教学用虚拟演播室设计与实施方案-文档资料

1、教学用虚拟演播室设计与实施方案随着现代计算机图形图像处理技术、视频图像合成技术的发展，教育节目制作可以在只有教师、摄像机、灯光的“空”演播室内完成， 现场不再有五颜六色的教学背景，取而代之的是一个全部涂成蓝色的房间。 在蓝色房间里拍摄时摄像机的拍摄主体只有教师，所有教学道具、布景都由计算机制作，将计算机生成的摸不着的虚拟教学场景与摄像机拍摄的教师图像合成， 从而完成与传统教学演播室一样的任务。 我们把这样的教学演播室称为教学用虚拟演播室。 一般来说， 教学用虚拟演播室是一套由计算机系统、摄像设备、摄像机跟踪定位系统、图形工作站、色键器以及视音频切换台构成的教育节目制作系统。一、教学用虚拟演播室

2、设计的基本原则丰富、逼真、多变的虚拟教学场景不仅具有传统教学无法比拟的表现力， 而且客观上也会调动学生积极参与学习的情绪。在充分结合虚拟场景进行教学的突出特点，试图构建一套适合学校自身教学需要的虚拟演播室的同时，笔者认为应该把握好一些基本原则。1. 资源开放性。知识经济为主导的21 世纪倡导终身教育，它以创建开放型学习环境为发展宗旨。 如果我们把在虚拟演播室中录制的教学放到网络上， 可以让任何学习者在任意时间、任意地点都能以同等的机会获取教育信息。当然，整套虚拟演播室系统也可完全打破封闭的界限，使教学资源“义务”服务，实现最大限度的共享，让兄弟院校能有更多机会感受虚拟演播室教学的优越性。因此，

3、资源开放性包括：教学时间的开放、教学空间的开放、教学手段的开放、师生交流沟通的开放等。2. 系统整体性。基于教学的虚拟演播室具有明确的目的性，它是为教育教学服务的，具有教育的功能。 因而，在构建一套虚拟演播室系统时，应考虑其整体功能效果，不是简单地把各个硬件设备组合在一起，而是在充分考虑它们优良性能的前提下，为完成特定教学任务、达到预想教学效果而有机组合。3. 设备扩展性。目前，虚拟演播室教学还处在蓬勃兴起的阶段，需要长期、持续的探索和实践。 而在这个过程中， 经费有限的学校不可能大量投资于昂贵硬件设备的更换。从适应发展需求的角度来说，构建的虚拟演播室系统及采用的设计方式、关键技术、 硬件设备

4、是否方便将来升级改造或可同其他的彼此兼容使用已成为备受关注的问题。扩展性也体现在虚拟教学媒体之间的兼容问题。4. 多元适应性。未来社会是一个多元化社会，教育也不再是具有特定对象的固化形式，没有了时间、地点、年龄、身份的约束。在实施教学过程中，面对不同的教学对象、不同的教学环境、不同的课程内容、不同的技术条件可能带来这样或那样的影响， 就要求虚拟演播室要具有多元适应性， 也就是说要具有能适应并满足社会与学习者多样性需求的特征。 此外，这还表现在媒体和通道的多样性上。虽然在虚拟演播室教学中， 师生之间的交流更多的是以教师的口语进行的，但是在这一点上， 我们可以在虚拟背景上下工夫，利用幻灯、电视等媒

5、体，在虚拟大屏幕上制作动态板书、播放视频素材等，以克服交流形式单一的弊端。5. 产品优劣性。鉴于虚拟演播室对教学的积极影响， 只要经费挤得出来， 学校便不惜巨资购置必备的设备器材。但由于学校经济条件有限，对于构建动辄就需要数十万元的虚拟演播室， 在购置设备前均进行了一番合理规划，考虑再三，希望选择的设备能被充分使用，不会造成设备闲置与资金浪费。 殊不知，频繁使用往往会加快设备的老化， 一旦设备经常出现故障， 而缺乏这方面技术的教师又不能及时维修时， 自然会影响演播室的使用， 甚至会妨碍教学工作的进行。 因此，在选购设备时一定要考虑产品质量的优劣及推出该产品的公司是否有强大的售后服务做支持， 同

6、时在这一点上还要求学校电教部门的教师或是演播室的工作人员具有过硬的专业技术知识。二、教学用虚拟演播室构建的设计方案基于目前学校教育的实际情况，结合学校现有的多媒体设备，笔者提出了如下的教学用虚拟演播室构建方案。1. 设计思维。学校演播室教育类节目的制作中心， 作为学校必备的基础设施，其规模和实际应用能力已成为衡量学校教学及综合实力的一个重要标志。 那么，如何让学校提供的有限资金得到充分利用，如何使虚拟演播室系统的功能更加完善， 这是笔者在系统设计初期一直思考的问题。因此，总体把握的设计思路是：技术尽可能可靠，功能尽可能齐全， 配置尽可能合理， 造价尽可能低廉，同时在系统设计中， 充分考虑系统的

7、安全性和可靠性， 全部采用数字设备，并预留扩展空间，使其符合今后演播室的发展趋势。2. 系统设计。从长远来看， 学校先期构建一套虚拟演播室系统， 可以为以后节省大量制作布景的投资， 既方便又经济。 从实际应用角度来看，学校不像电视台， 不必做到不同的节目必须要更换不同的场景。学校里的演播室主要是制作教学节目，如教师精品课程，一般的教学课目无需复杂地变化场景， 因而可以选择生成、 更换场景方便快捷的二维或二维半虚拟演播室系统。为了提高系统稳定性， 可以采用分布式的设计理念， 将系统的整体布局架构于网络之上。 分布式设计包括两个层面， 其一为在整体上可以建立多套虚拟演播室系统， 各个系统之间借助网

8、络联通；其二为在局部上可以将多个同类设备集中组装， 如多台摄像机组合构成一个小的局域网， 每台摄像机各司其职， 分别拍摄不同的前景内容， 以节约拍摄时间。 无论是哪一种分布式设计方式，都是利用网络连成一个整体，把各个系统（或设备）完成的任务、实现的功能集合在一起，并行高效地完成节目的制作。整个网络系统还可以与校园网连通，将成品虚拟教学节目适时传送到办公室的计算机终端和多媒体教室的学生机终端。这种分布式的设计结构， 既有利于设备维护， 又能方便地实现资源有效再利用，如可以与其他系统共用延时器、切换器等。3. 演播室构成。根据实际情况， 需要有一个能满足教学节目需求的，足够大的，固定的空间作演播室

9、，其内部只需蓝色均匀的墙面和地板，顶部再悬挂上三盏照明灯具即可，其中以前景人物为中心有一盏，主要保证为主体人物布光，投射出人物的顶部轮廓；再有左右各一盏， 将人物边缘勾勒出来，使人物在灯光的投射下显得丰满而富有立体感。即使再有其他的如隔音壁等，也所费不多，便可立即构成一个可广泛应用的虚拟摄影棚。4. 设备配置。由于整套虚拟演播室系统全部采用数字设备，设计为全新的数字系统， 所以在选购设备时， 其技术指标一定要遵循国际无线电咨询委员会通过的ITU-601 标准，这是用于电视演播室等级的标准，又称为 4:2:2标准，即要求分辨率： 720×576；取样频率：亮度信号 13.5MHz，色差

10、信号6.75MHz；取样结构： 4:2:2 。 摄像机。摄像机是采集前景图像的重要设备，它的优劣直接影响整个虚拟演播室系统。 虚拟演播室专用的摄像机除了必备的组成部分以外，还要带有摄像跟踪系统。由于学校节目类型比较单一，并且对节目的时效性要求不强， 对图像的质量也要求不高， 能达到满足教学需要即可。不过，无论二维虚拟演播室、二维半虚拟演播室或三维虚拟演播室系统， 在演播室现场， 至少要有 3 台摄像机从被摄主体的正面、 正侧面和斜侧面三种不同的角度拍摄， 以使教学效果更佳。 切换台。在虚拟演播室中， 前景图像信号经视频线传输， 与背景图像经过色键合成， 进行必要切换和特技处理后， 再输入到录像

11、机或非线编系统录制。因此，切换台是节目制作的必备设备，它的适当使用的确可以增添节目的艺术效果。 但是对于学校这个特殊教育群体来说，在实际应用中，过度使用镜头切换和特技效果，虽然可以增强画面的视觉动态效果， 但与此同时势必会转移学生的注意力，使学生被动态的画面所吸引， 而不去关注画面要表达何种教学内容。再有，由于学科性质的限制，个别学科的部分教学内容带有先天的特殊性，如物理学科的实验教学，因实验条件、实验环境、仪器精度等客观原因，难以达到理想的教学效果，我们希望能够用可以提供一定感性认识的可视化的虚拟实验教学节目给学生展示一个真实过程。 因此，这类表现实验事实的节目很少会有大的镜头切换和调度，

12、相反，在学生高度关注细致的实验过程时， 频繁使用镜头切换和调度， 反而会影响学生的学习积极性。因而不必购置大型切换台造成功能及资金浪费， 只要切换台所提供的功能是足以满足教学节目制作需求的、 具有较高的使用效益即可。 色键器。在虚拟演播室中， 无论制作哪种类型的节目， 都要用到色键器，它完成抠蓝功能，将前景人物与背景图形、图像、动画等进行合成。一般来说， 色键器的选型对学校教学基本没有具体显著的影响。 计算机。在整个虚拟演播室系统中， 笔者认为最好配备两台以上的计算机，其中一台作为虚拟演播室的控制中心主机， 它是“虚拟”节目制作的“导演台”，用于维持整个网络环境的工作状态；另一台或多台计算机作为图形计算机，需要安装一些诸如3Dmax、Photoshop 等制图软件，负责背景素材的生成以及通过交换机与外网的连接。在系统配置上，一般选择主频较高的CPU处理器，若条件允许可采用双CPU系统，以支持高性能计算；内存空间、硬盘容量要足够大，保证可以存储大量的背景素材、成品