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三木建筑聲學

虛擬演播室的設計

 虛擬演播室   虛擬演播室系統(The Virtual Studio System,簡稱VSS)
  虛擬演播室是近年發展起來的一種獨特的電視節目制作技術。它的實質是將計算機制作的虛擬三維場景與電視攝像機現場拍攝的人物活動圖像進行數字化的實時合成,使人物與虛擬背景能夠同步變化,從而實現兩者天衣無縫的融合,以獲得完美的合成畫面。應用這項技術,背景成像依據的是真實的攝像機拍攝所得到的鏡頭參數,因而和演員的三維透視關系完全一致,避免了真實、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濟的手段來實現。雖然其發展時間短,技術上還存在一些問題,但是由于它本身所具有的無窮魅力以及其不可低估的發展前景,目前已被越來越多的節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目制作工具,虛擬演播室技術包括色鍵技術、計算機虛擬場景設計和藍背景技術、燈光技術和攝像機跟蹤技術等。虛擬演播室技術是在傳統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,根據攝像機的位置與參數,使三維虛擬場景的透視關系與前景保持一致,經過色鍵合成后,使得前景中的主持人看起來完全浸盡于計算機所產生的三維虛擬場景中,而且能在其中運動,從而創造出逼真的、立體感很強的電視演播室效果。
  虛擬演播室的歷史
  1978年, Eugene L.提出了“電子布景”(Electro Studio Setting)的概念,指出未來的節目制作,可以在只有演員和攝像機的空演播室內完成,其余布景和道具都由電子系統產生。隨著計算機技術與虛擬現實(Virtual Reality)技術的發展,在 1992年以后虛擬演播室技術真正走向了實用。作為數字演播室發展新技術,虛擬演播室技術已成為了當今數字電視演播室新技術的熱點。在1994年IBC展覽會上虛擬演播室技術首次亮像,并在各種電視轉播中得以實現。目前,中央電視臺和一些省級電視臺節目中也采用了此技術。
  1.虛擬演播室的特點
  虛擬演播室系統是近年來隨著計算機技術飛速發展和色鍵技術不斷改進而出現的一種新的電視節目制作系統。在虛擬演播室系統中,攝像機的工作狀態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,實時地與計算機產生的三維模型完美無缺地集成在一起,構成一個現實

 


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。 

  2.虛擬演播室的優點
  虛擬演播室的優勢是顯而易見的,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的效果,其空間不受物理空間限制,攝像機可以以360゜旋轉;還可以引人大量虛擬特殊環境與道具,因此可創作出更豐富、更吸引人的節目,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,獲得了更大的創作的想象空間,能夠以低廉的成本產生新奇的視覺效果。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,節省了大量的人力、物力、財力,而且縮短了節目制作周期,提高演播室的利用率等等。虛擬演播室雖然具有諸多的優越性,但它由于價格昂貴,普及和推廣有一定的難度。   3.虛擬演播室的關鍵技術
  1)攝像機的跟蹤與定位
  在虛擬演播室節目制作過程中,確定攝像機的狀態信息非常關鍵。虛擬演播室專用數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,即攝像機跟蹤器。其跟蹤方式有光學識別系統和機械傳感式系統兩種。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據,通過一個“傳感器”裝置傳輸到“校準器”,這樣,理想情況下,現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
  目前,多數虛擬演播室采用 Ultimatte進行摳像,藍箱主要有一墻一底式、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,因此會產生延時,不僅要求系統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,給演員觀看反饋監視器上的合成圖像以確定動作增加了難度。
  4)計算機技術
  虛擬演播室系統配備的計算機是一個小型計算機網絡,主機為網絡中心,它是虛擬演播室的控制中心,是虛擬演播室節目制作的“導演臺”。它除了調用和調整事先做好的三維虛擬場景外,還負責向圖形發生器傳輸圖像數據及處理由攝像機跟蹤器傳來的攝像機運動數據。根據主機傳來的攝像機運動數據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換變化,但是背景的創意、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,它需要導演、創意者、美術設計、二維建模者、三維建模者、演員及虛擬系統的操作者等人員的通力配合。因此,對于一次性節目背景的制作而言,虛擬演播室并沒有效率上的優勢,而除了可以制造出不同凡響的特技效果外,能否真正發揮虛擬演播室的功能,創造出高質量的特技效果,還在于制作者的想像力和它們之間的配合。

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