文｜劉躍

虛擬演播室技術(shù)概述

1、虛擬演播室技術(shù)的產(chǎn)生

虛擬演播室最早起源于“電子布景”的概念，隨著計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，借助于計算機(jī)技術(shù)在電視節(jié)目制作領(lǐng)域的應(yīng)用，虛擬演播室技術(shù)真正走向了實(shí)用。作為數(shù)字演播室發(fā)展新技術(shù)，虛擬演播室技術(shù)已成為了當(dāng)今數(shù)字電視演播室新技術(shù)的熱點(diǎn)。它不僅為電視節(jié)目制作提供了高科技的制作手段和無限自由的創(chuàng)作空間，而且在豐富節(jié)目包裝方式、降低節(jié)目制作費(fèi)用等方面也顯示出其巨大的優(yōu)勢。

2、基本原理

虛擬演播室系統(tǒng)是在計算機(jī)圖形技術(shù)和傳統(tǒng)視頻色鍵技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，借助于計算機(jī)三維圖形技術(shù)和視頻合成技術(shù)，根據(jù)前景攝像機(jī)的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過色鍵合成后，使得前景中各種元素完美的融合到計算機(jī)所產(chǎn)生的三維虛擬場景中，而且能在一定范圍內(nèi)自由運(yùn)動，進(jìn)而形成具備空間真實(shí)感的電視演播室效果。從而形成一種新的電視節(jié)目制作系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)組成

一套典型的虛擬演播室系統(tǒng)一般由三個子系統(tǒng)組成：攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)、計算機(jī)虛擬場景生成系統(tǒng)及視頻色鍵合成系統(tǒng)。

攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)的功能為獲取攝像機(jī)的位置信息和運(yùn)動數(shù)據(jù)。計算機(jī)虛擬場景生成系統(tǒng)依靠高性能的圖形工作站繪制圖形作為虛擬場景。虛擬演播室系統(tǒng)視頻合成的基本技術(shù)是色鍵摳像，與高性能的圖形工作站生成的虛擬場景合成一個畫面。

虛擬演播室技術(shù)在電視行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用

最早投入研發(fā)虛擬演播室系統(tǒng)的媒體當(dāng)屬日本NHK與英國BBC，與一些計算機(jī)技術(shù)公司共同發(fā)展了這項技術(shù)，從初始的二維系統(tǒng)發(fā)展到三維系統(tǒng)，并于視頻節(jié)目制作中加以實(shí)踐應(yīng)用?，F(xiàn)在比較知名的虛擬演播室系統(tǒng)產(chǎn)品有十?dāng)?shù)個，主要知名廠商有Orad、RT-SET、E&S、CMD、INA、NHK、Radamec和Play等，國內(nèi)也有數(shù)家廠商研發(fā)了自有品牌的虛擬演播室系統(tǒng)。

虛擬演播室技術(shù)的應(yīng)用使真實(shí)演播室可以變得非常簡單，演播室面積無需太大，只要鋪滿藍(lán)幕就行，不僅不用復(fù)雜的搭景和燈光照明，而且換景便利、快捷，可大大縮短節(jié)目制作周期。背景畫面可以是真實(shí)拍攝的場景，也可以是用計算機(jī)創(chuàng)作出的圖像。節(jié)目人員可以充分發(fā)揮藝術(shù)想象力來構(gòu)思場景而不受外景或搭景條件的限制。在奧運(yùn)會、世錦賽、世界杯等類似的大型比賽報道中，虛擬演播室系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛。

目前全世界不完全統(tǒng)計有數(shù)百家較大規(guī)模電視臺及節(jié)目制作單位建造了虛擬演播室，其中以歐洲、北美、日本等資訊發(fā)達(dá)國家/地區(qū)為主，很多新聞節(jié)目和新聞直播就出自這些演播室。在香港地區(qū)，亞洲電視臺屬于比較有影響力的一家電視臺，他們采用了以色列RT-SET公司的Larus三維虛擬演播室系統(tǒng)。亞洲電視臺的直播節(jié)目比較多，每天大約有近20小時的新聞直播制作中采用了虛擬技術(shù)。其直播節(jié)目的片頭設(shè)計、節(jié)目串聯(lián)和口播中虛擬技術(shù)的應(yīng)用很有創(chuàng)意，節(jié)目生動，表現(xiàn)力強(qiáng)，令人耳目一新。國內(nèi)有十來家省級以上電視臺采用虛擬演播室系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)目制作和現(xiàn)場直播。使用虛擬演播室系統(tǒng)進(jìn)行高端、高質(zhì)量節(jié)目包裝和制作，可廣泛應(yīng)用于新聞播報、專題制作、節(jié)目包裝、氣象預(yù)報、廣告、體育直播等節(jié)目。

引入虛擬演播室技術(shù)的必要性

在傳統(tǒng)的電視節(jié)目制作中，為有一個美觀多樣的演播室布景，制作人員必須精心設(shè)計和搭建表演區(qū)和場景，需要耗費(fèi)大量的人力、財力用在道具的購買、場景的布置和維護(hù)上，如價格昂貴又難以維護(hù)的大屏幕電視墻等，而且置成的場景無法即時更新和變換，如要改換只能重建，資源利用率低且工作周期長，即使如此，許多場景、舞臺效果仍無法實(shí)現(xiàn)。特別是對于新聞信息類直播節(jié)目，其新聞場景變化多樣，傳統(tǒng)的場景制作遠(yuǎn)不能滿足節(jié)目要求。具體到我社，現(xiàn)有的傳統(tǒng)演播室布景單調(diào)，表現(xiàn)手段單一，不能滿足用戶日益提高的審美要求。

在李從軍社長的部署下，我社電視業(yè)務(wù)作為重點(diǎn)發(fā)展方向，頻道與欄目不斷擴(kuò)展，相應(yīng)的對演播室的需求也越來越多。首先，存在欄目眾多而演播室空間有限的矛盾；其次，每個欄目都有個性化布景要求，搭建、拆卸、搬運(yùn)、儲藏實(shí)物道具和布景費(fèi)時間、占用資源，無形中提高了節(jié)目制作費(fèi)用；再者，對于一些突發(fā)性新聞的報道，或者直播，應(yīng)變性不強(qiáng)，也降低了制作的效率，無法實(shí)現(xiàn)更快更有沖擊力的報道，對于突發(fā)事件的報道及時性沒有保障，降低了視頻節(jié)目的競爭力；最后，按照總社提出的陣地前移的戰(zhàn)略思路，海內(nèi)外大的總分社、分社也有建立演播室的需求，如果全部是傳統(tǒng)演播室，從財力、物力等現(xiàn)實(shí)情況考慮，不可能設(shè)計的至善至美，那么就不能很好的適應(yīng)突發(fā)新聞、財經(jīng)、體育等不同的電視報道的制作需求，制作的節(jié)目效果難以與新華社一貫的高水準(zhǔn)相匹配。綜上，從新華社電視報道事業(yè)的發(fā)展的需要，就要求我們從在將我社視頻采編、制作、播發(fā)、存儲工作從模擬平臺升級到數(shù)字平臺后，進(jìn)一步充分利用計算機(jī)技術(shù)在視頻領(lǐng)域應(yīng)用的成果，占領(lǐng)新的技術(shù)高地。

虛擬演播室突破了傳統(tǒng)制作方式的局限性，在實(shí)踐中，使用虛擬演播室有如下優(yōu)點(diǎn)：虛擬演播室系統(tǒng)可以把在藍(lán)背景中的主持人與計算機(jī)生成的三維虛擬場景完善融合在一起，虛擬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(shí)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(shí)演播室無法實(shí)現(xiàn)的效果，其空間不受物理空間限制，在很大程度上擺脫了時間、空間和道具制作方面的限制，以低廉的成本產(chǎn)生新奇的視覺效果；虛擬演播室給了制作人員更新、更廣闊的創(chuàng)作空間，它很好的迎合了電視節(jié)目制作創(chuàng)新的需要，例如，異地主持人之間更可以進(jìn)行宛如面對面的對話，突破地域界限；另外，由于場景的制作、修改、保存等都在計算機(jī)上進(jìn)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。

采用虛擬演播室系統(tǒng)，一個演播室可以滿足多類欄目的制作需要，以應(yīng)對通訊社視頻節(jié)目綜合多樣的特點(diǎn)，無論是突發(fā)新聞類，體育類，還是財經(jīng)類等等都可以在一個演播室快速轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)分時復(fù)用，整合資源，提高視頻節(jié)目制作和播出的效率。

提高電視節(jié)目質(zhì)量、降低電視節(jié)目制作成本將成為各電視臺競爭的籌碼。虛擬演播室技術(shù)，使電視節(jié)目制作擺脫了空間、時間和道具制作方面的制約，在廣泛的想象空間進(jìn)行自由創(chuàng)作，展現(xiàn)出各種不同的節(jié)目風(fēng)格，更好的體現(xiàn)了節(jié)目的內(nèi)涵。各類電視制作單位，有迫切需求發(fā)展適合自己的虛擬演播室系統(tǒng)。

對不同虛擬演播室系統(tǒng)的選擇

我國的電視事業(yè)隨著改革開放的深入和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們文化生活日益高漲的需求而面臨突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們的欣賞品位越來越高，電視節(jié)目的制作難度也越來越大。為了滿足國際交流和廣大電視觀眾的需要，采用最新技術(shù)制作出質(zhì)量上乘的電視節(jié)目已勢在必然。

在發(fā)展過程，按照技術(shù)特點(diǎn)的差異，虛擬演播室系統(tǒng)技術(shù)形成不同的類型，在電視節(jié)目制作的實(shí)際工作中，可以根據(jù)自身的實(shí)際情況合理選擇并使用虛擬演播室系統(tǒng)。

1、對攝像機(jī)跟蹤方式的考慮

虛擬演播室的跟蹤方式有機(jī)電傳感方式、圖形識別方式以及紅外方式，以前兩種技術(shù)較為成熟。

以以色列RT—SET公司的虛擬演播室技術(shù)為例，其Larus虛擬演播室的跟蹤系統(tǒng)采用安裝在基座上的精密光電旋轉(zhuǎn)編碼器和鏡頭上的特殊編碼器實(shí)時獲取攝像機(jī)位置和鏡頭視角參數(shù)，通過快速通信單元計算和傳輸至圖形工作站上，由系統(tǒng)應(yīng)用軟件根據(jù)這些參數(shù)控制三維虛擬場景在節(jié)目拍攝期間實(shí)時地持續(xù)更新，并按照演播室攝像機(jī)的運(yùn)動的位置，總是以正確的透視角度出現(xiàn)。

這種跟蹤方式的優(yōu)點(diǎn)在于，攝像機(jī)運(yùn)動，包括搖移、俯仰、快速變焦、3D運(yùn)動和透視改變，不受限制，跟蹤數(shù)據(jù)沒有延時，也無需額外的工作站處理跟蹤信息；可實(shí)現(xiàn)360°無限藍(lán)箱，可以拍攝近景特寫鏡頭；容易被主持或嘉賓接受虛擬場景。但其缺點(diǎn)是攝像機(jī)位置必須固定，每換一個位置都要重新進(jìn)行定位調(diào)整，而且該系統(tǒng)的價格昂貴，同時由于采用精密的機(jī)械—光學(xué)傳感器，增加了系統(tǒng)維護(hù)和操作的復(fù)雜程度。

Orad公司的Cyberset虛擬演播室系統(tǒng)是一種較為先進(jìn)的系統(tǒng)，也是為數(shù)不多基于圖案識別的虛擬布景系統(tǒng)。這種系統(tǒng)需要一個畫有特殊網(wǎng)格的藍(lán)色背景幕布，利用攝像機(jī)所拍攝的畫面中網(wǎng)格各具的不同特征和透視關(guān)系進(jìn)行計算，得出有關(guān)攝像機(jī)的運(yùn)動參數(shù)，直接使用原有的演播室攝像機(jī)和裝置單元而不加裝傳感設(shè)備的環(huán)境下，將在藍(lán)幕前的主持人的實(shí)況電視圖像信號與計算機(jī)產(chǎn)生的三維場景無縫合成。

圖形識別方式的優(yōu)點(diǎn)是對攝像機(jī)不加限制，具有較高的穩(wěn)定性和精確度，系統(tǒng)所需維護(hù)工作也較少。缺點(diǎn)是要對所拍畫面進(jìn)行復(fù)雜的大量的數(shù)據(jù)計算，會造成較大的延時；由于只有當(dāng)被攝畫面包含一定數(shù)量的網(wǎng)格時才能進(jìn)行測量計算，使主持人的活動范圍受到一定的限制；為了精確跟蹤計算，必須保持用于識別背景網(wǎng)格始終清晰，這使得攝像機(jī)景深范圍受到限制，無法拍攝特寫鏡頭；由于背景采用深淺兩種藍(lán)色，對燈光布置的要求比較嚴(yán)格。另外，圖案辨識需要附加的硬件，需要額外的工作站處理坐標(biāo)信息，圖案辨識的延時高。

在實(shí)際使用的虛擬演播室系統(tǒng)中，采用機(jī)械傳感方式約占70%，而采用圖形識別方式約占30%。還有一些屬于混合使用這兩種方式，取長補(bǔ)短。

就總社面積比較大的演播室而言，以采用機(jī)電傳感式為好，雖然攝像機(jī)要加裝傳感設(shè)備，在定位、校準(zhǔn)等維護(hù)上需要更多技術(shù)人員，但是效果相對更好，適合精制各類不同題材的節(jié)目。對于面積較小的演播室或分社建立的演播室，從使用維護(hù)上考慮采用圖形識別方式的虛擬演播室系統(tǒng)更方便，可以在有限的人力資源下，專注于節(jié)目的制作。

2、 二維與三維虛擬演播室的選擇

虛擬演播室系統(tǒng)根據(jù)工作原理可分為：二維和三維虛擬演播室系統(tǒng)。在應(yīng)用中三維虛擬場景約占80%，二維虛擬場景約占20%。

三維系統(tǒng)可創(chuàng)建真三維的虛擬場景，在專業(yè)圖形加速平臺上根據(jù)攝像機(jī)的參數(shù)變化進(jìn)行實(shí)時的三維填充和渲染，因此實(shí)時渲染是三維虛擬演播室的重要特征。三維場景是建立在實(shí)時生成的圖形平臺上，場景的大小不受限制，視覺效果上更具縱深感，更加真實(shí)。

三維虛擬系統(tǒng)是我社制作前所未有的、充滿立體感和強(qiáng)烈沖擊力的精品電視節(jié)目的首選。當(dāng)然，三維虛擬系統(tǒng)造價比較昂貴，維護(hù)使用技術(shù)含量也比較高。就我社電視節(jié)目走向世界，影響全球的目標(biāo)而言，三維虛擬演播室系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電視新聞制作達(dá)到國際一流水準(zhǔn)的有力工具。

二維系統(tǒng)的虛擬背景是位圖，并隨著攝像機(jī)的運(yùn)動而變化，滿足正確的透視關(guān)系。沒有復(fù)雜的三維圖形處理，降低了對圖形工作站計算速度的要求，從而降低了系統(tǒng)成本，但是看起來真實(shí)感較差。

二維系統(tǒng)在條件一般的演播室部署比較實(shí)用，屬于入門級別，對于空間有限、預(yù)算不足的演播室實(shí)施時可以考慮。二維系統(tǒng)一樣可以在小空間攝像棚內(nèi)給電視觀眾呈獻(xiàn)出大大超過實(shí)際空間的場景。特別適合在分社這個層級的部門，充分利用現(xiàn)有資源，小舞臺唱大戲。

3、幾點(diǎn)考慮

積極發(fā)展電視新制作技術(shù)，因地制宜，積極探索，早日實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型大計。綜上，在具體的選擇中，需要從幾個角度考察，選擇滿足電視業(yè)務(wù)需要，便于使用和維護(hù)的虛擬演播室系統(tǒng)及軟件，才能真正發(fā)揮其作用。

從價格考慮：導(dǎo)致虛擬演播室價格昂貴的主要原因是，使用了高檔的圖形生成硬件。國內(nèi)一些技術(shù)實(shí)力雄厚的計算機(jī)集團(tuán)、數(shù)字視頻產(chǎn)品公司開發(fā)了虛擬布景系統(tǒng)，以鏡頭切換代替鏡頭的實(shí)時跟蹤，這就無需實(shí)時生成背景，而可以采用高質(zhì)量的繪制算法，大大降低了成本，對小型演播室應(yīng)特別有吸引力。

從技術(shù)性能考慮：首先要維護(hù)方便，每次使用前都要校正位置，一臺攝像機(jī)要數(shù)種參數(shù)，如果操作過程過于繁復(fù)，則工作量過大，技術(shù)熟練程度要求高；其次，傳感器跟蹤平滑、準(zhǔn)確，圖形渲染達(dá)到實(shí)時能力；最后，要充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、開放性和可擴(kuò)展性。

從使用定位考慮：虛擬演播室可以應(yīng)用于大多數(shù)各種類型的節(jié)目，而對于應(yīng)用于直播的虛擬演播室，出于安全播出的考慮，要求虛擬演播室系統(tǒng)更穩(wěn)定、更可靠。關(guān)鍵的虛擬演播室應(yīng)有主備機(jī)制，配備兩個獨(dú)立的虛擬通道，直播時主、備系統(tǒng)互為備份，各個訊道機(jī)位采用不同的跟蹤技術(shù)。質(zhì)量好、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品無疑有溢價，部署代價更高。非直播用途的演播室則更多從經(jīng)濟(jì)角度考慮。虛擬演播室作為體育賽事前方報道團(tuán)的總演播室更有優(yōu)勢和特色，報道中方便穿插有多檔新聞快報節(jié)目。

虛擬演播室系統(tǒng)雖然造價較高，但比起興建大型演播室或搭建一個又一個實(shí)景來，花費(fèi)可能還要小些，運(yùn)行費(fèi)用可能更小，所以有誘人的發(fā)展前景。

關(guān)于虛擬演播室技術(shù)的幾點(diǎn)暢想

虛擬演播室技術(shù)雖然出現(xiàn)的時間已經(jīng)不短了，但是作為計算機(jī)技術(shù)與電視技術(shù)融合的一個代表產(chǎn)品，其依然有著廣闊的發(fā)展天地。隨著新信息技術(shù)的涌現(xiàn)，在人類想象力的天空下，虛擬演播室技術(shù)還將不斷突破現(xiàn)有的框架，實(shí)現(xiàn)蛻變升華。

一部《阿凡達(dá)》，讓國內(nèi)影視制作人宛如發(fā)現(xiàn)了新世界，全新的3D電影視野，達(dá)到藝術(shù)與技術(shù)完美的結(jié)合。電影的制作也進(jìn)入言必稱3D的新階段。同樣，立體電視及立體電視節(jié)目的出現(xiàn)預(yù)示改變的大潮已在醞釀。立體技術(shù)將來也許是虛擬演播室系統(tǒng)的新元素。

從虛擬演播室的發(fā)展歷史來看，這項技術(shù)的直接推動力量之一就是一些著名的通訊社、電視臺，他們與信息技術(shù)公司合作，發(fā)展了視頻制作新技術(shù)，帶來節(jié)目制作的新嘗試。要成為具備全球影響力的通訊社，核心技術(shù)的儲備是要必備的，同時，也應(yīng)該成為新技術(shù)開啟者，創(chuàng)造性使用者。開展對虛擬演播室系統(tǒng)的跟蹤研究，掌握相關(guān)技術(shù)，對虛擬演播室系統(tǒng)的實(shí)用化運(yùn)行，以豐富我社電視節(jié)目制作手段，在現(xiàn)階段很有必要性。

雖然虛擬演播室內(nèi)可以制作出逼真的真三維虛擬場景，獲得非常好的視覺效果，但是對于電視新聞節(jié)目而言，保持新聞?wù)鎸?shí)性是一個原則問題。只要有相關(guān)的外景素材，制作中利用軟件實(shí)現(xiàn)各種場景的轉(zhuǎn)換，就能實(shí)現(xiàn)真實(shí)外景中拍攝的效果，在利比亞的黎波里街頭冒著炮火做戰(zhàn)地直播的記者，也許就在萬里之外的虛擬演播室里。堅守職業(yè)準(zhǔn)則，合理使用，才能讓這項技術(shù)方興未艾的技術(shù)，不斷進(jìn)步，給力新華社電視事業(yè)。