孫劍峰 姜海濱

1.2.內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

虛擬演播室系統(tǒng)介紹

孫劍峰1姜海濱2

1.2.內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

虛擬演播室做為傳統(tǒng)實(shí)景演播室的重要補(bǔ)充形式，目前已被各個(gè)電視制作機(jī)構(gòu)廣泛采用。本文介紹了虛擬演播室系統(tǒng)的三種主要形式，并以?xún)?nèi)蒙古廣播電視臺(tái)虛擬演播室為例介紹了無(wú)跟蹤虛擬演播室的具體應(yīng)用。

虛擬演播室 摳像 無(wú)跟蹤

虛擬演播室做為傳統(tǒng)實(shí)景演播室的重要補(bǔ)充形式，目前已被各個(gè)電視制作機(jī)構(gòu)廣泛采用。它的實(shí)質(zhì)是將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景與電視攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的人物活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者的融合，以獲得符合制作要求的合成畫(huà)面。

1 虛擬演播室系統(tǒng)分類(lèi)及概述

虛擬演播室發(fā)展至今，主要分為以下三種方式。

1.1 切換臺(tái)或色鍵器摳像方式

原理是把攝像機(jī)拍攝的主持人以及藍(lán)／綠箱摳像的視頻作為前景，視頻或者圖片作為背景，兩個(gè)圖層進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加。這是最簡(jiǎn)單的使用方式，穩(wěn)定，安全，成本低。局限是前景與背景完全分離，沒(méi)有任何相對(duì)關(guān)系，當(dāng)攝像機(jī)產(chǎn)生動(dòng)作時(shí)，背景畫(huà)面并不會(huì)跟隨改變。因此，使用這種方式制作的虛擬演播室，攝像機(jī)固定好拍攝景別后完全不可以移動(dòng)，各鏡頭之間只能采取直切的方式，主持人在藍(lán)／綠箱中也不可以移動(dòng)。

1.2 機(jī)械跟蹤虛擬演播室系統(tǒng)

原理是使用機(jī)械傳感器跟蹤云臺(tái)，配備能夠讀取鏡頭數(shù)據(jù)的變焦聚焦齒輪，實(shí)時(shí)采集真實(shí)攝像機(jī)的俯仰搖移變焦數(shù)據(jù)。把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)線以及串口協(xié)議傳輸給虛擬演播室渲染引擎，通過(guò)軟件對(duì)跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，使之與軟件內(nèi)的虛擬攝像機(jī)匹配動(dòng)作一致。這種方式加載了跟蹤傳感器的攝像機(jī)，通過(guò)攝像師的操作，可以把虛擬背景與人物前景比較完美的融合在一起，三維透視關(guān)系完全正確。支持多種節(jié)目形式的拍攝，支持走動(dòng)跟拍，虛實(shí)結(jié)合，虛擬植入，大比例變焦，甚至從全身推近到眼睛特寫(xiě)也不會(huì)有任何畫(huà)質(zhì)損失。拍攝方式與實(shí)景演播室別無(wú)二致，需要攝像師實(shí)時(shí)操作攝像機(jī)，拍攝效果更加真實(shí)自然。但是由于傳感器采集到的跟蹤數(shù)據(jù)需要在軟件中進(jìn)行二次調(diào)整才可以正常使用，這部分的操作需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的基礎(chǔ)知識(shí)作為支撐。在調(diào)節(jié)過(guò)程中不但需要手動(dòng)測(cè)量多項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，更需要工程師精準(zhǔn)的判斷以及耐心的嘗試。

此外，一套單機(jī)位跟蹤系統(tǒng)通常包含以下設(shè)備：一套廣播級(jí)攝像機(jī)配備全伺服鏡頭、一套機(jī)械傳感器跟蹤云臺(tái)、一臺(tái)虛擬演播室渲染引擎、一臺(tái)高清色鍵器、一套在線包裝設(shè)計(jì)軟件。如需拍攝搖臂或軌道機(jī)器人的移動(dòng)鏡頭效果，還需要采購(gòu)相應(yīng)的硬件設(shè)備。如果需要雙機(jī)位跟蹤虛擬，以上設(shè)備需要兩套才可以在保證安全的情況下順利完成拍攝任務(wù)。這些設(shè)備均價(jià)格不菲，讓很多用戶望而卻步。

1.3 無(wú)跟蹤虛擬演播室系統(tǒng)

原理是使用實(shí)景攝像機(jī)拍攝主持人及藍(lán)／綠箱視頻，攝像機(jī)完全固定且無(wú)需攝像師操作，用內(nèi)置軟件色鍵器對(duì)其摳像，把摳像后的視頻作為視頻貼圖放置在三維場(chǎng)景的虛擬平面上。軟件內(nèi)的虛擬機(jī)位可以隨意調(diào)用由實(shí)景機(jī)位拍攝到的視頻源，具有視頻貼圖的虛擬平面成為虛擬場(chǎng)景的一部分，在其中形成了真三維的虛擬環(huán)境。系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高，不需要增加傳感器，不需要計(jì)算復(fù)雜的跟蹤數(shù)據(jù)，只需要很小的空間，對(duì)環(huán)境要求低 ,調(diào)圖簡(jiǎn)單，前期準(zhǔn)備時(shí)間少?？梢酝瑫r(shí)接入多臺(tái)實(shí)景攝像機(jī)，一臺(tái)渲染主機(jī)即可完成整套節(jié)目的制作。無(wú)跟蹤系統(tǒng)還可以用軟件攝像機(jī)模擬搖臂或軌道機(jī)器人移動(dòng)拍攝的效果，極大的豐富了節(jié)目的拍攝方式。

缺點(diǎn)是由于使用軟件攝像機(jī)以及電子變焦的原理，因此無(wú)法直接用虛擬機(jī)位拍攝大比例變焦鏡頭，否則會(huì)因?yàn)橄袼夭粔蚨a(chǎn)生畫(huà)質(zhì)損失。全景和近景鏡頭是通過(guò)兩臺(tái)實(shí)景機(jī)位來(lái)分別進(jìn)行拍攝的。人物在場(chǎng)景內(nèi)的走動(dòng)范圍也會(huì)收到一定限制。

2 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)虛擬演播室

內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)在新址B11演播室采用了Brainstorm頭腦風(fēng)暴公司的Easyset3D無(wú)跟蹤虛擬演播室系統(tǒng)。

EasySet3D工作流程，如圖1所示，可以支持多路外來(lái)信號(hào)輸入，通過(guò)軟件內(nèi)部計(jì)算渲染以及外置控制器的操作，向系統(tǒng)輸出最終合成信號(hào)。

圖1 EasySet3D工作流程圖

EasySet3D配備了硬件切換臺(tái)控制器，它具有軟件切換臺(tái)的所有功能，PGM母線以及PST母線控制虛擬攝像機(jī)的實(shí)時(shí)切換，搖桿則可以單獨(dú)控制一臺(tái)虛擬攝像機(jī)鏡頭的俯仰搖移變焦以及虛擬攝像機(jī)機(jī)身的上下左右前后移動(dòng)。并對(duì)16套動(dòng)畫(huà)以及16套字幕進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)用。如圖2所示。

圖2 EasySet3D切換臺(tái)控制器

該系統(tǒng)還有以下特點(diǎn)：提供3Dmax以及Maya導(dǎo)出插件，可以方便快捷的從第三方軟件中導(dǎo)入三維模型以及虛擬物體；內(nèi)置軟件色鍵器，支持藍(lán)箱與綠箱的摳像；可導(dǎo)入三維虛擬大屏幕，并且支持多種屏幕出現(xiàn)方式的動(dòng)畫(huà)編輯；支持4臺(tái)實(shí)體攝像機(jī)輸入，虛擬演播室場(chǎng)景與完成摳像的人物視頻結(jié)合平滑無(wú)縫；內(nèi)置了18套虛擬演播室場(chǎng)景以及多種虛擬元素可供直接拖拽調(diào)用，例如桌子，椅子，地板，天空等等；支持12路虛擬攝像機(jī)圖像切換，切換方式包括飛行，淡入淡出以及疊化，可對(duì)任意一路虛擬攝像機(jī)進(jìn)行俯仰、搖移、變焦的操作；飛行模式還能模擬小搖臂以及軌道機(jī)器人的鏡頭效果；支持外部SDI信號(hào)連接到虛擬大屏幕，支持地面反光，透明貼圖，反光貼圖，用于制作金屬玻璃烤漆等高光材質(zhì)；內(nèi)置了燈光系統(tǒng)，可以編輯8盞燈光，燈光類(lèi)型包括點(diǎn)光源，平行光以及聚光燈。

目前，B11演播室承擔(dān)著內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)蒙古語(yǔ)電視節(jié)目的制作，制作的欄目包括：《綠茵場(chǎng)》、《新聞周刊》、《索龍嘎》、《娜荷芽》等近二十檔。通過(guò)實(shí)際的應(yīng)用，EasySet3D無(wú)跟蹤虛擬演播室系統(tǒng)的易用性和較好的制作效果，得到了大家的認(rèn)可。如圖3所示。

圖3 《綠茵場(chǎng)》節(jié)目虛擬場(chǎng)景

審稿人：杜中 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 正高級(jí)工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

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2096-0751（2017）06-0019-03

孫劍峰 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 高級(jí)工程師姜海濱 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 高級(jí)工程師