高乙超 重慶廣播電視集團(tuán)（總臺(tái)）

隨著時(shí)代進(jìn)步和科技發(fā)展，虛擬演播室、虛擬技術(shù)等現(xiàn)代科技不斷被應(yīng)用在電視節(jié)目當(dāng)中，通過(guò)各種虛擬技術(shù)研發(fā)和利用，不僅可以降低演播室內(nèi)景觀搭建的造價(jià)和人力物力的投入，還可以豐富觀看者的視覺(jué)感受，將一些不可能在現(xiàn)實(shí)生活中呈現(xiàn)出來(lái)的場(chǎng)景虛擬出來(lái)，同時(shí)不斷地促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

一、虛擬演播室系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理技術(shù)分析

（一）運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)

常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)分為機(jī)械傳感跟蹤，紅外跟蹤和網(wǎng)格定位跟蹤方式。

將跟蹤器設(shè)置在攝像機(jī)內(nèi)，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)準(zhǔn)確的定位拍攝畫(huà)面和各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，這種跟蹤方式屬于機(jī)械傳感跟蹤系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)節(jié)目的錄制，相關(guān)制作人員需要將錄制要求和數(shù)據(jù)信息提前設(shè)定好，之后再由攝影師按照要求調(diào)節(jié)攝像機(jī)的變焦環(huán)、聚焦環(huán)、機(jī)頭的高度和角度等，同時(shí)安裝運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)編碼器，這樣相關(guān)制作人員便可以及時(shí)準(zhǔn)確的了解到各種信息數(shù)據(jù)，并做出合理的判斷和制作，從而實(shí)現(xiàn)前景、背景、人物等相互協(xié)調(diào)配合的要求。機(jī)械傳感跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟，在節(jié)目錄制過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛，尤其是對(duì)一些不轉(zhuǎn)換攝像機(jī)位置的演播室，如新聞聯(lián)播、節(jié)目解說(shuō)、訪談節(jié)目等。但是隨著目前電視節(jié)目錄制的內(nèi)容越來(lái)越豐富，這種固定攝像機(jī)的拍攝方式存在著較大的局限性，已經(jīng)不能滿足部分節(jié)目錄制的需求，所以這種拍攝需要制作人員根據(jù)節(jié)目類型來(lái)進(jìn)行合理的選擇。

圖像識(shí)別跟蹤技術(shù)同樣也是目前應(yīng)用范圍較為廣泛的一種運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)，其作用原理是由控制端控制攝像軌道，對(duì)其輸入相應(yīng)的傳輸信號(hào)和拍攝要求，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息和跟蹤技術(shù)進(jìn)行拍攝，然后實(shí)時(shí)向視頻切換臺(tái)或制作系統(tǒng)傳送拍攝畫(huà)面。這種跟蹤系統(tǒng)與機(jī)械傳感跟蹤系統(tǒng)相比，需要更高的控制技術(shù)、傳輸技術(shù)，同時(shí)對(duì)于藍(lán)箱的要求也非常的高，需要將各種信息數(shù)據(jù)直接作用在藍(lán)箱的背景上，為了保證呈現(xiàn)的效果，必須嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)利用龐大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算出每個(gè)畫(huà)面在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的參數(shù)，將其傳送到控制臺(tái)或者制作系統(tǒng)上，就可以準(zhǔn)確地確定攝像機(jī)應(yīng)該拍攝的具體位置和角度，使攝影師對(duì)攝像軌道、角度、方位做出正確的判斷，從而獲取到準(zhǔn)確的拍攝畫(huà)面[1]。

本臺(tái)根據(jù)實(shí)際使用情況，對(duì)比幾種定位方式的優(yōu)缺點(diǎn)。最終采用了兩臺(tái)固定機(jī)位加一臺(tái)通過(guò)機(jī)械傳感定位的機(jī)器人搖臂的方案。這樣避免了主持人在節(jié)目錄制中運(yùn)動(dòng)范圍受限的缺點(diǎn)。

（二）色鍵技術(shù)

虛擬演播室中的場(chǎng)景不僅有虛擬的背景、前景、各種擺放物品，還需要將人完美的融合在其中，并且還需要保證畫(huà)面的真實(shí)性和利用各種技術(shù)完善虛擬物體之間的復(fù)雜關(guān)系，從而使虛擬演播室中各種虛擬物體之間可以形成自然的重合，這就需要色鍵技術(shù)對(duì)其進(jìn)行專業(yè)的處理。從虛擬演播室系統(tǒng)剛剛投入使用時(shí)色鍵技術(shù)就已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，可以使觀看者自主掌握視頻畫(huà)面明暗度和清晰度，目前虛擬演播室系統(tǒng)中所應(yīng)用的色鍵技術(shù)是一種被稱之為Z軸深度鍵的技術(shù)。作用原理主要是利用層次級(jí)深度鍵技術(shù)和像素級(jí)深度鍵技術(shù)，將虛擬畫(huà)面中的物體歸類到有限的深度層中和將虛擬影像中每一個(gè)畫(huà)面像素都給予相應(yīng)的Z軸深度值。這項(xiàng)技術(shù)必須保證畫(huà)面中人物位置不能一直變換，才能使畫(huà)面中虛擬物體、真實(shí)物體和人物在相互影響和遮擋的情況下，呈現(xiàn)出形象具體的畫(huà)面。

在色鍵器的選擇上，我臺(tái)使用了Ulitmatte500色鍵器。

①摳像調(diào)整：選擇Menu->Matte功能摳像功能下最關(guān)鍵的是“MatteDensity”（調(diào)整摳像的黑白鍵的密度）、“BlackGloss”（調(diào)整摳像黑白鍵的對(duì)比度，讓鍵信號(hào)的黑白對(duì)比強(qiáng)烈）、“CleanUpLevel”（可以用來(lái)清除摳像中網(wǎng)格線、和調(diào)整摳像細(xì)節(jié)，如：發(fā)絲、煙霧、半透明物體）、“CleanUpthreshold”（進(jìn)一步調(diào)節(jié)摳像細(xì)節(jié)，效果不如CleanUpLevel明顯），“glare”（調(diào)節(jié)人物陰影在地面的摳像細(xì)節(jié)）。摳像過(guò)程建議：選擇“fileclear”清除摳像參數(shù)，恢復(fù)參數(shù)默認(rèn)值。調(diào)整“cleanuplevel”，清除網(wǎng)格線在“VIEW功能區(qū)”選擇“matte”讓電視墻色鍵監(jiān)看輸出顯示黑白摳像狀態(tài)調(diào)整“mattedensity”設(shè)置基本摳像狀態(tài)，使得不透明的物體顯示黑色，被摳掉的區(qū)域顯示白色，也就是讓黑白顯示基本分明。對(duì)于摳像后由于物體反射演播室藍(lán)光等原因?qū)е卤静辉摫粨竿傅奈矬w稍微有些半透的時(shí)候，通過(guò)調(diào)節(jié)“blackgloss”，可以使黑白鍵信號(hào)對(duì)比更強(qiáng)烈，使得不該被摳透的物體不被摳透。②對(duì)于摳像后，物體顏色變色的處理當(dāng)虛擬演播室中如果主持人穿有粉色、紫色等色系的衣物，那么通常在經(jīng)過(guò)摳像處理后，服裝顏色有很大變化，粉紅、紫色會(huì)偏紅色，遇到這樣的情況需要還原圖像中被摳掉的藍(lán)色成分。如何處理：“Menu功能區(qū)”中選擇“FG”—“flare”—“gate2”，調(diào)節(jié)“gate2”的值到100%即可解決。③對(duì)于來(lái)自攝像機(jī)的前景圖像信號(hào)中人物、物體右側(cè)的黑邊處理如何處理：“Menu”菜單中選擇“matte”—“mattesize”—“positionhorizontal”，調(diào)整“positionhorizontal”的值，并在監(jiān)視器上監(jiān)看調(diào)整的效果。④如何自動(dòng)摳像“Menu功能區(qū)”中選擇“matte”—“screencolor”—“autoscreenselect”來(lái)完成自動(dòng)摳像。自動(dòng)摳像后應(yīng)該做細(xì)微調(diào)整。⑤如何手動(dòng)對(duì)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣摳像：“Menu功能區(qū)”中選擇“matte”—“screencolor”—點(diǎn)選“cursorenable”（使cursorenable狀態(tài)為綠色，觸發(fā)光標(biāo)許可），調(diào)節(jié)“cursorposition”和“cursorposition”選擇監(jiān)視器中摳像采樣區(qū)域，并選擇“usescrncolor”。

（三）計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)是虛擬演播室系統(tǒng)中極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，演播室中所有虛擬場(chǎng)景都是由計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)制成的。這項(xiàng)技術(shù)可以將人們現(xiàn)實(shí)生活中不可能見(jiàn)到的場(chǎng)景呈現(xiàn)出來(lái)，并且對(duì)于一些很難實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景或道具可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)呈現(xiàn)在虛擬演播室中，不僅減輕了節(jié)目錄制的難度，從一定程度上還節(jié)省了節(jié)目錄制的成本投入。另外，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的應(yīng)用，使虛擬演播室呈現(xiàn)的畫(huà)面提升了節(jié)目錄制的效果，極大程度上推動(dòng)了電視行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)電視行業(yè)的發(fā)展也使計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4]。

我臺(tái)在虛擬場(chǎng)景制作和渲染上選擇了北京艾迪普公司的iArtist軟件。艾迪普iArtist是新一代實(shí)時(shí)三維圖形圖像引擎技術(shù)，由實(shí)時(shí)三維圖形圖像渲染、跟蹤、識(shí)別、處理引擎共同構(gòu)成。其高效的算法保證了更大的處理能力和運(yùn)算效率，可實(shí)時(shí)渲染高質(zhì)量及大量的圖形圖像，使創(chuàng)作者在使用基于該引擎技術(shù)所開(kāi)發(fā)的軟件工具時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行渲染，這種細(xì)膩而帶高質(zhì)感的渲染能力，使畫(huà)面內(nèi)每個(gè)場(chǎng)景及物件細(xì)節(jié)都如在現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)顯現(xiàn)，效果更加自然。其操作界面如圖所示。

IStudio基于IDPRE圖形圖像渲染引擎技術(shù)平臺(tái)，為演播室節(jié)目提供了一個(gè)簡(jiǎn)單且功能強(qiáng)大的播出控制系統(tǒng)。IStudio與現(xiàn)有新聞網(wǎng)聯(lián)動(dòng)，快速生成播出串聯(lián)單，并實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)圖形圖像可視化功能。它不僅講模板、文件、數(shù)據(jù)和文本所有網(wǎng)絡(luò)化的圖文要素完美結(jié)合，而且將眾多種類的設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來(lái)，大大節(jié)省了演播室人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)IStudio可完成其他設(shè)備的聯(lián)動(dòng)功能，與艾迪普其他產(chǎn)品相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維在線包裝，點(diǎn)評(píng)觸控，大屏播控等多種播出方式。

二、燈光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

燈光的設(shè)計(jì)上，充分考慮了虛擬演播室的特點(diǎn)。避免陰影和高亮區(qū)域?qū)赶裥Ч挠绊?，采用了三基色柔光平面燈。面光高度盡量低平，均勻柔和，消除亮邊綠邊對(duì)摳像效果帶來(lái)的影響。照度上不宜太高，一般可控制在 500～6001x。主持人在這種基本光照明下運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生太大的陰影。虛擬演播室燈光測(cè)光一定要消除主持人衣服輪廓上的綠色邊沿光，避免對(duì)摳像產(chǎn)生影響。同時(shí)，逆光不宜太強(qiáng)，太強(qiáng)的逆光會(huì)在地面產(chǎn)生亮斑，進(jìn)而對(duì)摳像產(chǎn)生影響。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬演播室系統(tǒng)利用了很多現(xiàn)代化技術(shù)呈現(xiàn)出多種多樣的電視節(jié)目，并且隨著時(shí)代進(jìn)步、科技發(fā)展，虛擬演播室系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)也在不斷進(jìn)行改變，使虛擬畫(huà)質(zhì)水平得到顯著提高，并且具有強(qiáng)烈的真實(shí)感和科技感。虛擬演播室的運(yùn)用還降低了電視節(jié)目的制作成本，同時(shí)也是電視行業(yè)重要的發(fā)展方向。