產(chǎn)品中心
虛擬演播系統(tǒng)
虛擬演播系統(tǒng)
系統(tǒng)概況
虛擬演播室系統(tǒng)應用攝像機跟蹤技術，獲得真實攝像機數(shù)據(jù)，并與計算機生成的背景結(jié)合在一起，背景成像依據(jù)的是真實的攝像機拍攝所得到的鏡頭參數(shù)，因而和演員的三維透視關系完全一致，避免了不真實、不自然的感覺。由于背景大多是由計算機生成的，可以迅速變化，這使得豐富多彩的演播室場景設計可以用非常經(jīng)濟的手段來實現(xiàn)，由于它本身所具有的無窮魅力以及其不可低估的發(fā)展前景，迄今已被越來越多的節(jié)目制作及有關人員所關注。
虛擬演播室是一種全新的電視節(jié)目制作工具，虛擬演播室技術包括攝像機跟蹤技術、計算機虛擬場景設計、色鍵技術、燈光技術等。虛擬演播室技術是在傳統(tǒng)色鍵摳像技術的基礎上，充分利用了計算機三維圖形技術和視頻合成技術，根據(jù)攝像機的位置與參數(shù)，使三維虛擬場景的透視關系與前景保持一致，經(jīng)過色鍵合成后，使得前景中的主持人看起來完全浸盡于計算機所產(chǎn)生的三維虛擬場景中，而且能在其中運動，從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強的電視演播室效果。
采用虛擬演播室技術，可以制作出任何想象中的布景和道具。無論是靜態(tài)的，還是動態(tài)的，無論是現(xiàn)實存在的，還是虛擬的。這只依賴于設計者的想象力和三維軟件設計者的水平。許多真實演播室無法實現(xiàn)的效果，對于虛擬演播室來說，確是“小菜一碟”。例如，在演播室內(nèi)搭建摩天大廈，演員在月球進行“實況”轉(zhuǎn)播，演播室里刮起了龍卷風等等?，F(xiàn)在有的電視臺已經(jīng)起用了虛擬主持人，并且成為了明星，他們不僅可以配合真人的主持人主持節(jié)目，而且還可以單獨主持節(jié)目。這些都是虛擬演播室創(chuàng)造性的體現(xiàn)。
虛擬演播室的產(chǎn)生，給視頻節(jié)目制作、電視廣播帶來了一場革命。
三維虛擬演播室的跟蹤技術有4種方式可以實現(xiàn)，網(wǎng)格跟蹤技術、傳感器跟蹤技術、紅外跟蹤技術、超聲波跟蹤技術，其基本原理都是采用圖形或者機械的方法，獲得攝像機的參數(shù)，包括攝像機的X、Y、Z、（位置參數(shù)）Pan、Till、（云臺參數(shù)）Zoom、Focus（鏡頭參數(shù)） 由于每一幀虛擬背景只有20ms的繪制時間，所以要求圖形工作站實時渲染能力非常強大，對攝像機的運動沒有更多的限制，一般適合專業(yè)電視臺，對節(jié)目制作要求較高的用戶使用。
另一種方法是預生成三維背景，即要首先制作好背景的三維模型，然后預先定義好攝像機的運動和參數(shù)設置，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成每臺虛擬攝像機的視圖畫面，最后運用色健將前景和相應的虛擬背景結(jié)合起來。這種方式可以生成比較真實的虛擬背景，對圖形工作站實時渲染能力要求不高，攝像機只可以切換機位（攝像機機位必須事先與背景調(diào)整好比例和透視關系），不可以做其他的運動，這樣的虛擬演播室適合學校以及電教中心，投資較小，要求不高的用戶使用。
虛擬演播室系統(tǒng)特點
虛擬演播室系統(tǒng)是近年來隨著計算機技術飛速發(fā)展和色鍵技術不斷改進而出現(xiàn)的一種新的電視節(jié)目制作系統(tǒng)。在虛擬演播室系統(tǒng)中，攝像機的工作狀態(tài)信息傳送給圖形工作站，計算機依此得到前景物體與攝像機之間的距離和相對位置，從而計算出虛擬場景最適宜的大小、位置，并按要求計算生成虛擬場景的三維模型?，F(xiàn)場視頻采用色鍵原理，將主持人或演員置身于藍色背景幕布前表演，然后利用切換臺上的色鍵功能將主持人從藍色背景中分離出來，實時地與計算機產(chǎn)生的三維模型完美無缺地集成在一起，構成一個現(xiàn)實中不存在的，但是在電視畫面上卻又起到演播室作用的那種假想的新的環(huán)境和氣氛，最終得到把將實拍的人物與虛擬景物無縫地融合起來的畫面。
虛擬演播室優(yōu)點
虛擬演播室的優(yōu)勢是顯而易見的，從畫面可以明顯看出，電腦生成的背景與演員之間的融合簡直是天衣無縫。虛擬演播室系統(tǒng)用軟件來生成背景和道具，它可制作出實際不存在的或難以制作的場景，并可以在瞬間改變場景，可以制作出真實演播室無法實現(xiàn)的效果，其空間不受物理空間限制，攝像機可以以360゜旋轉(zhuǎn)；還可以引人大量虛擬特殊環(huán)境與道具，因此可創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目,使導演在很大程度上擺脫了時間、空間和道具制作方面的限制，獲得了更大的創(chuàng)作的想象空間，能夠以低廉的成本產(chǎn)生新奇的視覺效果。另外，由于場景的制作、修改、保存等都在計算機上進行，制作和更換電子布景快捷簡便，節(jié)省了大量的人力、物力、財力，而且縮短了節(jié)目制作周期，提高演播室的利用率等等。虛擬演播室雖然具有諸多的優(yōu)越性，但它由于價格昂貴，普及和推廣有一定的難度。
【系統(tǒng)關鍵技術】
①攝像機的跟蹤與定位
在虛擬演播室節(jié)目制作過程中，確定攝像機的狀態(tài)信息非常關鍵。虛擬演播室專用數(shù)字攝像機通常為二到三個，攝像機配有運動檢測和識別系統(tǒng)，即攝像機跟蹤器。其跟蹤方式有光學識別系統(tǒng)和機械傳感式系統(tǒng)兩種。其原理是將檢測到的攝像機的推、拉、搖、移、聚焦、變焦乃至升降等傳感部位的運動數(shù)據(jù)，通過一個“傳感器”裝置傳輸?shù)健靶势鳌?，這樣，理想情況下，現(xiàn)場攝像機與虛擬演播室中“虛擬”的攝像機被相對地鎖定在一個位置上。當現(xiàn)場演播室攝像機運動時，虛擬攝像機受跟蹤器的控制可以實時地與現(xiàn)場攝像機保持同步。
②攝像機的鎖定
虛擬演播室的另一重要而獨有的問題是攝像機之間的位置關系。虛擬攝像機與真實攝像機的初始位置并無直接關系，它可以放在虛擬空間的任意位置，當演播室有兩臺以上攝像機進行切換時，必須保持實際演員和景物在虛擬演播室中的位置不變，也就是與虛擬景物的關系不變。否則在切換時，觀眾會看到演員從背景中某個地方跳到另一個地方，在視覺上會造成不真實的效果。由于真實物體與演員是由真實攝像機給出，背景由虛擬攝像機給出，所以必須對虛擬攝像機進行位置鎖定，即虛擬攝像機之間的距離必須與真實攝像機之間的距離相等，且推拉、搖移的初始量（原位矢量）與真實攝像機的位置方向關系保持一致，才能進行切換。
③變焦、聚焦與景深
實際拍攝時，攝像機的聚焦點一般都跟蹤主持人，如果此時前景和背景都聚焦得十分清楚，會產(chǎn)生景深的不自然感。尤其在特寫鏡頭時，背景應該是虛焦的，使前景、背景如同出自同一攝像機，否則，這種虛擬演播室是不成功的。
④色鍵與藍箱
摳像，藍箱主要有一墻一、三墻一底式藍箱、三墻一底式藍箱、底式、兩墻一底（一角）式和三墻一底式3種。其中三墻一底式能給出更大空間，攝像機機位限制小，搖攝范圍大。藍箱必須保證均勻的藍色背景，特別是在墻墻、墻地交接處不能有接縫的痕跡。同時，由于節(jié)目制作過程中采用了色鍵技術，演員及真實道具在藍室中投下的影子也要隨演員及道具一起進入虛擬空間，人物和環(huán)境景物在演播室燈光下的影子會被摳掉，造成一種不真實感。由于色鍵技術的使用，因此會產(chǎn)生延時，不僅要求系統(tǒng)增加前景視頻延時單元，而且必須考慮其它問題。一個是聲音，由于前景視頻被延時，為了保證聲畫同步，需要增加視頻幀同步器。另外，由于延時，給演員觀看反饋監(jiān)視器上的合成圖像以確定動作增加了難度。
摳像功能，可以摳除藍色，紅色和黃色背景，實現(xiàn)虛擬演播廳的效果。啟動軟件后，打開“系統(tǒng)”->“摳像和顏色調(diào)整”。根據(jù)實際情況，選擇需要進行摳像的通道，并且勾上啟動摳像的復選項，然后選擇作為背景的通道或者圖片。最后，根據(jù)實際情況，稍微調(diào)節(jié)摳像的顏色范圍，達到最佳摳像效果。
⑤計算機技術
虛擬演播室系統(tǒng)配備的計算機是一個小型計算機網(wǎng)絡，主機為網(wǎng)絡中心，它是虛擬演播室的控制中心，是虛擬演播室節(jié)目制作的“導演臺”。它除了調(diào)用和調(diào)整事先做好的三維虛擬場景外，還負責向圖形發(fā)生器傳輸圖像數(shù)據(jù)及處理由攝像機跟蹤器傳來的攝像機運動數(shù)據(jù)。根據(jù)主機傳來的攝像機運動數(shù)據(jù)實時地計算出虛擬的三維電腦場景的運動，以保證其輸出的虛擬背景與真實的前景同步。
在虛擬節(jié)目準備中的一個重要任務就是建立三維模型。虛擬演播室的背景圖像可以是來自錄像機或攝像機的活動視頻，也可以是靜止圖像等，但使用最多的是由計算機創(chuàng)作的二維或三維模型CG（Computer Graphics），即虛擬場景。雖然虛擬演播室的背景原則上說可以無窮地轉(zhuǎn)換變化，但是背景的創(chuàng)意、三維建模等工作相當復雜，不再是一兩個人就能充分使用好的系統(tǒng)，它需要導演、創(chuàng)意者、美術設計、二維建模者、三維建模者、演員及虛擬系統(tǒng)的操作者等人員的通力配合。因此，對于一次性節(jié)目背景的制作而言，虛擬演播室并沒有效率上的優(yōu)勢，而除了可以制造出不同凡響的特技效果外，能否真正發(fā)揮虛擬演播室的功能，創(chuàng)造出高質(zhì)量的特技效果，還在于制作者的想像力和它們之間的配合。
