盧奇,段光宇

（1.河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003;2.新鄉(xiāng)電視臺,河南新鄉(xiāng)453000）

隨著虛擬演播室技術(shù)的推廣,其在現(xiàn)實中的應(yīng)用也越來越多,其中虛擬場景的設(shè)計成為至關(guān)重要的環(huán)節(jié),但相關(guān)的研究還處于起步階段.本文根據(jù)用戶的不同需求,從虛擬場景的制作方面分析了虛擬演播室應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,給出了在實際應(yīng)用中采用的解決方案,詳細提出了虛擬場景的制作方面的一些建議,并結(jié)合實際設(shè)計具體實現(xiàn)步驟,以期高效的制作出既美觀又符合科學透視的場景.

1 虛擬演播系統(tǒng)

虛擬演播室系統(tǒng)（Virtual Studio System）是計算機技術(shù)和色鍵技術(shù)結(jié)合的一種新的視頻節(jié)目制作系統(tǒng),是一種只有演員和道具,不需要實際場景的演播室系統(tǒng).虛擬演播室主要是通過計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成三維運動的或靜止的場景來實現(xiàn)的,與傳統(tǒng)演播室在實現(xiàn)方式上有本質(zhì)的區(qū)別,因此,設(shè)計人員在制作虛擬場景的過程中要注意：①設(shè)計場景時可以根據(jù)編導的意圖設(shè)計一些動態(tài)情節(jié),這在傳統(tǒng)的演播室設(shè)計是不可能實現(xiàn)的.例如,電梯的升降、角色動畫、動態(tài)視頻開窗等等.②場景設(shè)計中要注意人物在場景中的比例關(guān)系,避免出現(xiàn)比例失調(diào)的情況發(fā)生.③設(shè)計時要根據(jù)主持人的入場方式,行走路線而設(shè)計一些特定的三維物體以配合整個節(jié)目的要求.④設(shè)計前必須事先畫好草圖,設(shè)計好各個環(huán)節(jié),根據(jù)草圖進行三維場景的制作,這樣可以避免走彎路以減少制作時間.

2 虛擬演播室的場景制作注意事項及設(shè)計

2.1 場景設(shè)計制作注意事項

（1）圖片文件名不含空格.

（2）注意將不是循環(huán)的動畫的Timer的loop屬性修改成FALSE,同一個插值器不關(guān)聯(lián)不同的屬性（比如一個三維的插值器不要同時關(guān)聯(lián)到移動和縮放）.

（3）地板最好不要是“網(wǎng)格形式”,比如磚鋪地等.倒影是人物處在具有反光材質(zhì)上時產(chǎn)生的一種光折射,由于虛擬系統(tǒng)是對三維背景進行實時渲染,而前景如需復制渲染一個倒影的話那將會嚴重的影響機器性能.人物在場景中的倒影可以采用在籃箱地板放置具有透明且反光的材料,如有機玻璃板.主持人在其上行走只產(chǎn)生倒影,其余部分均被扣掉.這是由于當有機玻璃板放置后,從攝像機的角度進行觀察,只會看到反射的人物倒影,以及環(huán)境的藍色,而空中的燈光不會映射到畫面當中（見圖1）.

（4）當出現(xiàn)兩個帶有.png貼圖的前后位置錯誤時,調(diào)整兩個物體在場景樹中的前后順序就可以解決.

（5）注意去處貼圖邊緣的閃爍.

（6）材質(zhì)一定要賦值,不然有些物體就會發(fā)黑,客戶端看不到,這時候調(diào)整物體的發(fā)射光,可以改善效果.由于VRML不具有對材質(zhì)的反射功能,在場景制作時可以通過降低地板的透明度,同時使需反射的物體拷貝倒置一個,這樣可以達到反射的效果.

（7）場景當中某一個局部如果可以作為一個整體,就把他們打成一個組內(nèi),方便調(diào)整,比如視頻開窗和它周圍的框架.

2.2 場景設(shè)計制作

（1）根據(jù)設(shè)計草圖進行場景建設(shè)制作,一般是由主物體開始做起,通過主物體來確定其它場景物體的大小,可以保證整個場景的比例關(guān)系.建成一個具有兩層演播室的三維模型（見圖2）,這樣就為特技的實現(xiàn)提供了前提條件,設(shè)計時可以考慮根據(jù)節(jié)目需要制作一些小的動畫事件.主持人坐在虛擬的椅子上,這需要制作一個藍色的小箱子,大小與虛擬椅子高度以及主持人所坐姿勢相符,當主持人坐上去后它將被摳掉,同時注意陰影的構(gòu)造,這樣就可以逼真模擬人與虛擬場景的完美結(jié)合（見圖3）.主持人需要坐電梯上下層,而上電梯的過程又不能忽略,所以在制作時可以采用使場景整體的下降而電梯與主持人不動,從而產(chǎn)生主持人乘坐電梯的效果.需注意制作過程對物體、貼圖、材質(zhì)進行英文或拼音命名,同時養(yǎng)成對場景文件所需要素打包的良好習慣,為下步的場景轉(zhuǎn)換做好準備.在場景建成后需輸出VRML文件,使*.max的后綴名變成*.wrl.

圖1 場景中倒影處理

圖2 演播室三維模型

圖3 虛擬椅子設(shè)計

VRML是一種虛擬現(xiàn)實構(gòu)造語言,VRML可以創(chuàng)建虛擬的建筑物、城市、山脈、飛船、星球等,還可以在虛擬世界中添加聲音、動畫,使之更加真實生動,甚至還可以是具有和瀏覽者的交互性更接近于現(xiàn)實世界的虛擬空間.VRML可以通過MAX文件的功能設(shè)定輸出成具有*.wrl的文件名,以得到虛擬現(xiàn)實的構(gòu)造.當這個三維場景以VRML格式輸出時,就轉(zhuǎn)化為最后VRML文件中的各種相應(yīng)的節(jié)點,而另外的一些VRML節(jié)點在MAX場景中并不能被直接創(chuàng)建出來,需要向這個MAX場景中插入圖標來引入相應(yīng)的VRML節(jié)點,這樣的節(jié)點通常是在場景中不可見的或者是空間背景、聲音、大氣效果等對于整個空間有效的VRML節(jié)點.例如：Anchor節(jié)點,在空間場景中制定了一個單擊觸發(fā)器,瀏覽者可以通過單擊虛擬世界中和Anchor節(jié)點相聯(lián)接的空間造型,而跳轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)置好的HTML頁或另外的一個VRML虛擬世界,也可以在同一個VMRL世界中不同的空間視點之間相互進行切換;ProximitSensor節(jié)點,可以在虛擬空間中指定一個方形的區(qū)域,但瀏覽者替身進入到這個區(qū)域中就會觸發(fā)一系列預(yù)先攝制的動畫效果;Navigationinfo節(jié)點,用于瀏覽者替身在虛擬空間中進行瀏覽時各項參數(shù)的設(shè)置;Fog氣效果節(jié)點,用于虛擬世界中創(chuàng)建出霧的大氣效果,并且可以指定霧的顏色以及霧的濃度隨著空間距離的變化方式;通過Sound節(jié)點可以在虛擬空間中添加所需要的音效或者環(huán)境音樂;LOD（Level of Detail）細節(jié)控制節(jié)點,就是在不同的觀察距離上,分別指定不同復雜程度的空間形體來表示同一個空間造型,從而保證在不降低瀏覽效果的前提下,提高整個VRML空間的瀏覽速度方法;TouchSensor可以使瀏覽者在瀏覽器窗口選一個對象時就能觸發(fā)一系列的動畫,這是VRML中最常見的一種觸發(fā)方式;TimeSensor節(jié)點通過控制時間來觸發(fā)虛擬空間中的動畫效果,通過這個節(jié)點可以將一個空間造型的動畫在幾個指定的時間段中進行,或者無限的循環(huán)一個動畫效果;BackGround節(jié)點用來指定整個虛擬場景中的背景,其中包括天空、地面顏色的設(shè)置;AudioClip節(jié)點引入WAV格式或者MIDI格式的聲音文件;BillBoard編組節(jié)點,將使虛擬世界中的空間造型自動的保持正對著瀏覽者的方向;InLine節(jié)點在VRML中用于在虛擬世界中插入其他的VRML文件所創(chuàng)建的空間造型或者整個的空間場景,通過Inline節(jié)點,可以方便的將不同開發(fā)人員創(chuàng)建的不同部分集成為最后的整個虛擬空間.通過以上幾種節(jié)點效果的加入,可以使我們完成許多的特技效果,這里我們使用最多的是 Fog、Lod、TouchSensor、TimeSensor.

（2）場景建成后,開始為所需動態(tài)物體設(shè)定動畫路徑,注意不同動畫路徑設(shè)定的前后順序,以免出現(xiàn)動畫混亂現(xiàn)象.先設(shè)定整個場景的上下動畫,為了實現(xiàn)人物乘電梯過程的再現(xiàn),可以通過對整個場景進行動畫路徑的設(shè)定（不包括所搭乘的載體）,那么載體不動而背景上下運動,就會產(chǎn)生出猶如人搭乘著載體上下運動的效果,然后再設(shè)定其他事件的動畫路徑（見圖4）,這樣就會使操作者使用起來很方便.

圖4 動畫路徑設(shè)計

（3）為不同的動畫步驟分別存儲.一般動畫物體的設(shè)定都具有動畫的分解步驟,如：電梯,它可以分為電梯的降、開門、關(guān)門、電梯的升這四步動作,那么要實現(xiàn)對動畫的分別控制,就需要利用它們的分解動作分別存儲成不同的文件名,在進入系統(tǒng)前把它們分別指定給相應(yīng)的操作按鈕,這樣操作者可以根據(jù)主持人的時間快慢分別控制.

（4）場景轉(zhuǎn)換.一般MAX文件進入虛擬系統(tǒng)前都需要進行一次場景的轉(zhuǎn)換,以減少文件的大小.為了得到更小的文件（保證畫面效果的前提下）,在轉(zhuǎn)換之前還須對場景的面片數(shù)進行一次優(yōu)化,使永遠看不到的多余面片刪除、弧型物體的節(jié)點段數(shù)盡量減少、貼圖文件不要太大.經(jīng)過優(yōu)化使整個場景的面片數(shù)控制在6 000～7 000個之間.

（5）場景輸出.在MAX里將以上的幾點工作做完之后可以進入到最后的環(huán)節(jié),場景的輸出.在MAX中打開一個準備輸出VRML文件的空間場景,然后在file菜單中選取Export（輸出）命令,在出現(xiàn)的對話框里給出準備輸出的文件類型、存放路徑及文件名稱,從文件類型下拉列表中選取VRML97,在輸出參數(shù)對話框中設(shè)置各項輸出參數(shù).輸出成*.wrl文件,可以直接調(diào)入虛擬演播室系統(tǒng)中進行預(yù)覽和使用.

3 結(jié)語

雖然虛擬演播室可能終究無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)演播室,但它是一種很好的補充,它可以方便快速的在電腦中制作出三維仿真的場景,“以假亂真”,以期達到用戶不同的實際需求.

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