浅谈虚拟演播室系统的应用与研究

【摘 要】随着数字技术的发展，虚拟演播室技术的应用已逐渐普及，本文主要分析了虚拟演播室系统的技术、节目制作流程、应用范围及优势等方面。

【关键词】虚拟演播室；色键；虚拟场景

引 言

随着数字技术的迅速发展，一种新的电视节目制作技术悄然而起-虚拟演播室技术，将视频技术和计算机技术相结合，摄像机实时拍摄主持人及环境图像，计算机软件制作三维虚拟场景，通过色键技术处理，实现前景、背景相融合。

1、虚拟演播室种类

1.1二维虚拟演播室系统。二维虚拟演播室系统遵循了传统虚拟演播室的工作原理，它的宗旨是在较低的价位上建立一个简单、实用而且图像质量较高的虚拟演播室系统。这种系统的背景生成装置一般采用图像处理器硬件，对事先准备好的图像进行切换和变换，各种视频图像效果的生成都是根据相关参数进行的。

1.2三维虚拟演播室系统。与二维虚拟演播室系统不同的是，三维虚拟演播室系统是根据摄像机控制下的运动参数，运用计算机进行背景场景的模型设计，对场景模型进行实时渲染，使得画面背景更加生动。一般来说，这种系统不支持前景演员带深度等方位信息的采录，前后景只能通过常规的色键合成技术简单地叠加在一起，使得主持人像是浮在虚拟场景画面上，而不是真正的进入场景中。

1.3真三维虚拟演播室系统。真三维虚拟演播室系统比前面两种系统更加全面和真实，它不仅能够进行实时渲染生成全三维的场景画面，还能够支持前景等景深镜头等画面信息的采录与输入，通过色键合成技术等键控技术完成前景和背景的无缝连接。真三维虚拟演播室可以将画面配合虚拟阴影及反射、虚拟散焦等技术，实现主持人真正进入虚拟场景的设想，增强画面的真实性。

2、虚拟演播室技术

虚拟演播室完成前景与背景的结合，要通过三个部分。这三个部分为摄像机跟踪部分、计算机虚拟场景生成部分和视频合成部分。

2.1 摄像机跟踪。摄像机跟踪的主要任务就是及时并按照实际情况测出真实摄像机在演播室中的准确位置、运动轨迹和动作参数，将拍摄过程中的参数传递给合成背景的计算机系统，图形计算机再根据这些运动参数调整、修改、美化三维视图。常用的摄像机跟踪定位的方式主要有机械传感、图形识别和红外这三种方式。

2.2 计算机虚拟场景生成部分。虚拟演播室的场景是通过电脑计算机绘制出来的图形，通过3D MAX、MAYA等动画软件来建立模型，建构三维虚拟场景，并且加上相适应的贴图、灯光等，使得虚拟场景更加真实，增强节目的真实感。这种方式也为电视节目的制作带来了便利，节目制作人员不需要再去实地进行拍摄，大大缩减了节目制作时间，同时也加强了电视节目的舞台效果。

2.3 视频合成部分。视频合成部分可以说是虚拟演播室的最后环节，它使用抠像技术、键控技术，将摄像机拍摄的真实人物（例如主持人、受访者等）和景物通过抠像处理，与计算机虚拟场景合成一个画面。比如我们现在看到的天气预报就是通过这种方式完成的，主持人播报天气预报是站在蓝色幕布背景前，进行播报新闻。在播报新闻的同时通过计算机绘制图像场景，然后通过色键控技术完成主持人和场景的结合。

3、虚拟演播室系统构成及节目制作

3.1 虚拟演播室系统构成。虚拟演播室系统主要由摄像机、摄像机跟踪系统、计算机图形工作站和色键合成器4个部分组成。其工作过程如下：（1）一组摄像机采集前景视频信号，将其传送给信号延时器，通过信号延迟器将信号进行同步；（2）摄像机跟踪系统将摄像机移动的参数和摄像机内本的运动参数传输给图形工作站，根据数字绘制出背景图像。；（3）计算机图形工作站实时绘制出相应的背景信号；（4）色键系统合成前景与背景信号，输出信号，合成图像。

3.2 虚拟演播室节目制作。虚拟演播室的问世，给电视节目制作带来了许多便利。比如说，虚拟演播室给电视节目编创人员提供了想象空间，不用再为实际物理条件和时间、空间上的限制担忧，为编创人员拓宽了想象空间，虚拟演播室可以按照编创人员的想象、创作完成场景的设置，现在是“不怕做不到，只怕想不到”的时代。虚拟演播室除了带来了以上的优势之外，还为当今电视节目制作提供了全新的制作观念与方法。其具体的运作流程为：（1）创意人员制定出节目制作方案；（2）导演给虚拟演播室工作人员及计算机合成部分的操作者“说戏”，提供导演所需要的场景；（3）动画师或模型师在电脑中创建模型、灯光设计及贴图；（4）导演与虚拟演播室操作者合作直播或录像电视节目；（5）视频输出、录制及后期制作。

4、虚拟演播室的应用范围

虚拟演播室系统最长应用在中小规模演播室，这些演播室主要用于制作新闻访谈、体育和天气预报等栏目，这些栏目的基本特点是场景范围不大且更换频繁，演播员人数少，机位也不多，但节目制作量大，后期制作时间紧。虚拟演播室特别适合多个栏目公用一个演播室的情况。受灯光、栏目和演员表演的限制，一般不用大型演播室和人物众多的综艺栏目。虚拟演播室技术最初只是用于演播室节目的制作，随着技术的发展，出现了以虚拟演播室为基础的一些新技术，如虚拟主持、移动场景、虚拟重放系统、数字重放系统、虚拟广告系统以及与互联网结合方面的应用等。

5、虚拟演播室的优势

随着虚拟演播室产品及相关技术的不断开发、系统功能的不断完善和提高，应用范围的不断扩大，虚拟演播室的优势也逐渐地显现出来：

（1）虚拟演播室最显著的特点就是它能带给编创人员无限的创作思维空间。虚拟演播室可以使编创人员的创作思维任意驰骋，编创人员的思维活动得到充分的发挥。虚拟场景可以是真实的模式，也可以是想象中的世界，不受现实的物质条件和时空条件的限制；

（2）虚拟演播室不需要搭建实景、不占用演播室制景和拆景时间，只要利用现有的多种三维动画软件，就可以制作出各种逼真的三维场景，节约了人力、物力、财力。制作成本大幅降低，制作周期大幅缩短，极大地迎合了电视节目制作人员的心理需求；

（3）虚拟演播室可方便快捷地更换场景，制作人员不必拘泥于场景的限制，选择的余地非常大。虚拟场景能随时的修改和更换，反复使用。场景文件的交换、传送、传送也极为方便，可有效地实现虚拟场景的共享。随着网络传输技术对虚拟演播室的支持，电视节目的制作将不再受地域条件的限制。同一节目的制作可以在两地或数地同时进行；

6、总结

随着电视事业的不断发展，各种电视节目的多样性与竞争性，电视呈现的风格也不再单一，电视节目的制作难度相对以往来说也有更高的要求，虚拟演播室技术无疑给电视节目制作带来了新的理念和机会，将数字技术、计算机技术相结合，实现虚拟场景的创作，将带给电视技术一项新的变革，具有良好的发展前景。

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