從現(xiàn)實(shí)到虛擬，從虛擬到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

羅平凡

【摘要】在電視臺(tái)工作近四十年，見證了廣播電視行業(yè)的發(fā)展與變遷，也見證了各種多媒體技術(shù)在這個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用和成敗興衰。從圖文、聲音、視頻，到數(shù)字非編、硬盤錄像、動(dòng)畫特技;從多功能演播室、虛擬演播室、AR演播室，到全媒體演播室、融媒體演播室等等，隨著數(shù)字技術(shù)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展日新月異，計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、機(jī)器人等等高度智能化產(chǎn)品層出不窮，在廣播電視制作領(lǐng)域的應(yīng)用極盡能事，發(fā)揮著不斷增大節(jié)目信息量、不斷節(jié)約制作時(shí)間和成本、不斷提亮觀眾眼球的作用。

【關(guān)鍵詞】實(shí)景;虛擬;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.003

在我?guī)资甑墓ぷ鹘?jīng)歷中，有很大的一部分是在電視臺(tái)的演播室度過的。從最早期在大禮堂改建的演播室里錄制節(jié)目，到參與設(shè)計(jì)搭建我臺(tái)第一間400平米演播室;從參與600平米數(shù)字演播室的集成，到負(fù)責(zé)1500平米劇場式演播室的對外經(jīng)營，到最近這幾年被安排在我臺(tái)最小的60平米虛擬演播室值守。經(jīng)歷這么多年的歷練，對于各類演播室的配置、功能、應(yīng)用和發(fā)展有些許認(rèn)識(shí)和感受，談?wù)剮c(diǎn)與大家分享。

1. 實(shí)景演播室

中國廣電事業(yè)的發(fā)展起步在上世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了三十多年的輝煌。在電視收視鼎盛時(shí)期，各省市都興建了自己的廣電大廈，其不凡的氣勢往往成為當(dāng)?shù)氐臏?zhǔn)地標(biāo)。其中演播室的配置更是無比齊全。從幾十平米到幾百上千平米的演播室不下十來個(gè)，造價(jià)動(dòng)輒幾百萬有的上千萬，那時(shí)真是廣電行業(yè)不差錢的時(shí)代。每個(gè)演播室都是五臟俱全的獨(dú)立制作系統(tǒng)，配有完備的基礎(chǔ)設(shè)施：燈光照明、聲場設(shè)計(jì)、視音頻收錄、導(dǎo)控中心、升降舞臺(tái)、觀眾席等，為了提升節(jié)目制作水準(zhǔn)、提高節(jié)目收視率，一切新的好的先進(jìn)的都會(huì)拿來嘗試，一樣都不能少。

電視臺(tái)里大部分的演播室都是實(shí)景演播室，演播區(qū)內(nèi)或者舞臺(tái)上布置的道具、裝飾背景等都是用真材實(shí)料搭建的。一個(gè)大中型演播室，主要承接綜藝、晚會(huì)、競技類節(jié)目的錄制，每個(gè)節(jié)目都對拍攝場景的舞美燈光有特殊的要求，所以每臺(tái)節(jié)目基本都需要專門置景。在節(jié)目錄制前就得規(guī)劃設(shè)計(jì)，一般由燈光舞美設(shè)計(jì)師出現(xiàn)場效果圖，經(jīng)編導(dǎo)認(rèn)可后由施工單位進(jìn)場施工，完成后經(jīng)調(diào)試調(diào)整達(dá)到節(jié)目拍攝所需要的最佳效果。舞美制作過程需要花費(fèi)大量的人工、材料、資金和時(shí)間，專景專用用完拆臺(tái)，拆完一堆垃圾既浪費(fèi)也很不環(huán)保。

隨著數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，多功能、多媒體演播室應(yīng)運(yùn)而生。電子大屏逐漸被應(yīng)用在各類演播室中，用電腦制作的圖形、視頻、三維動(dòng)畫通過在大屏上播放來作為節(jié)目錄制的背景而取代部分實(shí)景，大屏上色彩絢爛隨意變幻的畫面，延伸了演播室內(nèi)有限的空間，為觀眾提供了更加豐富的信息和更好的視覺體驗(yàn)。

對于欄目類的節(jié)目來說，以教育、訪談、演講等形式為主，一般選擇在中型或小型演播室內(nèi)錄制。根據(jù)節(jié)目形式與內(nèi)容的不同，各電視臺(tái)會(huì)選擇演播室分配的方式，相對固定各單位使用屬于自己的演播室。其中的道具、實(shí)景以及背景都是根據(jù)節(jié)目內(nèi)容而設(shè)置并有一定的指向性。遇到欄目改版、內(nèi)容調(diào)整就得更換實(shí)景，重新設(shè)計(jì)搭建，這也是高成本的一件事。同時(shí)對于每個(gè)演播室來說使用效率也不高。

如今全媒體、融媒體演播室順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的需求在各地電視臺(tái)中不斷出現(xiàn)，主要為新聞、信息類節(jié)目提供制作平臺(tái)。其主播區(qū)的配置基本用數(shù)字高清大屏幕完全代替了實(shí)景，占據(jù)整個(gè)演播室的背景區(qū)域，通過大屏控制器可以調(diào)度多路信號在大屏上同時(shí)顯示，信息量非常豐富令人目不暇接，充分彰顯出全媒體、融媒體的優(yōu)勢。

2. 虛擬演播室

說到虛擬演播室，首先離不開藍(lán)箱和色鍵控制器。其基本工作原理就是將主持人置身于藍(lán)箱中，通過導(dǎo)控中心的色鍵控制器將攝像機(jī)拍攝的畫面進(jìn)行摳像處理。所謂摳像，就是將前景圖像中的色度與其背景的彩色幕布的色度差作為形成鍵控電壓的依據(jù)，并用這個(gè)電壓“摳”去背景畫面，然后再將前景圖像填入背景畫面中，這樣就將主持人從藍(lán)色背景中分離出來，再用其他任意畫面作為背景填充藍(lán)色部分，形成虛擬背景與實(shí)景人物合成的畫面。由于虛擬背景可以隨時(shí)任意更換，而不影響主持人自如地主持，這大大降低了演播室的置景費(fèi)用，輕松實(shí)現(xiàn)多檔節(jié)目可以在同一個(gè)演播廳內(nèi)制作完成。

我目前所在的60平米虛擬演播室是我臺(tái)最小的一間演播室，由藍(lán)箱和導(dǎo)控室組成。十年前建造時(shí)引進(jìn)了非常先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，配置了圖形工作站、傳感跟蹤系統(tǒng)、鍵控系統(tǒng)，和二訊道視頻導(dǎo)控系統(tǒng)，涵蓋計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的融合。

這套虛擬演播室系統(tǒng)中圖形工作站是重點(diǎn)，理論上可以設(shè)計(jì)制作生成無比絢爛的三維圖像作為虛擬背景，達(dá)到實(shí)景演播室無法實(shí)現(xiàn)的效果。配合攝像機(jī)跟蹤技術(shù)，在前景中也能植入圖像，并且隨著攝像機(jī)的位移變幻位置、景深?？傊ㄟ^圖形工作站的渲染，可以引入大量虛擬環(huán)境與道具，創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目，使導(dǎo)演在很大程度上擺脫了時(shí)間、空間、和道具制作方面的限制，獲得更大的創(chuàng)作想象空間，產(chǎn)生更新奇的視覺效果。

遺憾的是這套功能奇幻價(jià)格昂貴的系統(tǒng)卻并不好用，只是在建成初期玩了幾次跟蹤摳像，之后就沒人愿意嘗試了。分析原因首先是圖形設(shè)計(jì)要求很高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還達(dá)不到令人滿意的效果。再就是節(jié)目編導(dǎo)疲于日常節(jié)目播出，沒時(shí)間沒精力細(xì)琢磨。對于每天要完成的節(jié)目，都希望簡單快捷了事，什么跟蹤、渲染能不用就不用了。時(shí)間久了軟件需要更新，維護(hù)費(fèi)用又成了障礙。所以工作站最后成了擺設(shè)，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)也完全閑置了。我?guī)啄昵敖邮謺r(shí)這個(gè)虛擬演播也就只能完成簡單的摳像功能，藍(lán)箱也百孔千瘡，經(jīng)費(fèi)有限就用一層藍(lán)色廣告紙重新糊一遍，湊合著用到現(xiàn)在。

雖然這里是配置最簡單、設(shè)施設(shè)備都很陳舊落后的一個(gè)演播室，既沒有高清更沒有5G，但它的使用率卻蠻高的。新冠疫情發(fā)生前幾乎每天都有欄目在這兒制作，比起那些配置豪華又閑著沒人用的演播室倒是實(shí)用很多。周末還常常加班，接待一批批孩子前來參觀體驗(yàn)，通過演示藍(lán)布摳像的神奇效果激發(fā)他們的好奇心?？粗采w在自己身前的藍(lán)布上出現(xiàn)奇妙的大海、五顏六色的魚群，孩子們興奮狂呼，各種想象腦洞大開，小小的演播室完全成了歡樂的科普天堂。

3. AR沉浸式全景演播室

所謂AR就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將虛擬信息與真實(shí)世界融合的技術(shù)，它運(yùn)用多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊、智能交互、傳感等多種技術(shù)手段，將計(jì)算機(jī)生成的圖像、視頻、三維模型等虛擬信息經(jīng)過模擬仿真后，應(yīng)用到真實(shí)場景中，兩種信息互為補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的“增強(qiáng)”。這項(xiàng)技術(shù)已被運(yùn)用在教育醫(yī)療、廣告購物、軍事仿真、影視娛樂等多個(gè)領(lǐng)域。近期央視的嫦娥五號登月系列直播就運(yùn)用了這項(xiàng)AR技術(shù)：主持人在演播室里自如解說，他身前就是虛擬植入的太陽、地球、嫦娥五號、上升器、軌道器等模型，形象演示嫦娥五號的運(yùn)行軌道、變軌飛行、月球著陸、采樣等等高精尖技術(shù)要領(lǐng)，直觀通俗易懂，令觀眾大開眼界。

在廣電行業(yè)科技創(chuàng)新，構(gòu)建全媒體新生態(tài)的理念推動(dòng)下，三年前我臺(tái)將原有150平米演播室升級改建為AR沉浸式全景演播室，一間虛擬與實(shí)景結(jié)合的演播室。它有最大特點(diǎn)有兩個(gè)：一個(gè)是它的沉浸感。通過多塊大屏多角度的無縫拼接，形成一個(gè)半封閉的多面體“盒子”，由具備PBR技術(shù)的服務(wù)器產(chǎn)生的渲染圖像，在整個(gè)“盒子”里展現(xiàn)。逼真的光影完美呈現(xiàn)一個(gè)接近現(xiàn)實(shí)的虛擬空間，使得一切實(shí)景和人物沉浸其中并且可以自如活動(dòng)。第二是虛擬植入技術(shù)，也是通過具備PBR技術(shù)的服務(wù)器，產(chǎn)生出接近真實(shí)的虛擬三維圖形，套現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的場景中，使主持人和道具之間的相關(guān)位置合乎情理，形成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場景。幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)說明：

3.1 LED屏三維縫合技術(shù)

AR沉浸式全景演播室是由多塊LED屏進(jìn)行三維縫合，展現(xiàn)仿真環(huán)境。三維縫合不是傳統(tǒng)的拼接，它的特點(diǎn)是無縫縫合使縫合之后“盒子感”消失，本來是三塊屏組成的帶棱角的演播區(qū)，但是展現(xiàn)出來的畫面卻是一個(gè)完整逼真的仿真環(huán)境，并擁有真實(shí)場景的透視感。

3.2 動(dòng)作捕捉與空間定位技術(shù)

AR沉浸式全景演播室配備多個(gè)高清紅外攝像頭來采集攝像機(jī)參數(shù)信息，可以保證在不同位置、有干擾物品的情況下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)多機(jī)位的切換以及攝像機(jī)動(dòng)態(tài)拍攝效果，跟蹤主持人全身運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制，從而達(dá)到人物與虛擬背景關(guān)系穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)時(shí)透視感契合一致等效果。

3.3 PBR渲染技術(shù)

AR沉浸式全景演播室的PBR渲染技術(shù)可以直接體現(xiàn)畫面效果的精細(xì)度以及真實(shí)感，PBR的定義就是“基于物理過程的渲染”，這個(gè)概念是指使用逼真的陰影、光照模型與測得的材質(zhì)參數(shù)值一起準(zhǔn)確地表示真實(shí)的材質(zhì)。在PBR框架下，每一種特效都將更貼近自然?；谠擁?xiàng)技術(shù)的服務(wù)器擔(dān)當(dāng)這項(xiàng)工作，生產(chǎn)逼真、透視、三維的圖形和動(dòng)畫圖像，使人物完全沉浸在渲染后的場景當(dāng)中，虛虛實(shí)實(shí)以假亂真，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)又有穿越的效果。

AR沉浸式全景演播室避免了摳像技術(shù)中的一些弊病，不需考慮主持人穿衣顏色以及道具顏色，并且運(yùn)動(dòng)自如，做到最自然的呈現(xiàn)。比起實(shí)景演播室，這些虛擬的超現(xiàn)實(shí)的場景更適合一些體育、科幻、購物、廣告等欄目的發(fā)揮。

4. 虛虛實(shí)實(shí)演播室

無論虛實(shí)，演播室的功能就是為各類視音頻節(jié)目的制作創(chuàng)造合適、好用的平臺(tái)。如今廣電行業(yè)日子普遍難過，守著漂亮的大樓卻再難創(chuàng)出從前的業(yè)績。隨著電視收視的斷崖式下滑，經(jīng)濟(jì)效益也呈斷崖式下滑趨勢。目前各家電視臺(tái)都有些演播室處于閑置甚至是廢棄的狀態(tài)，因?yàn)闆]有那么多的節(jié)目要做，再多功能再全的配置也形同虛設(shè)。昔日追求的大而全如今反倒成了雞肋很難處置。動(dòng)輒占地幾百平方占用幾個(gè)樓層的演播廳靜靜地窩在表面繁華的大廈里，其內(nèi)部的舞臺(tái)、燈光、音響、觀眾席以及各類管線都成為改建重建的障礙，在廣電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級中形成甩不掉負(fù)資產(chǎn)。

結(jié)論：當(dāng)務(wù)之急必須擯棄從前虛幻的追求，不再盲目建設(shè)那些不必要的演播室等基礎(chǔ)設(shè)施，切實(shí)踐行求真務(wù)實(shí)的發(fā)展理念，多在內(nèi)容產(chǎn)業(yè)上下功夫，用振聾發(fā)聵的時(shí)代強(qiáng)音召喚觀眾，用直抵人心的優(yōu)良作品感染觀眾，用真誠樸實(shí)的初心找回觀眾。只有觀眾認(rèn)可了你的節(jié)目，電視產(chǎn)業(yè)才有生存下去的空間。至于這些節(jié)目是在怎樣的演播室里制作，根據(jù)需要合適就好。