虛擬演播室是近年發(fā)展起來(lái)的一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)。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)兩者天衣無(wú)縫的融合，以獲得完美的合成畫面隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖文圖像技術(shù)、傳感跟蹤技術(shù)、色鍵處理技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)的功能日趨完善，系統(tǒng)日趨穩(wěn)定，虛擬演播室系統(tǒng)已經(jīng)被越來(lái)越多地應(yīng)用于電視臺(tái)、電視制作機(jī)構(gòu)的各類欄目的制作和創(chuàng)作中。

　　傳統(tǒng)演播室的工作流程中，場(chǎng)景需要實(shí)際搭建，在實(shí)景制作、不同欄目之間的實(shí)景更換、實(shí)景修改等方面都存在著很大的局限性。同時(shí)，搭建實(shí)景拍攝無(wú)法在背景中加入很多動(dòng)感的元素，整個(gè)節(jié)目畫面比較呆板，無(wú)法給予電視觀眾視覺(jué)上的享受和視覺(jué)沖擊力。另一方面是搭建實(shí)景演播室會(huì)使得工作量增加、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、工作效率降低、不利于消防安全等。因此對(duì)于我們?nèi)鸢玻h級(jí)市）這樣的電視臺(tái)來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)演播室方案時(shí)，都會(huì)考慮盡量使用虛擬演播室來(lái)制作節(jié)目。

　　一．虛擬演播室的基本構(gòu)成

　　典型的虛擬演播室主要由跟蹤系統(tǒng)、虛擬背景生成系統(tǒng)（圖形工作站）及視頻合成系統(tǒng)（色鍵器）等部分組成。如圖所示：

　　1. 跟蹤系統(tǒng)：用于判斷攝像機(jī)、主持人及虛擬背景之間的相對(duì)位置關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)前景、背景圖像完全同步聯(lián)動(dòng)、再現(xiàn)起初的透視關(guān)系的關(guān)鍵所在。為了跟蹤攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，我們需要獲取攝像機(jī)的以下幾個(gè)參數(shù)：鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)（包括推拉、搖移、聚焦等）及攝像機(jī)空間位置參數(shù)（包括移動(dòng)、傾斜等）。

　　常用的跟蹤方法有傳感器（包括機(jī)械和光電）和圖形識(shí)別兩種：

　?。?）傳感器跟蹤方式

　　這種方式是在攝像機(jī)鏡頭上安裝傳感器和有關(guān)電子裝置，通過(guò)托架與鏡頭上的變焦環(huán)、聚焦環(huán)齒輪緊密咬合,當(dāng)變焦環(huán)和聚焦環(huán)位置發(fā)生變化時(shí),傳感器就能檢測(cè)出其變化,并將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。攝像機(jī)的機(jī)頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)和整體空間移動(dòng)參數(shù)也通過(guò)類似方法或者紅外方式獲取。這些數(shù)據(jù)最后傳輸給圖形工作站進(jìn)行相應(yīng)處理，從而讓虛擬背景跟隨上述參數(shù)變動(dòng)作相應(yīng)的變化。

　?。?）圖形識(shí)別方式

　　圖形識(shí)別方式是通過(guò)對(duì)攝像機(jī)拍攝的圖像的形狀來(lái)識(shí)別、分析并確定攝像機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)。這種方式要求在演播室的背景幕布上用不同色度(例如深藍(lán)和淺藍(lán))繪制出特定的圖案。當(dāng)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí),它所拍攝到的背景圖案的特征也將發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)對(duì)背景圖案的識(shí)別、分析和運(yùn)算,從而可檢測(cè)出攝像機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù),包括水平轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)、變焦參數(shù)以及攝像機(jī)整體空間位置參數(shù)。

　　目前已在使用的一種圖案是網(wǎng)格圖案,即在深藍(lán)色的幕布上用淺藍(lán)色繪制出特定的格子圖。由于背景幕布整體采用的是與傳統(tǒng)演播室相同的藍(lán)色,因此仍可利用色鍵技術(shù)進(jìn)行"摳像"合成。

　　2. 虛擬背景生成系統(tǒng)

　　（1）虛擬背景制作

　　虛擬演播室的背景是疊加相應(yīng)的三維虛擬場(chǎng)景。這些場(chǎng)景一般可通過(guò)常用的3Dmax、Maya等三維創(chuàng)作來(lái)建模，最后由專用的圖形處理軟件編輯合成（包括建模、材質(zhì)分配、光調(diào)整和物體運(yùn)動(dòng)等在內(nèi)的物體模型、效果、動(dòng)畫）。

　?。?）圖形工作站

　　根據(jù)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，圖形工作站對(duì)預(yù)先制作好的虛擬場(chǎng)景信號(hào)進(jìn)行處理,實(shí)時(shí)渲染生成與前景有正確透視關(guān)系的背景圖像。

　　3. 視頻合成系統(tǒng)

　　虛擬演播室的視頻合成系統(tǒng)一般使用色鍵摳像技術(shù),即前景與背景的混合是通過(guò)色鍵混合器來(lái)完成的。為保證容易摳像,應(yīng)使藍(lán)色幕布（或綠色）處于均勻照明之下,演員的服裝及小道具的顏色也應(yīng)注意。藍(lán)色幕布應(yīng)使用純正的色鍵藍(lán)色,其空間大小應(yīng)保證演員有足夠的移動(dòng)范圍。

　　二．無(wú)軌虛擬演播室工作原理

　　所謂無(wú)軌，就是不使用傳統(tǒng)的傳感器對(duì)真實(shí)攝像機(jī)或者主持人的移動(dòng)進(jìn)行定位、跟蹤,更無(wú)需移動(dòng)真實(shí)攝像機(jī)，使用虛擬攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的推拉、搖移、搖臂、航拍等運(yùn)動(dòng)效果，以及各個(gè)機(jī)位和鏡頭之間的快速切換。

無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng)框圖

　　其工作原理就是，根據(jù)主持人與虛擬場(chǎng)景、虛擬攝像機(jī)三者之間的相對(duì)位置關(guān)系的變化,通過(guò)對(duì)3D場(chǎng)景的移動(dòng)變化進(jìn)行跟蹤定位,從而實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的推拉,搖移,搖臂乃至航拍的運(yùn)動(dòng)效果。也就是說(shuō)無(wú)軌虛擬技術(shù)是通過(guò)跟蹤、定位3D虛擬場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬攝像機(jī)的推拉搖移等效果的。

　　三．虛擬演播室的設(shè)備選型考慮

　　從上述分析得知，有軌虛擬演播室和無(wú)軌虛擬演播室各有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。前者跟蹤精度高、取景靈活，但成本較高、定位相對(duì)復(fù)雜，對(duì)操作人員使用要求高。而后者則系統(tǒng)簡(jiǎn)捷，操作簡(jiǎn)單。根據(jù)我臺(tái)節(jié)目定位及使用要求，我們主要從以下四個(gè)方面考慮虛擬演播室設(shè)備的選型：成本、操作簡(jiǎn)易性、系統(tǒng)安全性和演播室空間大小等。

　　1. 成本。相對(duì)于傳統(tǒng)的有軌虛擬演播室來(lái)說(shuō)，采用無(wú)軌虛擬演播室減少了對(duì)周邊硬件設(shè)備的資金投入、使用和依賴(如傳感器以及與其配套使用的云臺(tái)、搖臂、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌道、紅外信號(hào)發(fā)射／接收器、網(wǎng)格等)，只需增加一塊藍(lán)/綠布,基于原有演播室設(shè)備及燈光,便能輕松使用；減少了對(duì)人力資源的占用（無(wú)需攝像師全程跟蹤操作）；無(wú)需考慮由于云臺(tái)、搖臂、軌道等設(shè)備長(zhǎng)期后產(chǎn)生的累計(jì)誤差，無(wú)需進(jìn)行繁瑣而耗時(shí)的測(cè)量和校對(duì)，大大提高了工作效率。

　　2. 操作簡(jiǎn)易性。由于不需要移動(dòng)真實(shí)攝像機(jī)便可實(shí)現(xiàn)推拉搖移，在節(jié)目制作過(guò)程中不需要攝像師全程跟蹤操作真實(shí)攝像機(jī)，只需要2個(gè)操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作 (一人負(fù)責(zé)系統(tǒng)操作,一人負(fù)責(zé)字幕系統(tǒng)的操作)。考慮到我臺(tái)人員配備比較緊張，字幕系統(tǒng)的操作也由主持人自己負(fù)責(zé)。虛擬攝像機(jī)的推拉搖移乃至搖臂的操作只需使用鼠標(biāo)和鍵盤，虛擬攝像機(jī)便會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的軌道勻速運(yùn)動(dòng)。操作容易，避免繁雜漫長(zhǎng)的設(shè)置調(diào)試。MONARCH無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng) VIRTUOSO 200 PRO可支持2路視頻信號(hào)輸入，并由系統(tǒng)模擬出第3個(gè)全景攝像機(jī)位。因此，只需2臺(tái)攝像機(jī)就能達(dá)到三訊道演播室效果。在3D場(chǎng)景中能提供2個(gè)特寫機(jī)位和1個(gè)全景機(jī)位。[page]

　　3. 系統(tǒng)安全性。無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng)無(wú)需對(duì)真實(shí)攝像機(jī)進(jìn)行操作便可實(shí)現(xiàn)推拉搖移,最大限度地減少了可能因人為操作失誤而造成的播出事故；系統(tǒng)周邊硬件的使用減少了, 也降低了硬件故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。相比于傳統(tǒng)有軌虛擬演播室產(chǎn)品，MONARCH無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng)集成度高，集色鍵器，切換臺(tái)，字幕系統(tǒng)，虛擬調(diào)音臺(tái)及音頻延遲器于一身，可大大減少周邊設(shè)備連接環(huán)節(jié)，而且所有核心硬件和軟件皆是MONARCH自主品牌，保證系統(tǒng)的安全性與兼容性。

　　4. 演播室空間要求。在無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng)中，真實(shí)攝像機(jī)調(diào)整好以后是不需要移動(dòng)的，這非常適合我臺(tái)40平米的小演播室，可以在簡(jiǎn)易有限空間實(shí)現(xiàn)“小空間大效果”。最終輸出效果完全可以和大型演播室相媲美。尤其在演播室比較簡(jiǎn)陋，技術(shù)人員有限的條件下，MONARCH無(wú)軌虛擬演播室產(chǎn)品可以在不改動(dòng)現(xiàn)有演播室布局，不額外增加其他設(shè)備情況下，在現(xiàn)有燈光環(huán)境中，增加一塊摳像藍(lán)布，只需對(duì)攝像機(jī)的機(jī)位進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整即可開(kāi)始不同風(fēng)格類型節(jié)目的制作。

　　四．MONARCH虛擬演播室在我臺(tái)的應(yīng)用

　　我臺(tái)的MONARCH無(wú)軌虛擬演播室在原有的演播室里搭建。搭建過(guò)程非常簡(jiǎn)單，前后只用了不到一天時(shí)間。不同欄目制作只需對(duì)攝像機(jī)的機(jī)位進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整即可開(kāi)始制作節(jié)目。攝像機(jī)的跟蹤實(shí)現(xiàn)沒(méi)有任何約束條件，即可快速定位，進(jìn)入節(jié)目的制作。所有機(jī)位均可自行定義每個(gè)機(jī)位攝像機(jī)三維空間運(yùn)動(dòng)，可以簡(jiǎn)單方便地定義每個(gè)機(jī)位虛擬攝像機(jī)的三維動(dòng)畫，產(chǎn)生搖臂的運(yùn)動(dòng)拍攝效果。系統(tǒng)最多支持八個(gè)機(jī)位設(shè)置，分別對(duì)應(yīng)鍵盤上的數(shù)字快捷鍵，不同景別之間的推拉搖椅動(dòng)作亦對(duì)應(yīng)相應(yīng)的鍵盤快捷鍵。

　　系統(tǒng)搭建完成后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行三個(gè)部分的調(diào)試：視頻調(diào)試，音頻調(diào)試和軟硬件功能調(diào)試。視頻調(diào)試主要測(cè)試系統(tǒng)視頻的輸入，輸出信號(hào)質(zhì)量，包括視頻信號(hào)的幅度、清晰度、飽和度等。音頻調(diào)試主要測(cè)試系統(tǒng)音頻輸入，輸出接口和音話同步。軟硬件調(diào)試主要測(cè)試色鍵器，虛擬切換臺(tái)，虛擬調(diào)音臺(tái)，字幕系統(tǒng)，鏡頭特效生成系統(tǒng)，陰影鏡像生成系統(tǒng)等。

　　虛擬演播室節(jié)目最終效果除了所選的硬件設(shè)備外還取決于虛擬場(chǎng)景模板的設(shè)計(jì)水平的高低。我臺(tái)選擇MONARCH無(wú)軌虛擬演播室另一方面考量就是基于其優(yōu)秀的場(chǎng)景設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，這也是其他一些虛擬設(shè)備廠家所欠缺的。MONARCH公司有著豐富的場(chǎng)景模板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)為中央電視臺(tái)第六套《中國(guó)電影報(bào)道》、哈爾濱電視臺(tái)（民生直播）、貴州省臺(tái)第五頻道（法制新聞直播）、成都電視臺(tái)（新聞直播）、福建省臺(tái)公共頻道和綜合頻道、江西省臺(tái)七套，海南省臺(tái)少兒頻道等用戶成功完成欄目場(chǎng)景設(shè)計(jì)改版，并獲客戶的一致好評(píng)。我臺(tái)的幾檔欄目場(chǎng)景也是經(jīng)由MONARCH場(chǎng)景設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之手，場(chǎng)景效果亦獲廣泛好評(píng)（如下圖）。

　　綜上所述，我們?nèi)鸢彩袕V播電視臺(tái)在虛擬演播室的選型上，充分考慮了成本、操作、安全性和演播室現(xiàn)有條件等因素，最終選定了MONARCH無(wú)軌虛擬演播室系統(tǒng)，使用半年以來(lái)，性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，得到了主持人和導(dǎo)播人員的一致肯定。B&P