场景中各物体间位置与景深关系都有所变化，能较好地模拟实物场景。常用的国内外虚拟演播室系统有以下2种。
1.1 Orad公司的ProSet虚拟演播室系统
ProSet提供了强大的数据导入功能，能直接导入3D Studio Max或Maya软件制作的所有物体、贴图、动画。通过Orad的HDVG图像渲染平台进行渲染，保证了复杂场景也能实时渲染，支持8个场景的抗锯齿处理。ProSet可以采用网格跟踪系统、物理传感器跟踪系统、红外跟踪系统中的任何一种跟踪系统，保证真实物体和虚拟世界视角的同步。另外，它还支持12路标清或6路高清视频信号的混合插入。
1.2 新奥特公司NASET 3D虚拟演播室系统
NASET系统采用灵活的通道化系统架构，可以一个摄像机对应一个设备通道，相应的设备通道是最终合成的视频信号；也可以多个摄像机机位共用一个设备通道；支持四点定位算法，迅速确定摄像机初始位置；实现基于故事板的播出方式，可以将多个场景、动画、遮挡、视频窗口放在时间轨上进行自由编辑，在节目制作中可以方便地在场景和各种特技效果间切换。
2 虚拟演播室优势领域
在虚拟技术出现之前，学习主要有2种方式：一是通过实践进行直接的学习；二是利用书本、课堂进行讲解的间接的学习[2]。影视艺术教育中实践环节占较重的地位，而相应的教学方式与教学设备并不能满足教学的需要。
传统演播室，对播音主持、表演、节目现场制作等影视艺术类专业来讲是重要实践基地。场景搭建总是受空间、场地、财力、物力、预算等众多因素影响。而更换新场景时拆与建都需要花额外费用，工作周期也比较长，为完全符合专业教学要求花费更高的成本。另一方面，目前广播电视发展趋向于提高演播室的综合使用效率，使其适用于各种类型节目如新闻、专题栏目甚至情景剧，相对传统演播室这是不可能完成的任务。各专业学生只能通过有限的视频、图像资料来了解与认识，而没有亲身体会参与实践的机会。
教育信息化的发展趋势是走向虚拟化和智能化[2]。虚拟演播室合理使用能拓宽影视艺术专业教育范围，强化影视艺术专业教育的深度，提高影视艺术专业实践能力。
2.1 突破空间、环境限制
播音主持专业教学，需要让学生学习各种类型节目的播音与主持，而完成这一教学任务就需要构筑相应主题的演播室或者相对应的环境。虚拟演播室能通过三维图形图像构建出所需要的教学场景。这些场景包括现实环境中存在的或者不存的。如达不到教学要求，还可以根据需要不断进行修改，以便于达到最终需要的效果。比如模拟做一档南极的节目，需置身于冰屋中，这在现实教学中是不可能完成的。通过虚拟场景重建，很方便地完成。相似的应用，学生可以在虚拟演播室中得到体会与锻炼。
2.2 高度沉浸，实现多方互动
影视艺术表演等专业需要进行舞蹈、歌剧等形式的编排，需要更懂得体会、感觉场景所蕴含的内涵，虚拟场景加上给实物布光、添加光效，基本能达到身临其境的境界，使表演者能更全心全意地投入模拟环境中。除了场景内以小组形式多人表演的太极、探戈，还可以通过学生与学生、学生与场景之间的互动，完整地表现一个主题，如漫画、卡通为主题背景的情景剧。
3 虚拟演播室在影视艺术教学中的应用与教学方法
3.1 拓宽影视艺术专业教学应用平台
演播室在播音主持、表演等教学中作为一个实践的场所，更多的是提高学生的感知能力、镜头的感觉。而虚拟演播室更强化各种场景的应用体会。目前形式多样的节目类型，可以选择合适的场景来让学生体会不同环境下的学习要求，满足教学需要。
虚拟演播室作为广播电视技术应用的一个趋势，对系统应用方面的人才有很大的需求。而虚拟演播室应用的核心是电子场景的设计与制作。目前数字媒体等多个专业开设三维课，可以开展专门针对虚拟演播室场景设计的实验教学。虚拟演播室提供的蓝箱、灯光、摄像机位置与角度都是可以实测的，实测数据之后可以让学生自主查找资料（包括照片、平立面图），再根据资料构建模型，处理照片资料，制作真实纹理贴图，然后将设计出来的场景导入虚拟演播室系统的图形工作站中，进行系统总调。相关场景可以供播音主持等专业实验教学或者制作毕业包装带使用，而制作效果可由使用的师生来反馈，根据需要提出相应的修改。这样学生不仅提高对虚拟演播室的认识，并且更加能够体会到虚拟演播室场景设计的意图，最终实现虚拟演播室平台在多个专业教学中的高效应用。
3.2 改进影视艺术专业的教学方法，提高教学应用价值
虚拟演播室通过场景上，可以改变教师机械讲授和学生被动学习的教学局面，积极倡导学生的主动探究和自主学习。由抽象教学变直观教学，使得教学更精彩有趣，例如：播音主持等面向演播室应用的专业的教师可以根据主流电视发展的趋势，对现有课程教学内容进行修改与补充；电视节目制作或数字媒体专业以虚拟演播室为教学载体，全面展开系统应用教学。
4 总结
虚拟演播室技术实现了场景不受时间与空间限制等特色功能，虚拟演播室技术在影视艺术教学中的应用一方面提高了学生学习的积极性，另一方面为教育技术工作者把先进的教育思想整合到目前的教育教学实践中开拓了新思路，为创建基于虚拟演播室技术的崭新的教育平台奠定基础。
参考文献
[1]Moshkovitz M.虚拟演播室技术[M].北京:清华大学出版社,2005
虚拟演播室系统 篇6
关键词：虚拟演播室,vizrt,VSS,实时渲染
虚拟演播室在近些年的电视节目制作中地位越来越重要, 它完美的将计算机制作的虚拟场景与摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化实时合成, 使得背景和人物的三维透视关系完全一致, 同步变化, 不仅打造出逼真、立体感很强的电视演播室效果, 而且节约成本, 缩短节目制作周期, 提高演播室的利用率。
早期的虚拟演播室技术基本都是基于传统二维渲染模式的GFB (Graphic Frame Buffer) 字幕板卡的, 只能处理由计算机生成的字幕图文信息的位图形式。受字幕卡限制, 计算机的三维建模能力无法在字幕系统上发挥出来。三维虚拟演播室应用摄像机跟踪技术、计算机虚拟场景设计、色键技术、灯光技术等, 采用图形或者机械的方法, 获得摄像机的参数, 包括摄像机的X、Y、Z、 (位置参数) Pan、Till、 (云台参数) Zoom、Focus (镜头参数) 由于每一帧虚拟背景只有20ms的绘制时间, 再加上大量的贴图、动态材质、光影特效的工作, 如果全交予CPU来完成, 则CPU的负担超重, 整个系统的实时性将会大打折扣。
Vizrt虚拟演播室 (Viz Virtual Studio) 简称VSS, 无论复杂的二维三维虚拟场景, 还是包括动画或活动视频的互动场景, 都能通过直观易用的设计界面来创建, 它支持主流的摄像跟踪方案和其他为创建虚拟演播室提供抠像的外围设备。
在整合和操作方面, VSS简单易于实现。连接端口Viz IO使演播室配置和校准工具能连接和控制所有的演播室设备, 而通过Viz Content Pilot结合, 我们可以在虚拟演播室里整合图文包装。无论锁定屏幕上的图像还是用摄像机追踪, VSS只用一名工作人员来控制复杂的虚拟场景播出, 还可以通过减半的内部色键器进行预览。由于三维图形加速引擎技术的飞速发展, 尤其是浮点运算、并行运算、高效纹理处理、向量运算方面的出色能力, 使得复杂的三维场景的实时渲染得到了根本性, 而且网络化的配置可提供多种备份方案, 使节目播出得到更多保障。
1 工作原理
摄像机进行绿箱前景信号的拍摄, 通过SDI输出, 经视频延时器后传送到色键器的前景信号输入端。另一方面, 摄像机跟踪器将摄像机推拉聚焦等动作转为传感器信号, 通过RS-422数据线传送给三维渲染引擎Viz Engine, Viz Engine映射到设计好的三维场景中的虚拟摄像机, 转换为相应的摄像机动作, 渲染引擎实时渲染出随镜头运动的三维虚拟场景渲染画面, 并将渲染画面信号通过一路填充信号和一路遮罩信号的方式通过SDI输出, 发送到色键器的背景信号输入端和遮罩信号输入端上。色键器将前景信号绿色去掉, 背景信号填到前景信号, 合成生成最终信号, 送至切换台。同时, 同步信号发生器将同步信号传给视频延时器、跟踪器和色键器, 视频延时器根据设定的延时帧数来同步前景信号和背景信号。虚拟演播室控制端VCP会在节目开始前将所需要的所有场景载入到Viz Engine中, 并通过局域网连接的Viz Engine, 控制场景, 通过对应的可制定的控制模板对场景中的互动物体进行控制。
2 深圳广电集团400m2高清演播室VSS应用
2.1 系统结构
深圳广电集团400m2高清新闻演播室现有多节目应用Vizrt在线包装系统, 包括《正午30分》、《军情直播间》等。该演播室现使用3台Artist设计工作站于美编区, 2台Server服务器, 5台Engine渲染引擎于机房, 3台Trio播控客户端, 1台Ticker播控客户端于播控室。所有的设备均接入千兆以太网络的交换机互相连接, 如图1。
2.2 VSS系统组件
Artist设计工作站 (虚拟演播室的场景设计) 、摄像机 (拍摄主持人, 绿色背景信号) 、摄像机跟踪器和数据采集服务器 (将虚拟演播室摄像机的摇、摆、仰、俯、推、拉、聚焦等等动作信息以数据方式传输给Engine) Engine (根据摄像机跟在信号, 实时渲染Artist中设计好的场景, 配有高清渲染板卡, 支持两路高清信号输入以及高清键信号与高清填充信号输出) 、色键器 (将摄像机的前景信号同三维渲染引擎的背景信号合成渲染输出为最终输出画面) 、切换台 (接收合成好的视频画面提供给导播预览, 切换机位) 、虚拟演播室控制端VCP (用于载入切换场景到Engine, 通过自定义控制模板进行动画, 三维数据, 视频数据接口的控制播放) 、模板存储数据库VCP DB (保存VCP使用的控制模板) , 如图2。
2.3 控制流程
美术编辑人员根据节目的需求效果在Artist设计站设计三维虚拟场景, 同时Artist软件也支持生成带有通道的TGA格式序列图片, 方便直接进Sobey非编网进行新闻节目的后台包装。由技术人员为场景添加互动功能和设置与外部数据的接口, 并在虚拟演播室中, 对摄像机跟踪进行调整, 使之与三维虚拟场景中的摄像机对应起来。
通过审核, 将符合标准的场景导入到Engine渲染引擎中, 节目播出时, 摄像机传感器将跟踪信号传递给渲染引擎进行位置跟踪, 并通过色键器合成画面反馈给监视器, 由导播切换不同机位镜头。
VSS支持外部的接口和命令来触发控制虚拟演播室的虚拟元素, 播控端在VCP中进行场景切换和互动元素的控制, 在需要更新数据的情况下, 链接到外部数据源来更新。
3 结语
Viz Engine使用开放的控制接口, 使得我们方便整合控制软件, 该系统为每路摄像机配备了单独的渲染引擎, 可以让我们直观的看到每路画面输出的效果。Vizrt三维实时在线包装系统的投入使用, 创造许多在真实演播室中无法做到的具有科幻效果的节目形式。它继承新闻图文字幕, 非线编辑及部分视频切换台的功能, 其出现是电视新闻节目随着节目包装创作制作手段不断革新和信息化飞速发展的必然, 是艺术技术紧密结合的完美体现。
虚拟演播室系统 篇7
传统电视节目制作中, 主持人只能简单触发屏幕内容, 产生类似幻灯片的效果。而交互系统则赋予了主持人高度的灵活性。系统能支持丰富的图文形态, 包括旋转、放大缩小、移动、拖拽、点击、按住、画笔、高亮文本等。主持人使用交互系统对屏幕上的对象进行操控, 触发模板中的不同事件。互动的对象给出主持人反馈, 比如改变色彩、闪光度等, 这些属性的修改取决于场景的设置。交互的对象可以设置惯性等物理属性, 在交互图文中呈现更高层次的效果。交互系统使得节目的制作形式更加多样, 节目内容更加丰富, 节目结构更加灵活, 摆脱了那种一层不变的节目流程。
交互系统适用于任何节目类型, 包括体育、选举、新闻播报、气象等。通过交互系统, 主持人可以控制节目的进度, 无需他人后台配合。在选举节目中, 主持人可以独立选择评论对象, 通过轻松一点表达观点。
我们将互动结合到虚拟演播室环境中。主持人可以看到传统触摸屏上的内容并直接与之互动, 能够按照节目内容的变化改变虚拟环境, 虚拟场景, 给观众一个更加直接生动的画面感受。而观众在家中看到只是主持人与屏幕上的图像互动。
交互系统的灵活性工作流程, 可使实景和虚拟演播室无缝融合。使用3Designer创作软件, 可以轻松创作出带互动信息的图文内容, 并定义场景中哪个对象带有互动以及互动方式。
2系统设计思路
参考Orad的交互系统实现方案可以看出, Orad是直接让ipad与HDVG之间互相控制, 其优点不言而喻, 稳定性更好, Orad Touch i Pad专用程序还能实现多点触控的互动功能 (图1) , 缺点是价格比较昂贵。
交互系统低成本实现方案如图2所示, 优点是成本低, 缺点是传输不稳定, 不过在录播制作中能够容忍这个缺陷。
3系统详细实现
利用远程控制软件在虚拟演播室中完成交互系统, 远程控制软件一般分客户端程序 (Client) 和服务器端程序 (Server) 两部分, 通常将客户端程序安装到主控端的电脑上, 将服务器端程序安装到被控端的电脑上。使用时客户端程序向被控端电脑中的服务器端程序发出信号, 建立一个特殊的远程服务, 然后通过这个远程服务, 使用各种远程控制功能发送远程控制命令, 控制被控端电脑中的各种应用程序运行。
Team Viewer是一个能在任何防火墙和NAT代理的后台用于远程控制、桌面共享和文件传输的简单且快速的解决方案。为了连接到另一台计算机, 只需要在两台计算机上同时运行Team Viewer。该软件第一次启动在两台计算机上自动生成伙伴ID。只需要输入伙伴的ID到Team Viewer, 然后就会立即建立起连接。
要进行远程控制, 首先两方电脑都必须执行Team Viewer。运行Team Viewer后, Team Viewer的服务器会自动分配一个ID和密码, ID是固定的, 但密码是随机的, 每次执行都会不同。左边是使用者的ID和密码 (若是对方要主动连接, 要将此告诉对方) , 在右边输入对方的ID (连续输入不用空格) 就可以连到对方了。
在虚拟演播室控制PC端装Windows下Team Viewer完整版, i Pad上装mac下的Team Viewer HD for Remote Control版。同时将PC和i Pad同时接入同一个Wi-Fi局域网, PC控制界面和i Pad控制界面分别如图3、图4所示。
Team Viewer在局域网使用时, 要注意在“额外->选项->常规->连接”选项处, 把“允许本地局域网的接入连接”打上勾, 就可以了。原来ID的位置为多出一个局域网IP在上面, 如果没有连接internet的话, ID就只显示内网的IP了。
为了更加安全, 还可以建议关闭无线路由器的广播, 并限定mac地址接入, 使得此无线网不会被未知设备进入。
由于现阶段并未开发出适合主持人使用要求的操作界面, 这里可以先做一些快捷键的设定来弥补此时的操作不便。比如说Power Point的幻灯片播放, 点击鼠标或者屏幕就播放下一张。Maestro的快捷键也可以通过修改变成Team Viewer自带的几个按键, 如图5和图6所示。打开菜单选项Customize->Hotkeys。
将来可以根据主持人的使用习惯, 节目的制作流程或者是导演的要求, 自己定制APP, 使用起来更加直观和方便。
4展望
除了上述远程控制虚拟演播室控制PC外, 还可以有更多的发展方向。图7为此种应用更为广泛的使用方式, 从预约使用演播室开始, 通过开机使用设备, 就可以自动调出此节目的切换台、调音台和灯光台的使用配置。当然也可以控制矩阵、屏幕分割器等。
在人手紧张的栏目, 又缺少提词器遥控控制, 用i Pad来控制提词器, 这样一个导演就能够同时完成切像、录像、唱词三个岗位的工作, 在人手紧张又缺少提词器遥控控制的情况下能顺利完成任务。
当然引用还有很多, 根据不同栏目的需求, 远程连接切换台、调音台、视频分割器、矩阵, 载入不同栏目的配置需求, 也是节省人力资源同时管理多演播室的一个应用。在此抛砖引玉, 希望能使大家的工作变得更方便。
摘要：本文简要分析了虚拟演播室交互系统的优势和前景, 并重点介绍了如何低成本实现虚拟演播室的交互系统。
虚拟演播室系统 篇8
虚拟演播室系统是以传统的视频色键抠像技术为基础, 结合计算机图形图像处理技术、计算机虚拟现实技术等多领域多学科集成发展而产生的全新的影视制作系统。虚拟演播室系统可以突破场景及道具的局限, 降低节目制作成本, 提高节目制作效率, 还可以充分发挥导演和制作人员的节目创造力, 并以其强大的特技功能为受众提供全新的视觉感受, 是视频制作领域的一次重大突破。早期, 由于技术的局限及昂贵的建设费用, 只有为数不多的电视台建立了虚拟演播室系统。20世纪90年代末, 国内开始陆续出现一批虚拟演播室系统的制造厂家, 使得虚拟演播室系统在国内开始普及, 并逐渐进入高校用以辅助教学。
二、虚拟演播室系统的关键技术
(一) 色键技术
色键技术的实质就是对图像进行抠像与填充的过程。在虚拟演播室系统的蓝箱中, 摄像机对于所拍摄的前景主体进行拍摄后, 采用色键技术, 将前景主体在蓝箱中的信号抠像下来, 再将抠像出来的前景主体与后期计算机图形渲染生成系统实时生成和渲染的三维场景进行融合。三维实时虚拟演播室技术中的色键技术与传统的色键技术的主要区别是前者可以形成正确的透视关系。绘制虚拟三维背景的计算机能与拍摄前景主体的摄像机进行参数锁定并跟踪同步, 这就使前景主体与虚拟背景产生正确的透视关系, 并能与虚拟场景中的虚拟对象进行交互。
(二) 跟踪技术
在一个虚拟演播室系统中, 可以运用多机位、多台摄像机对前景主体进行拍摄, 每台摄像机又可以产生推、拉、摇、移等多种拍摄数据。如此庞大的拍摄数据要与计算机产生的三维虚拟场景进行实时的融合, 就需要采用跟踪技术。目前, 主要运用的是传感器跟踪技术和网格跟踪技术。
1.传感器跟踪技术。传感器跟踪技术是指在摄像机的三角架及云台上安装上机械传感器。传感器具体被安装在摄像机三角架、基座、升降摇臂的摇摄轴、俯仰轴和镜头变焦、聚焦环以及滑轨、推车上。摄像机在拍摄过程中, 通过传感器可以获取摄像机推、拉、摇、移、聚焦、变焦、升降等运动参数。将这些参数传输给计算机绘制虚拟背景的虚拟摄像机, 将二者的参数统一设定后就会产生前景主体与虚拟背景同步的拍摄效果。
2.网格识别技术。网格识别技术是指在蓝箱的背景上绘制出横竖宽窄不同的网格, 摄像机在拍摄前景主体的同时也拍摄了蓝箱背景上的网格, 绘制虚拟背景的计算机在获取拍摄数据后计算出拍摄主体与网格的关系变化, 得出摄像机的运动参数, 再传输给虚拟摄像机, 同步虚拟场景与拍摄主体的变化数据。
3.三维图形技术。在虚拟演播室系统中, 计算机的三维图形技术涉及实时渲染技术、在线图文包装技术和三维虚拟场景设计技术。在虚拟演播室系统的使用过程中, 色键技术和跟踪技术主要负责前景主体的拍摄与生成, 三维虚拟场景设计技术是指利用3D等软件对所需要的三维模型或者虚拟背景进行设计与制作, 在线图文包装技术是对所做的视频进行图文方面的制作与包装, 图形渲染技术就是将这三者融合成最终视频服务, 直接决定着最终节目的效果。
三、虚拟演播室的教育应用
为了适应文化信息建设和教育教学的需要, 各大高校也开始建设适应高校需求、面向师生、服务于师生的高校虚拟演播室系统。高校中虚拟演播室系统的应用主要在以下几个方面:
(一) 视频节目制作
高校的视频节目主要集中在校园电视节目、电视教材、各类讲座、实验操作等视频。运用虚拟演播室系统后, 在制作视频节目时, 可以制作出各类精美的虚拟场景配合节目的录制, 提高了电视节目的艺术性和欣赏性。通过虚拟系统和素材库, 可以大大减少对实景人力、物力、财力的投入, 降低了制作成本。
(二) 网络课程制作
目前, 网络课程的开发和研制受到人们越来越多的关注, 网络课程质量的高低直接决定着教学效益的好坏。利用传统的演播室进行网络课程的录制, 场景的布置是手工搭置, 费用较高, 效果呆板不灵活, 而且每次更换场景耗时耗力。虚拟演播室系统出现后, 利用计算机既可以随意制作出理想的三维虚拟教室场景, 也可以搭建所需的虚拟实验室环境, 模拟出演播室无法搭建的实验室环境。可以更加真实、直观的授课, 从而让学生更容易接受和理解。由于其成本较低、制景容易以及可完成传统演播室难以做到的特技效果, 所以虚拟演播室在网络课程的制作过程中有着强大的优势。
四、结语
随着虚拟现实技术的不断发展应用, 摄像机、色键器、计算机等设备的不断推陈出新, 虚拟演播室系统也会不断的成熟和发展, 在现代教育技术领域的应用也会不断深入和扩大, 成为今后虚拟学习研究的主要方向。
参考文献
[1]王莉莉.虚拟演播室原型系统中的关键技术研究[D].山东科技大学, 2004 (5) .
虚拟演播室系统 篇9
关键词：虚拟演播室,Vizrt虚拟演播室系统,机械跟踪色键应用
1 Vvs系统概述
维斯 (Vizrt) 公司诞生于挪威, 是全球最大的软件研发企业, 全面应用于欧美等国的电视包装、视频设计等行业, 在东南亚等国的应用也极为广泛。其产品之一的Vss系统, 引入中国后, 因其操作简便、性能稳定、成本低、延时低、观众认可度高等特点, 迅速占领了电视台市场。
2 Vss系统工作原理
2.1 设计原则
Vss不但能完成一些复杂的三维场景的实时渲染, 而且其开放式接口能与不同厂家的接口无缝对接。Vss是市面上唯一一款能提供可扩展、开放性、完整的虚拟演播室产品的设备方案, 它可以与多种跟踪技术和外部演播室兼容 (无锡广电现采用的就是机械跟踪技术) 。其出色的图像处理功能、完整的演播室设计及制作、简易拖拽界面就可创造出各种虚拟场景, 并能与真实场景对接, 使画面完美播出。
2.2 系统构成与原理
2.2.1 系统概述
无锡广电集团的融媒体演播室内应用的Vss系统, 主要包括Viz Engine渲染工作站 (HP Z820, 3套) 、虚拟图文控制端 (HP Z420, 2套) 、Viz Artist设计图文机 (HP Z820, 2套) 、ultimatte色健器3套和网络交换机, 采用前虚后虚相结合的理论。Viz Engine渲染工作站与虚拟图文控制端处于分离状态, 在播出时通过网络进行连接, 避免在系统工作时外围设备出现故障, 影响渲染机的输出
2.2.2 Viz Engine渲染引擎系统
Viz Engine是Vss系统技术的核心。Viz Engine渲染引擎系统, 可将Viz Artist中的场景实时转换, 使高质量的真三维实时渲染并完成画面输出。同时, 它将摄像机的运动跟踪信号与场景信号相结合, 达到真正的摄像互动。每台Viz Engine都支持SDI信号的实时输入, 并通过二维DVE或通过贴图方式在三维物体上显示, 在二维DVE上可以裁切图像, 控制画面缩放比、物体坐标以及透明度。实时输入活动视频时, Viz Engine通过视频延时器产生2-3帧视频延时, 由色键单元对画面进行校正处理;对应的音频信号则通过Matrox卡AES/EBU输入/出技术进行相应地延时处理, 每台Matrox视频IO卡可支持2路实时输入活动视频。
2.2.3 Viz Artist设计工作站
Viz Artist由简单的拖拽操作界面与三维动画设计工具及特效插件包组成, 是一款用于动画图像实时创作的在线系统。Viz Artist支持用户导入第三方设计软件 (Photo Shop、3dmax等) 创建的素材, 在直接使用Viz Artist创建的素材后, 能够同时实现三维元素、二维元素、文字的编辑, 制作后的场景可直接在Viz Engine上播出。由于大量三维场景需要实时生成, 因而对显卡要求较高。
2.2.4 Viz Trio播控系统
Viz Trio是一款操作界面为字幕机风格的播控系统, 使用串联单控制方式, 具有强大模板功能。在内容输入时, 使用Pilot中创建的模板对素材信息进行编辑, 在内建的预览窗口中会显示操作员最后修改的场景, 或下个将要播放的影像。设计师可以通过Viz Trio播控系统对测试场景的实际播放情况进行测试。
3 无锡广电虚拟演播室中Vss的应用
灵活、高效、安全, 是Vizrt在线包装系统最突出的特点。在流程控制和设计思路方面, Vizrt在线包装系统充分利用了业内最新科技成果, 对每个制作环节都进行了优化。
3.1 控制流程
Vss系统的控制流程为:在连接到素材库后, 将所有Vizengine打开, 然后演播室播控人员启动Viz Studio Setup软件, 与Viz IO终端的Viz Engine渲染引擎相互通信, 完成虚拟演播的跟踪定位与设置。Engine渲染引擎将输出的填充信号、键源信号与切换台进行连接, 实现对素材的编辑, 接着, 用大网络交换机相互连接各个设备, 实现模板数据、素材内容、控制信息的传递。然后打开播控软件Viz trio, 通过该软件导入viz Artist设计站制作的包装模板, 与键源信号合成输出到切换台。
3.2 机械跟踪
机械跟踪利用sutoku (日本昭特) 机器人进行摄像机数据采集, 通过交换机将跟踪数据传到viz engine上。目前, 演播室内采用的是固定机位四点跟踪, 在Viz studiosetup中进行调节。在操作过程中, 首先要选好蓝箱模型, 以及与每台摄像机相对应的Vizengine, 在平面后墙贴好四个点组成标准矩形, 原点选在边缘左下角。Reset后, 摄像机对准墙上的左下点, 点击Lbottom, 然后依次对准左上、右上和右下点, 分别点击Ltop、Rtop、Rbottom按钮, 点击Calc按钮计算数值。摄像机调整为水平, 对准原点回归线, 点击setpan tilt rollzero回归原点, 然后再做镜头范围。跟踪做好后, 除非机位有调整, 一般无需再次定位。
3.3 色健应用
色键器是指利用电子技术, 将跟踪设备采集到的键源信号, 一种或多种特定颜色弱化成透明色, 以便后期制作和合成。所以, 抠图操作和前景调控问题是色键器使用时应注意的重点。抠像前应先调节摄像机CCU和灯光, 接着按FILE CLEAR键清空所有设置。然后进行选色, MENU—MATTE—Screen Color—Cursor Enable, 调出选色光标, 旋动旋钮, 选择合适的选色点后点击Use Scrn Color。然后调节背景, VIEW—MATTE, 对照监视器, 再通过三个键Matte Density、Black Gloss、Clean Up LEVEL的配合进行细调 (三个参数值都应尽量小, 一般Matte Density不应过大;Black Gloss可根据需要进行调节, 但理论上不应过大;Clean Up LEVEL一般不超过30%) 。如果抠像效果不好, 穿透情况明显, 将Matte Density和Black Gloss调到很大还存在前景穿透问题, 有可能是灯光的问题, 尝试将灯光调至合适状态, 然后进行后续操作。
4 结语
目前, Vss系统在演播室的应用已经初步得到业内技术人员和节目组的认可。在以后的工作中, 要进一步加强与科学技术新成果的对接和融合, 让技术推动本行业的发展。
参考文献
[1]郭轶君.Vizrt在电视新闻类节目中的技术研发的探索与实践--Vizrt二次开发具体案例分析[J].中国传媒大学学报 (自然科学版) , 2014 (8) .
演播室音频系统的设计 篇10
关键词：演播室；音频系统；设计
中图分类号：TN94812文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 06-0000-02
1演播室音频系统的设计原则
对于演播室的音频系统，要求其具备较为齐全的功能，技术上要较为先进，而且在设计方面还要同时考虑节目制作的特点及直播要求和特点，使其既具有相应的安全性，同时具有一定的简便性、灵活性，适应工作的需求。
在设计演播室音频系统中，要坚持一定的原则，首先需要坚持设计的先进性和科学性，在设计时，要综合考虑各类节目的演播需求，既要技术先进，同时要有自身特色，符合实际需求，性能要较为稳定，有着良好的稳定性能，要体现当代社会音频技术的领先水平和未来发展趋势，具有较好的科学、合理性。其次，要坚持实用性原则，既要采用领先的技术和设备，以满足节目演播的需要，同时还要符合操作简便、维修保养便捷、管理简洁的使用目标；再次要坚持可扩展性原则，要从长计议，在功能设计和扩展方面要为今后发展提供扩展空间，为日后系统升级预留可扩展空间。另外还需要坚持低成本原则，在保证系统安全、稳定、质量有保障的条件下，要确保成本支出达到最大，当然最重要的还是要注意系统的质量问题，将系统的稳定、安全运行作为设计需要考虑的首要原则，以实现长期稳定运行的目的。
2演播室音频系统的技术要求
2.1数字系统的备份要求
2.1.1现场扩声系统方面
数字及模拟型号可以被现场扩声系统中的数字理器部分同时接入。目前，数字设备已经成为了现代演播室技术中的主流，调音师们越来越倾向扩声调音台的数字化，数字处理器可以直接接收作为主信号的由扩声调音台发送的数字信号，备份信号则由播出调音台或备份调音台发送。在节目正常制作的过程中，首先选取主信号并对其进行处理，随后使用后级设备使得声音通过扬声器发出，如果主信号出现问题，则可以通过手动切换或自动识别的办法由用户自己设定时间及电平的限值，如果在较长时间里信号低电平，切换机会自动切换到备通路，信号将此发出并进行模拟信号的处理，最终实现现场扩声的目的。
2.1.2音频播出系统方面
主备通路应互为备份使之成为有安全保障的应急措施。众所周知，演播室承担着各种节目的直播与制作，音频系统的最重要的设计原则便是节目的安全播放。如果系统中需要两个调音台去完成节目的制作及直播，那么扩声调音台和播出调音台应该互为备份，播出及收录系统应该同时收录主信号与备信号，如果播出调音台突然出现问题，扩声调音台作为备份则可以继续进行重要音频信号的控制，最终完成信号的制作和处理。
当系统规模不大的时候，单单是由一张调音台对现场扩声与电视播出同步进行时，要配置一台小型调音台，备份调音台通过数字音分、线分和话分等分配器来获得音频信号。每当主调音台有故障的时候，马上便要承担着节目的制作任务和播出。
2.2系统的同步需求
判断一个系统是否可以正常工作的关键环节即是数字系统的同步能够处理妥当，可以看出是否同步对于数字系统来说至关重要。目前在数字音频系统中与视频相关的同步信号常用的主要类型有：字时钟同步信号和AES同步信号、黑场参考信号。根据电台的具体实情，音频系统要与视频系统相匹配，所以，使用黑场参考信号作为视频的同步信号，现在绝大部分的数码调音台均能使用与接受这个信号当作同步信号来使用，与此同时还能通过调音台来输入或输出多路字同步信号。
2.3对电源现场扩声系统的需求
整个环境对电磁波辐射的干扰主要通过，比如有对讲机、手机等此类通信装置因它们的高频率的电磁波辐射都会对机内电路产生干扰，这些干扰噪声可以直接通过串行信号或屏蔽不良的机器外壳产生。灯光等各种大负荷电器的动态可以极大地影响现场扩声系统的电源，导致电压波动频繁并波动指数很大，外加各种调光设备与现代发达的无线通讯等外来电磁信号的干扰，总体的干扰就会变得的更为明显。所以，解决以上问题的有效方法是使用独立供电电源在音频扩声系统之中，同时使用供电功率大同时具有过滤波功能的交流稳压器并将电源安全可靠接地，这样就降低了对扩声系统的影响。
通常情况下，音频播出系统与扩声系统采用的是不同等级的两路供电，除了容易受到电源干扰噪声与电磁辐射干扰之外，扩声系统可能受到设备内部噪声与接地回路噪声的干扰。所以要将外界的各种电磁辐射屏蔽掉，较为有效地方法就是全部使用屏蔽的电缆并保证连接方法的正确，并且屏蔽层还需要具备良好的接地与正确的连接。
3演播室音频系统的连接
最大程度地减小噪声对于信号的影响是模拟音频电缆的关键步骤，通常情况下，采用的是两芯音频电缆，它可以有效地防止共模及降低噪声的干扰。我们也要注意外屏蔽层对低电平及低频率音频信号的保护，若音频电缆传输的是-50dB及以下的信号时，则应该使用的就是四芯星绞电缆了，此电缆与两芯音频电缆相比，它可以将95%的噪声屏蔽掉，不仅可以防止标准平衡抗共模的干扰，同时还可以为每一个端子处提供抗共模干扰。如果电源电缆要与话筒电缆同时走线或需要穿过电流非常大的机柜时必须将二者间隔出足够的距离，也可以将其包入金属管之中，以此减少噪声。
扬声器电缆的信号是高电平信号，典型有效值通常在15瓦到110瓦的区间内。对扬声器电缆应使用四芯绞电缆，因为其发出的电磁干扰会极大地影响周围低电平信号，例如话筒电缆就会遭受此干扰，而采用四芯绞电缆由于其四根导体与中心的距离相等，它们之间的电磁就可以相互抵消，这样就可以极大地减少干扰。
4新闻演播室音频常见问题
在技术稳定的情况下，还需要预先设计好一旦出现故障问题的处理对策。
4.1可能出现的紧急状况
一旦出现紧急状况，通常是由音频设备自身产生故障或者由于操作、设计出现失误而导致的，主要有以下几种状况：
（1）无线话筒出现的某些问题，如屏蔽失去频率、受到其他无线电的干扰，突然功能终止或者电池没电等；（2）网关出现的某些问题，如网关卡死、视音频没有保持同步播放，节目进行播放过程中主机意外关闭等；第三，调音台出现的某些问题，如数字调音台突然停机，模拟调音台有较大的噪音，外部的信号通信音突然断路等；第四，监听现的某些问题，如调音台监听模块失去控制，监听音箱电源掉落等；第五，播出出现的某些问题，如调音台主输出出现某些问题，加嵌器、音分不能正常使用等。上述故障均为系统在使用中容易出现的问题，因此需要设计和工作人员在设计或使用过程中加以注意，并采取有力措施加以防止和消除。
4.2紧急故障对应方案
（1）有线通信条件下，要防止有线出现问题，来设定无线备份；（2）模拟技术下要备份数字数据及信息；（3）音频要选择矩阵，同时音频跳线要备份调音台；（4）要对选择开关设计增加封闭设置；（5）要进行分区域监听；（6）主输出双通路要通过不同的音分来送出；（7）要事先准备好备播带。
上述故障防范方法为传统的备份方式，在高科技手段日益发达的情况下，还需要对备份的方式方法进行丰富和优化，建立可以独立完成直播任务的备份系统。
参考文献：
[1]田志刚.浅谈奥运高清直播演播室音频系统特点及应用[J].现代电视技术,2009(02).
[2]程秀清,陈瑞.高清演播室音频系统分析[J].广播与电视技术,2006(04).
[3]沈齐.高清演播室数字音频系统介绍[J].现代电视技术,2006(08).
[作者简介]吴洋（1984-），女，汉族，四川中江人，武警警官学院信息工程系讲师，硕士，研究方向：网络与多媒体。
虚拟演播室系统 篇11
1虚拟演播室的构成
虚拟演播室一般由虚拟演播室灯光系统、音响系统、音频对讲系统、视频特技系统组成。
大同广播电视台这次装修两个虚拟演播室背景蓝箱用于新闻和专题节目制作。新闻演播室面积为30 m2,蓝箱尺寸为4 m(宽)×3m (深)×3m(高)。专栏节目演播室面积为50 m2,蓝箱尺寸6 m (宽)×3.5 m (深)×3m (高)。两箱都是U形结构。
蓝箱的地面及相邻三面墙上都做成深蓝色背景,保证摄像机可在较大范围内进行推拉、摇移、俯仰等操作,做到虚拟背景空间宽阔舒展。在制作蓝箱时,两侧墙面与地面、中间墙面与地面及两侧墙面与中间墙面的交汇处要做成半径为50 cm的圆弧,而相邻墙与地面的三面交汇处要做成同样半径的内球面形状。这样无论两面或是三面交汇处都要衔接平滑,看不出痕迹,在虚拟合成场景中的相应位置才不会出现线状阴影,否则这种阴影将会随摄像机移动而破坏虚拟场景的真实感。
前景与电子背景完美融合的关键在于前景与蓝箱科学而合理的布光。虚拟演播室灯光系统采用新型的三基色冷光源,这种柔光灯发光均匀、阴影小、发热少、色温恒定而均匀,光布在主持人脸上自然而逼真。基本满足了虚拟演播室对光线的要求。
音频系统和灯光系统相比就较为简单,音效系统和音频对讲系统在一台型号为YAMAHA MG166cx的调音台上就可以搞定,这里不再详述。
2《大同新闻联播》概述
《大同新闻联播》是一档新闻类栏目,时政新闻关注全市大政方针,准确传递党和政府的声音;栏目一周六期,每期20 min,这次特意为大同新闻栏目制作了虚拟演播室的3D场景,如图1。
场景宏伟大气,内容涵盖了大同广播电视台的台标、大同新闻联播字样等元素,随着片头音乐的响起,镜头由1号机位开始缓缓地由大景推到两位播音主持人的近景,两位主持人开始播报当天的新闻。整个画面清晰自然,完全置身于真实的三维场景之中。在节目中需要单个主持人的主持场景,由2号机位给出主持人的特写镜头,完全是真实三维场景的再现,没有任何穿帮。栏目结束时又由1号机位由两位主持人的近景缓缓拉至大景,过程自然流畅,很好地服务了整个栏目的需求,提高了整个栏目品味。
3大同电视台其他电视节目介绍
大同广播电视台有《今日视点》《家道自然》《大同财富》等十六档专题栏目,这次虚拟演播室的引入为每个栏目都设计了三维场景。如图2～图4所示。
每个场景都可以根据三维场景设计的画面,用虚拟演播室的功能给出主持人的出场方式,例如在《议案提案》栏目中镜头缓缓向左摇动,主持人自然地出现在场景中。在《消费报道》栏目中给摄像机设定一条运动轨迹,以运动的画面将主持人带入镜头。在节目进行过程中不断根据节目内容更换背景图片,力求节目传递给观众的信息量更大,内容更丰富。