盧奇,段光宇

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003;2.新鄉(xiāng)電視臺(tái),河南新鄉(xiāng)453000）

隨著虛擬演播室技術(shù)的推廣,其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用也越來越多,其中虛擬場(chǎng)景的設(shè)計(jì)成為至關(guān)重要的環(huán)節(jié),但相關(guān)的研究還處于起步階段.本文根據(jù)用戶的不同需求,從虛擬場(chǎng)景的制作方面分析了虛擬演播室應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,給出了在實(shí)際應(yīng)用中采用的解決方案,詳細(xì)提出了虛擬場(chǎng)景的制作方面的一些建議,并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)步驟,以期高效的制作出既美觀又符合科學(xué)透視的場(chǎng)景.

1 虛擬演播系統(tǒng)

虛擬演播室系統(tǒng)（Virtual Studio System）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和色鍵技術(shù)結(jié)合的一種新的視頻節(jié)目制作系統(tǒng),是一種只有演員和道具,不需要實(shí)際場(chǎng)景的演播室系統(tǒng).虛擬演播室主要是通過計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成三維運(yùn)動(dòng)的或靜止的場(chǎng)景來實(shí)現(xiàn)的,與傳統(tǒng)演播室在實(shí)現(xiàn)方式上有本質(zhì)的區(qū)別,因此,設(shè)計(jì)人員在制作虛擬場(chǎng)景的過程中要注意：①設(shè)計(jì)場(chǎng)景時(shí)可以根據(jù)編導(dǎo)的意圖設(shè)計(jì)一些動(dòng)態(tài)情節(jié),這在傳統(tǒng)的演播室設(shè)計(jì)是不可能實(shí)現(xiàn)的.例如,電梯的升降、角色動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)視頻開窗等等.②場(chǎng)景設(shè)計(jì)中要注意人物在場(chǎng)景中的比例關(guān)系,避免出現(xiàn)比例失調(diào)的情況發(fā)生.③設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)主持人的入場(chǎng)方式,行走路線而設(shè)計(jì)一些特定的三維物體以配合整個(gè)節(jié)目的要求.④設(shè)計(jì)前必須事先畫好草圖,設(shè)計(jì)好各個(gè)環(huán)節(jié),根據(jù)草圖進(jìn)行三維場(chǎng)景的制作,這樣可以避免走彎路以減少制作時(shí)間.

2 虛擬演播室的場(chǎng)景制作注意事項(xiàng)及設(shè)計(jì)

2.1 場(chǎng)景設(shè)計(jì)制作注意事項(xiàng)

（1）圖片文件名不含空格.

（2）注意將不是循環(huán)的動(dòng)畫的Timer的loop屬性修改成FALSE,同一個(gè)插值器不關(guān)聯(lián)不同的屬性（比如一個(gè)三維的插值器不要同時(shí)關(guān)聯(lián)到移動(dòng)和縮放）.

（3）地板最好不要是“網(wǎng)格形式”,比如磚鋪地等.倒影是人物處在具有反光材質(zhì)上時(shí)產(chǎn)生的一種光折射,由于虛擬系統(tǒng)是對(duì)三維背景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染,而前景如需復(fù)制渲染一個(gè)倒影的話那將會(huì)嚴(yán)重的影響機(jī)器性能.人物在場(chǎng)景中的倒影可以采用在籃箱地板放置具有透明且反光的材料,如有機(jī)玻璃板.主持人在其上行走只產(chǎn)生倒影,其余部分均被扣掉.這是由于當(dāng)有機(jī)玻璃板放置后,從攝像機(jī)的角度進(jìn)行觀察,只會(huì)看到反射的人物倒影,以及環(huán)境的藍(lán)色,而空中的燈光不會(huì)映射到畫面當(dāng)中（見圖1）.

（4）當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)帶有.png貼圖的前后位置錯(cuò)誤時(shí),調(diào)整兩個(gè)物體在場(chǎng)景樹中的前后順序就可以解決.

（5）注意去處貼圖邊緣的閃爍.

（6）材質(zhì)一定要賦值,不然有些物體就會(huì)發(fā)黑,客戶端看不到,這時(shí)候調(diào)整物體的發(fā)射光,可以改善效果.由于VRML不具有對(duì)材質(zhì)的反射功能,在場(chǎng)景制作時(shí)可以通過降低地板的透明度,同時(shí)使需反射的物體拷貝倒置一個(gè),這樣可以達(dá)到反射的效果.

（7）場(chǎng)景當(dāng)中某一個(gè)局部如果可以作為一個(gè)整體,就把他們打成一個(gè)組內(nèi),方便調(diào)整,比如視頻開窗和它周圍的框架.

2.2 場(chǎng)景設(shè)計(jì)制作

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)草圖進(jìn)行場(chǎng)景建設(shè)制作,一般是由主物體開始做起,通過主物體來確定其它場(chǎng)景物體的大小,可以保證整個(gè)場(chǎng)景的比例關(guān)系.建成一個(gè)具有兩層演播室的三維模型（見圖2）,這樣就為特技的實(shí)現(xiàn)提供了前提條件,設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮根據(jù)節(jié)目需要制作一些小的動(dòng)畫事件.主持人坐在虛擬的椅子上,這需要制作一個(gè)藍(lán)色的小箱子,大小與虛擬椅子高度以及主持人所坐姿勢(shì)相符,當(dāng)主持人坐上去后它將被摳掉,同時(shí)注意陰影的構(gòu)造,這樣就可以逼真模擬人與虛擬場(chǎng)景的完美結(jié)合（見圖3）.主持人需要坐電梯上下層,而上電梯的過程又不能忽略,所以在制作時(shí)可以采用使場(chǎng)景整體的下降而電梯與主持人不動(dòng),從而產(chǎn)生主持人乘坐電梯的效果.需注意制作過程對(duì)物體、貼圖、材質(zhì)進(jìn)行英文或拼音命名,同時(shí)養(yǎng)成對(duì)場(chǎng)景文件所需要素打包的良好習(xí)慣,為下步的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備.在場(chǎng)景建成后需輸出VRML文件,使*.max的后綴名變成*.wrl.

圖1 場(chǎng)景中倒影處理

圖2 演播室三維模型

圖3 虛擬椅子設(shè)計(jì)

VRML是一種虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語言,VRML可以創(chuàng)建虛擬的建筑物、城市、山脈、飛船、星球等,還可以在虛擬世界中添加聲音、動(dòng)畫,使之更加真實(shí)生動(dòng),甚至還可以是具有和瀏覽者的交互性更接近于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬空間.VRML可以通過MAX文件的功能設(shè)定輸出成具有*.wrl的文件名,以得到虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)造.當(dāng)這個(gè)三維場(chǎng)景以VRML格式輸出時(shí),就轉(zhuǎn)化為最后VRML文件中的各種相應(yīng)的節(jié)點(diǎn),而另外的一些VRML節(jié)點(diǎn)在MAX場(chǎng)景中并不能被直接創(chuàng)建出來,需要向這個(gè)MAX場(chǎng)景中插入圖標(biāo)來引入相應(yīng)的VRML節(jié)點(diǎn),這樣的節(jié)點(diǎn)通常是在場(chǎng)景中不可見的或者是空間背景、聲音、大氣效果等對(duì)于整個(gè)空間有效的VRML節(jié)點(diǎn).例如：Anchor節(jié)點(diǎn),在空間場(chǎng)景中制定了一個(gè)單擊觸發(fā)器,瀏覽者可以通過單擊虛擬世界中和Anchor節(jié)點(diǎn)相聯(lián)接的空間造型,而跳轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)置好的HTML頁或另外的一個(gè)VRML虛擬世界,也可以在同一個(gè)VMRL世界中不同的空間視點(diǎn)之間相互進(jìn)行切換;ProximitSensor節(jié)點(diǎn),可以在虛擬空間中指定一個(gè)方形的區(qū)域,但瀏覽者替身進(jìn)入到這個(gè)區(qū)域中就會(huì)觸發(fā)一系列預(yù)先攝制的動(dòng)畫效果;Navigationinfo節(jié)點(diǎn),用于瀏覽者替身在虛擬空間中進(jìn)行瀏覽時(shí)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置;Fog氣效果節(jié)點(diǎn),用于虛擬世界中創(chuàng)建出霧的大氣效果,并且可以指定霧的顏色以及霧的濃度隨著空間距離的變化方式;通過Sound節(jié)點(diǎn)可以在虛擬空間中添加所需要的音效或者環(huán)境音樂;LOD（Level of Detail）細(xì)節(jié)控制節(jié)點(diǎn),就是在不同的觀察距離上,分別指定不同復(fù)雜程度的空間形體來表示同一個(gè)空間造型,從而保證在不降低瀏覽效果的前提下,提高整個(gè)VRML空間的瀏覽速度方法;TouchSensor可以使瀏覽者在瀏覽器窗口選一個(gè)對(duì)象時(shí)就能觸發(fā)一系列的動(dòng)畫,這是VRML中最常見的一種觸發(fā)方式;TimeSensor節(jié)點(diǎn)通過控制時(shí)間來觸發(fā)虛擬空間中的動(dòng)畫效果,通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以將一個(gè)空間造型的動(dòng)畫在幾個(gè)指定的時(shí)間段中進(jìn)行,或者無限的循環(huán)一個(gè)動(dòng)畫效果;BackGround節(jié)點(diǎn)用來指定整個(gè)虛擬場(chǎng)景中的背景,其中包括天空、地面顏色的設(shè)置;AudioClip節(jié)點(diǎn)引入WAV格式或者M(jìn)IDI格式的聲音文件;BillBoard編組節(jié)點(diǎn),將使虛擬世界中的空間造型自動(dòng)的保持正對(duì)著瀏覽者的方向;InLine節(jié)點(diǎn)在VRML中用于在虛擬世界中插入其他的VRML文件所創(chuàng)建的空間造型或者整個(gè)的空間場(chǎng)景,通過Inline節(jié)點(diǎn),可以方便的將不同開發(fā)人員創(chuàng)建的不同部分集成為最后的整個(gè)虛擬空間.通過以上幾種節(jié)點(diǎn)效果的加入,可以使我們完成許多的特技效果,這里我們使用最多的是 Fog、Lod、TouchSensor、TimeSensor.

（2）場(chǎng)景建成后,開始為所需動(dòng)態(tài)物體設(shè)定動(dòng)畫路徑,注意不同動(dòng)畫路徑設(shè)定的前后順序,以免出現(xiàn)動(dòng)畫混亂現(xiàn)象.先設(shè)定整個(gè)場(chǎng)景的上下動(dòng)畫,為了實(shí)現(xiàn)人物乘電梯過程的再現(xiàn),可以通過對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行動(dòng)畫路徑的設(shè)定（不包括所搭乘的載體）,那么載體不動(dòng)而背景上下運(yùn)動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生出猶如人搭乘著載體上下運(yùn)動(dòng)的效果,然后再設(shè)定其他事件的動(dòng)畫路徑（見圖4）,這樣就會(huì)使操作者使用起來很方便.

圖4 動(dòng)畫路徑設(shè)計(jì)

（3）為不同的動(dòng)畫步驟分別存儲(chǔ).一般動(dòng)畫物體的設(shè)定都具有動(dòng)畫的分解步驟,如：電梯,它可以分為電梯的降、開門、關(guān)門、電梯的升這四步動(dòng)作,那么要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫的分別控制,就需要利用它們的分解動(dòng)作分別存儲(chǔ)成不同的文件名,在進(jìn)入系統(tǒng)前把它們分別指定給相應(yīng)的操作按鈕,這樣操作者可以根據(jù)主持人的時(shí)間快慢分別控制.

（4）場(chǎng)景轉(zhuǎn)換.一般MAX文件進(jìn)入虛擬系統(tǒng)前都需要進(jìn)行一次場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換,以減少文件的大小.為了得到更小的文件（保證畫面效果的前提下）,在轉(zhuǎn)換之前還須對(duì)場(chǎng)景的面片數(shù)進(jìn)行一次優(yōu)化,使永遠(yuǎn)看不到的多余面片刪除、弧型物體的節(jié)點(diǎn)段數(shù)盡量減少、貼圖文件不要太大.經(jīng)過優(yōu)化使整個(gè)場(chǎng)景的面片數(shù)控制在6 000～7 000個(gè)之間.

（5）場(chǎng)景輸出.在MAX里將以上的幾點(diǎn)工作做完之后可以進(jìn)入到最后的環(huán)節(jié),場(chǎng)景的輸出.在MAX中打開一個(gè)準(zhǔn)備輸出VRML文件的空間場(chǎng)景,然后在file菜單中選取Export（輸出）命令,在出現(xiàn)的對(duì)話框里給出準(zhǔn)備輸出的文件類型、存放路徑及文件名稱,從文件類型下拉列表中選取VRML97,在輸出參數(shù)對(duì)話框中設(shè)置各項(xiàng)輸出參數(shù).輸出成*.wrl文件,可以直接調(diào)入虛擬演播室系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)覽和使用.

3 結(jié)語

雖然虛擬演播室可能終究無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)演播室,但它是一種很好的補(bǔ)充,它可以方便快速的在電腦中制作出三維仿真的場(chǎng)景,“以假亂真”,以期達(dá)到用戶不同的實(shí)際需求.

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