虚拟演播室技术及其在电视节目制作中的应用

1、    虚拟演播室技术及其在电视节目制作中的应用    王金香摘 要：在介绍虚拟演播室技术的基础上，结合实例对u-set 3d全景虚拟演播室的系统构成、工作原理、技术特点及虚拟演播室在电视节目制作方面的优势进行了详细阐述。关键词：虚拟演播室 摄像机跟踪技术 虚拟场景 色键混合器引 言随着电子信息技术的发展，虚拟现实技术越来越多地渗透进我们的生活，除了三维仿真、漫游、游戏这些传统应用，虚拟现实技术已经在电视节目制作领域嶄露头脚。虚拟演播室就是虚拟现实技术和传统演播室色键抠像技术相结合，它将真实摄像机所拍摄的画面与计算机制作的虚拟场景实时、完美地结合起来，创

2、造出令人异想天开的虚拟世界。虚拟演播室的应用，使得电视节目制作摆脱了时间、空间及道具制作方面的限制，极大地提高了电视节目创作与制作能力。并且由于虚拟场景的制作、修改、保存都是在计算机中进行，省去了真实场景的搭建、拆卸、储藏等环节，降低了节目制作费用，缩短了节目制作周期，提高了演播室效率。一、虚拟演播室技术介绍一套虚拟演播室主要由摄像机跟踪系统、虚拟背景生成系统及视频合成系统构成。虚拟演播室的工作原理如图1所示。（一）摄像机跟踪系统虚拟演播室能否将现实世界与虚拟世界完美结合起来，关键问题是能否正确判断摄像机、主持人、计算机所制作布景三者之间的相对位置和关系，让计算机知道摄像机的位置和拍摄范围。因

3、此就需要有一个能够实时检测和提供摄像机运动参数的系统，这就是摄像机的跟踪系统。摄像机的动作参数包括俯仰、左右摇、z轴旋转、左右移动、上下移动、前后移动和摄像机镜头的变焦、聚焦、光圈共九个参数。跟踪系统的任务是实时测出这些参数，传送给着色系统。目前在虚拟演播室系统中应用较为广泛的跟踪技术，主要分为机械传感器跟踪、图形识别跟踪、红外跟踪三种。（二）虚拟背景生成系统虚拟演播室中的背景图像可以是来自录像机或其他节目源的活动图像，也可以是静止的图像或图片，利用最多的是虚拟场景，也就是由计算机创作的二维或三维图形。虚拟场景的制作可分为几个步骤：首先要对场景中的所有物体进行建模，也就是设计物体的外形和尺寸，

4、在建立一个模型的同时，计算机将他们分解成许多个多边形，一般是三角形，然后定义一个轮廓；在每个多边形上施加材质，可以是简单的颜色，也可以材料；再把图像或照片施加在多边形上，以产生逼真的效果。其次是将模型在虚拟场景中定位，使用虚拟灯光产生所需要的灯光效果如阴影、高光、反射和折射。最后是制作在实际拍摄过程中虚拟场景出现的事件序列和特技效果。二、虚拟演播室系统实例介绍（一）系统简介励得公司u-set 3d虚拟演播室系统是一款支持三机位同步切换、采用计算机图形跟踪系统与摄像机机电传感跟踪系统相结合、渲染系统根据场景虚拟摄像机轨迹或者采集摄像机平摇（pan）、俯仰（tilt）和变焦（zoom）的参数，实时

5、生成与前景运动一致并经色键抠像合成以及添加字幕层输出的新一代创新型虚拟演播室系统；其贴近虚拟节目制作实际的多跟踪模式机位系统构架，极大提升了虚拟演播室产品的性价比和易用性。（二）系统构成和工作原理（1）切换器：完成摄像机前景信号的切换工作，受控于图形工作站串口信号。（2）同步信号分配器：完成外来同步型号的分配，分别将同步信号分配给u-set 3d图形工作站、切换器以及预留给用户摄像机的3个同步信号输出口。（3）视频输入模块：将切换器输出摄像机前景视频信号进行广播级数字处理。（4）色键1和2：运用领先的色键抠像算法，将两路前景数据流进行实时的抠像处理并产生相应前景画面的键和填充数据信息。（5）传

6、感信息采集处理模块：采用机械光电传感跟踪方式，采集摄像机平摇、俯仰、变焦6个方位的动作信息。（6）活动视频采集模块：实时采集输入的活动视频信号，并做10bit广播级数字处理，以用于建立虚拟场景视频窗口。（7）活动机位背景渲染及前背景叠加模块：采用先进的计算机图形运动跟踪算法，根据预设的虚拟摄像机轨迹关键帧，实时渲染生成动态虚拟背景和动态键遮罩信息，并与前景键和填充数据信息进行合成处理，实现前景抠像人物与虚拟场景具备合理空间透视关系的完美结合；此外，该模块还需要控制摄像机切换模块，当虚拟背景进行不同视角背景切换的时候，同时发出控制信号给摄像机切换模块，切换至相应视角的前景摄像机。结 语虚拟演播室技术发展很快，它与数字视频技术、计算机技术以及其他相关技术的发展息息相关，随着这些技术的发展，虚拟演播室技术也在不断发展和完善。可以相信，虚拟演播室技术终将成为一种最有力的电视节目制作工具。西部论丛2018年10期西部论丛的其它文章游戏在数学学科中的