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1、第四节：虚拟演播室节目的制作流程,目前，虚拟演播室已经应用在各种类型的节目的录制中，其中包括新闻播报、访谈、天气预报、儿童、体育、文艺等节目。虚拟演播室与传统的实景演播室相比在制作流程上有明显的区别，基本可以分为：方案制定、虚拟场景制作、调试、节目录制四个阶段，如图34所示。在人员方面，虚拟演播室需要技术人员懂得计算机技术，视频技术并且具备一定的美术基础。场景设计师除具备熟练的三维建模能力外，还应该了解虚拟演播室系统的特点，使自己制作的场景适合虚拟演描室的使用，灯光师也要了解虚拟演播室的布光特点，为最佳的抠像合成效果创造条件，虚拟演播室的工作是一项综合性的工作。,以下分别介绍虚拟演播室制作流程
2、中的各个环节。,1.方案制定在进行节目方案制定之前，编导、技术人员和场景设计师应该进行充分地交流和沟通。一方面，技术人员应该清晰的描述虚拟演播室的功能和特点，这样可以使编导和场景设计师充分了解系统，能够更好地组织节目和场景设计，发挥创造性并更加合理地利用现有的技术。一方而，技术人员可以进一步了解导演的意图，了解节目的内容和风格，对节目的制作有更加感性的认识，还可以从技术的角度建议虚拟技术如何在节目中更好地应用。进入节目创作方案制定阶段，节目方面，编导会对节目的内容进行总体介绍，同时对节目的表现形式、整体风格的创意提出要求。细节上，编导还要确定出现在虚拟场景里有多少人，景别流程，主持人和被采访嘉
3、宾的位置变化即走位方式，进场和收场，镜头切换、特写等。这些环节确定下来后，技术和场景设计人员的工作将会更加有目的性，更加符合节目的要求。,1.方案制定,技术方面，演播室技术人员将报据编导提出的需求制定技术解决方案，这里要确定蓝箱灯光的情况、虚拟演播室系统的功能，以及摄像机数量、类型等。技术人员要与节目编导进行充分的沟通，让编导和场景设计师知道在技术上哪些构思是可以实现的，哪些是无法实现的，根据设备的制作能力，提供节目中能够使用的特技和效果，场景设计师要充分理解编导对节目的要求，同时听取创作小组的意见，最终提供几套不同风格的场景设计方案。然后经过讨论，由编导挑选出最符合节目内容的场景，并交上级领
4、导审批，如获批准，场景设计师将对确定的虚拟场景进行具体设计。,2虚拟场景制作,虚拟场景的设计是虚拟演播室创作的重要一个环节，场景设计的质量直接关系到节目的最终效果。在这个阶段场景设计师将对确定的场景进行具体的设计和细化工作。这个过程不同于通常的三维建模设计，场景设计师要充分领会编导的意图，同时了解虚拟演播室系统的应用特点，在这两者的基础上进行场景的创作。场景的设计风格可以是写实或者写意，其中心目的是服务于节目的内容，烘托节目气氛，提升节目的可视性。,场景设计师在场景制作的时候还需要考虑以下一些问题:,(1)摄像机机位每个镜头的使用，不同镜头的运用对场景有不同的要求；(2)采用什么样的贴图精度；
5、(3)场景模型中采用三角片的数量，受限于当前计算机的图形运算处理能力，目前的虚拟系统要保证最流畅地运转，场景的制作容量最好能控制在10万个三角片以内；(4)主持人位置的变化与景别的变化关联；(5)有哪几个不同的拍摄景区；(6)主持人和背景主次关系和构图，场景层次，色彩关系；(7)虚拟灯光和演播室灯光的关系；(8)前景实物搭配关系，甚至要考虑主持人衣服颜色等；(9)在场景层次上要考虑实际演播室的透视关系，解决好前景、中景(主持人)的透视关系，在全虚拟风格的虚拟背景设计中尤其重要；(10)画面的协调性也很重要，虚拟背景是为主持人和嘉宾服务的，所以尽量不要喧宾夺主。,3.演播室调试,虚拟场景设计初步
6、完成后，要将场景文件转交给演播室制作人员，通过文件格式转换输入到图形工作站中。在虚拟演播室工作流程中，先导入虚拟场景，打开棚里灯光，在计算机内调整虚拟摄像机；锁定演播事所有的摄像机的空间位置，然后同时进行摄像机白平衡调整，摄像机的传感器将跟踪信息传递给图形工作站来进行场景渲染，通过色键器抠像合成，最后反馈给监视器，由切换导演来切换镜头完成录制。在演播室制作人员调整时，灯光师、摄像师和主持人都在协调工作，同时完成布光、主持人预走位、锁定焦点和景深等各项必要的工序。,与传统演播室相比，主持人或演员所处的现场已不再是五颜六色的舞台，取而代之的是一个全部涂成蓝色的箱体。这就要求演员有一定的悟性和较高的
7、表现能力和空间想象力，想象着自己周围的场景环境，才能更好地融入虚拟的环境中。为了主持人或演员的正确走位，技术人员会将一路合成好的视频信号传送到演播厅里的监视器，供演员参考，另外，可以使用虚拟演播室中的位置提示系统进行提示(部分虚拟演播室系统具备此功能)，对于摄像师而言，拍摄的对象主体只剩下了主持人或演员，机位的运动效果体现在图形工作站中的虚拟场景中。摄像师和编导分别通过摄像机的寻像器和演播室中的监视器共同观看节目的合成效果，他们与虚拟演播室系统的操作人员共同控制整个节目的录制。,4演播室录制,当所有的准备工作做完，就可以进入实际拍摄阶段了。对于一般电视的节目，从节目包装和成本核算的角度，往往同
8、一个场景要使用一段时间后才会考虑更换新的场景，如果节目播出后反映良好，也有可能延续场景的使用时间。所以，并不是每一次录像都需要烦琐的前期准备过程，通常是在第一次录像的时候需要额外的准备时间，如果下一次的录像没有什么变化，就可以省略掉场景安装调试和演员走台的时间。在节目场景不需要修改的情况下，虚拟场景从调出到开始录像，仅仅需要不超过5 min的时间，大大的缩短了不同节目间更换场景的时间，这对干传统的实景录像来说，效率之高是不可思议的，如图36所示。,第五节：虚拟技术的发展前景,虚拟演播室技术派生出更多的虚拟技术分支，概括为高清虚拟演播室系统、三维图文系统、虚拟主持人、虚拟体育及虚拟广告等。在目前
9、虚拟演播室所采用的各项核心技术中，虚拟演播室开发人员最为期待的是图形渲染引擎性能的显著提升，因为它是以上提及的各种新产品的硬件基础，直接影响到了三维场景的渲染速度和渲染质量。虽然目前图形芯片性能升级的速度已经相当惊人，甚至超过的CPU的升级速度，但仍然赶不上场景设计师创意时的想象力。我们有理由相信以摩尔定律的速度迅猛发展的图形渲染引擎一定会为我们展现出照片质量级效果的电视节目。未来的电视制作技术中，虚拟技术不会只限于虚拟演播室技术。在此技术基础上发展而来的虚拟主持人，应用广泛的三维虚拟图文系统，应用在各种比赛的虚拟体育、虚拟广告系统必将极大的丰富电视节目的可视性。,以下简要介绍一下未来的虚拟技
10、术在视频领域的发展方向。,一、高清虚拟演播室二、三维图文系统三、虚拟主持人四、虚拟体育和虚拟广告,一、高清虚拟演播室,高清格式是演播室录制的发展方向，高清晰度电视节目将为观众提供画面更加细腻，色彩更为丰富的视觉效果。虚拟演播室从标清转变为高清是势在必行的趋势，因为高清视频的分辨率是1920*1080，这就要求虚拟演播室处理的数据量和计算量更高了。采用三维和二维的图形图像制作软件设计的场景的优势就是效果十分的精细，那么对于高清节目的应用，虚拟场景相对于实景的优势就更为明显了。1.布光及蓝箱2.场景设计3.跟踪4.图形渲染5.色键抠像,1.布光及蓝箱,高清摄像机取景宽高比为16:9,而传统摄像机取
11、景为4:3，因此，高清演播室的布光设计要考虑到取景比传统演播室宽度上多近1/3，传统演播室布光的缺点在1920 x 1080的画面里会暴露无遗。高清的行扫描是1080线，画面质量高清晰化。在标清画面中不在同一个层面的物体，即看不到或看不清的物体在高清中都被强调出来，而且焦点看起来都很实。这就要求通过调整光的比例来反映出物体的各个层面。在高清中层面的反映比在标清的情况下增多了，该就需要通过增大柔光灯的比例来解决。,在同一个画面中，灯光的亮度不变，高清摄像机的光圈需要开大半档，画面才清晰，即在同样的画面条件下，高清摄像机比标清摄像机要求的亮度要高，高清如要与标清用同样的光圈，达到同样的清晰度，就要
12、增加灯光的亮度，高清摄像机的光灵敏度更高了，对于灯光的要求更高的，需要灯光更为均匀，因此要求对蓝箱及主持人，道具的布光更加均匀。因高清的清晰度是鉴于标清与胶片之间，为了有效地发挥高清的作用，灯光在布光技术的运用上要求很高，只有用光讲究，拍出的画面的质量才能更接近胶片，在虚拟演播室中灯光强调布光均匀，粗糙的布光反映在高清的画面上看起来会显得不干净，高清在用光上更加追求细腻、柔和、均匀、层次分明，即要有立体感，光比又不能过大。,2.场景设计,渲染的面积从720X 576升级到1920 X 1080，高清虚拟演播室系统渲染的信息量是标清系统的5倍。在场景渲染方面，在模型结构上是没有变化的，因为采用的
13、是矢量的三维结构，渲染输出幅面的增大与模型结构无关。但是对于纹理贴图的分辨率要求就更高的，要实现高清质量的图像输出，需要提高场景的贴图质量，否则，在输出图像中会出现马赛克的情况。设计的三维模型在虚拟演播室系统中是实时渲染的，由于高清格式渲染信息量的成倍提升，在场景设计时需要尽量优化模型的复杂度，可以从灯光、多边形、纹理等元素上进行精简。,3.跟踪,对于支撑高清虚拟演描室的关键技术方面，摄像机跟踪系统的精度还需要提高，这里包括镜头的推拉以及云台俯仰，平摇的跟踪精度，由于每一帧画面精度的提高，要求摄像机跟踪系统的精度也相应提高，这样能够发出精确反映摄像机变焦、俯仰、平摇、移动等运动的信息，从而控制
14、图形生成系统中三维场景的运动，在机械跟踪方式中，通常是通过提高码盘的精度来实现的。,4.图形渲染,图形生成系统的渲染能力还需要进一步提升，因为需要渲染的视频分辨率增加了5倍，处理、传输的数据量也显著增加了。作为三维场景实时渲染核心的三维图形加速卡普遍支持对顶点处理单元和片段处理单元的编程，这样可以最大限度的发挥它的潜能。高清图像与标清图像的渲染过程相比较，顶点的几何变换的处理应该没有太大的区别，但是在光栅化和片段处理单元会有明显的不同，因为在这两个环节需要处理更高分辨率的纹理贴图更多的像素级处理，数据量显著增加了，不过很多新的技术的出现，让我们看到了高清虚拟演播室系统的希望，如PIC-E总线接
15、口的应用、SLI技术、多GPU、双核CPU技术等，这些技术成为图形渲染不断突破极限的坚实基础。,5.色键抠像,目前支持高清格式的色键器已经研制生产出来了，作为制定色键器行业标准的Ultimatte公司推出了一款高带宽、多格式、实时处理的Ultimatte HD高清色键器，它完全支持1080p，1080i和720P格式，能够处理接入的前景、背景、键等高清信号，进行高质量的抠像合成处理。目前，国内的虚拟演播室开发厂家不开发色键器，但他们虚拟演播室产品能够支持各种类型的色键器。相信不久的将来高清虚拟演播室也将逐步进入电视节目制作领域。,二、三维图文系统,三维图文系统是将是从虚拟演播室技术和字幕技术发
16、展而来的全新的图文技术。它同样采用实时渲染技术，突破了字幕卡的约束，完全采用高端显卡的实时谊染能力，能够产生绚丽的字效和动画效果。对于传感技术是可选的，也就是说如果选用了摄像机传感跟踪系统，屏幕上的三维图文就会跟随摄像机的运动而相应运动。如果不与摄像机传感跟踪系统连接，屏幕上的三维图文将在设定好的位置显示。三维图文系统将是未来电视台节目包装的主要工具。这主要取决于它高质量的三维图文渲染效果、高效方便的模板式制作方式以及灵活的系统配置方式。目前一些厂商已经开始利用高端虚拟演播室系统研发中积累的图形实时渲染技术、传感跟踪技术、字幕技术来开发三维图文系统，如以色列的ORAD公司已经成功地将图文节目包
17、装系统与实时渲染手台DVG(也可作为虚拟演播室渲染)有机地结合地一起，三维图文系统在电视台的应用将是将来虚拟技术应用的一个广阔的领域。,可以设想，如果我们为三维图义系统配置安装了传感器的摄像机，该系统就能够应用到各类现场演出中，比如在音乐演出的现场加入虚拟的元素、巨大的电视墙、绚丽的焰火、飞舞的彩带等，它们可以根据摄像机的运动而运动，完全如同现场的一个物体，而又不会对现场造成任何影响。三维图文系统还可以为各种类型行业的数据库提供接口，如股市的信息、财经信息、赛场比分、赛事数据统计、气象数据、短信参与、投标选举等，并通过系统预先设计的模板以直观的图文方式显示出来。可见，全新的三维图文系统不仅丰富
18、了节目制作人员的创作手段，同时还通过多样的图文表现形式增强了电视观众阅读电视节目的能力。,三维图文系统具备应以下主要特点：,1.模板风格采用模板的方式，使用者可以设计各种风格的模板，应用于新闻直播，体育，气象等时效性很强的节目中，可与虚拟演播室系统配合应用于整个频道的节目包装。主要通过文字，数据等内容的实时更新就能够实现连续不间断的节目播出，即使在节目即将播出的最后时刻，记者也能够通过客户端修改或增加新闻条目，配合定制好的模板风格及时播出，采用模板的方式，节目的整体风格能够得到保持，而且节目的制作效率可得到显著提升。2.实时渲染三维图文系统提供一个统一渲染的平台，是整个系统图形解决方案的核心，
19、各种应用的渲染都在这个平台上实现。同时渲染平台提供开放的控制接口，允许通过用户的应用软件调用渲染平台提供的命令和语言完成对三维图形、二维图像、动画、文字、音频等元素的控制。该系统能够支持高清和标清格式的输出，三维图文系统渲染平台的节目输出不仅可以应用于电视台而且可以应用到后期节目制作、网络视频广播、图形动态显示等领域。,3.网络化工作三维图文系统采用网络化工作方式。图形制作工作站、渲染工作站、主控服务器，编辑客户机采用网络连接的方式，分布在图形设计工作室、控制室、编辑室等部门。整套系统协同工作，同时提供多种接口，可以接受来自INTERNET或其他系统的信息，如金融，体育，气象等。4.基于数据库
20、以中、大型数据库为基础，集中管理图形、图像资源，新闻内容等。能够同时接受来自多个用户端的访问。用户只需输入一个关键的数字或标识。系统就能够在数据库中搜索到所有与之相关的信息，并在设计好的模板中显示出来。如在比赛中，输入某队员的球衣号码，那么诸如他的得分情况，以及球队等各项技术统计均可快速从数据库中提取并在模板中显示出来。5.传感跟踪的选择可以灵活地选择是否使用摄像机跟踪系统，如果在系统中接入了摄像机跟踪系统，那么节目中的图文会根据摄像机的运动而相应运动，图形元素完全如同拍摄画面中的一部份。在不接入跟踪系统的情祝下，图形元素就作为模板或字幕等功能使用。,三、虚拟主持人,虚拟主持人的优势十分突出，
21、但是虚拟主持人要获得成功需要更加合理的应用，同时制作出来的效果要获得电视观众的认可。采用虚拟主持人就是因为能够实现节目主持人所无法实现的效果，比如他的长相可以设计的十分完美，非常讨观众喜欢，或者能随着解说节目的内容完成很多高难度的表演，或者能够不间断的工作不会表现出任何的疲惫和负面的情绪。虚拟主持人的表演相对象说比较刻板，现场的创造性比较少，台词以及动作都是事先准备好的。目前，国内采用的第一个电视节目主持人是央视电影频道光影周刊栏目中亮相的架着眼镜、身着西装的小龙。,在虚拟主持人的制作中，通常是采用三维建模软件制作出一个虚拟主持人的三维模型，然后通过运动捕捉系统所获取的表演者的肢体关键点的运动
22、数据来驱动那个事先完成的虚拟主持人模型的运动。可见，当我们看到电视上出现的虚拟人物的时候，在他的背后有大量的工作需要准备，而且虚拟主持人的声音处理也需要配音人员事先录制好，然后后期将声音对虚拟主持人的口型进行匹配处理。从目前看，虚拟主持人的制作在资金和人力的投入还是十分可观的，它的普及还需要电视制作人员的不断探索和研究。在应用方面，新闻节目或天气播报是比较适合于虚拟主持人发挥的节目类型，在造型方面，虚拟主持人可以设计成一个人物的形象、一个卡通的角色、也可以是一个动物的形象或者是一个完全想象的产物。这主要根据节目创意的要求。,四、虚拟体育和虚拟广告,虚拟体育，虚拟广告可以看做同一个技术在两个方面
23、的应用。虚拟体育和虚拟广告系统的应用将更加丰富观众收看的电视的画面。虚拟体育是一种应用在体育比赛中的系统，例如用于足球、冰球、篮球、网球和赛车等，也可以应用于任何其他室内或者室外的体育比赛或娱乐活动中。虚拟广告的应用是在一些场所插入广告或图标，譬如篮球场的木地板上、游泳池的水面上或是网球场的粘土上。这种情况中，插入的图标会与背景的颜色和材质相融合在一起。图标和其他图形也可以被安插在其他一些空旷的位置上，如在观众的上方，甚至在远距离拍摄时放置在观众群上面。图标可以是平面的，也可以是三维立体的。,虚拟广告可以被放置在大型虚拟屏幕上，虚拟大屏幕放置在赛场的周围，显示摄像机画面、数据统计和任何其他外来
24、视频信号。很明显，虚拟大屏只能供坐在家里看电视的观众欣赏，而在现场观看的人就看不到了。使用虚拟广告系统的一个好处是，它可以把广告板放置在一些平时不能用来放置广告的位置，从而提升在同一个比赛中的广告板的数量。甚至在播出前一分钟都可以很容易地更换广告内容。对于同一个信号，可以使用不止一套虚拟广告系统来放置不同的广告。不同的广告或信息可以针对不同国家和地区的不同层次的受众群。在国际体育转播中，通过这种有趣的方式可以提高广告收入。,虚拟体育将表示比赛信息的不同图形放置在比赛现场，用来对比赛进行说明，更好地帮助电视观众欣赏比赛。比如，在橄榄球比赛中标记一条“首次进攻线”:或者在足球比赛中罚任意球时，以罚
25、球的位置为中心，画一个半径为9 m的圆，以标记任意球的区域，如图7.38所示。在田径比赛中，不同的线和标记可以展示很重要的信息，如个人记录或世界记录。虚拟体育系统还能制造出一个虚拟赛跑运动员，以世界记录一样的速度与真实的运动员一起比赛。还可以用一个圈标记出一个特定运动员，这个圈会一直在运动场上跟随他们，虚拟体育的目的是为了电视观众更好地阅读比赛，,一套虚拟体育，虚拟广告系统需要解决以下一些技术问题:（1）体育转播需要大量摄像机拍摄。系统需要解决频繁在多台视角不同的摄像机之间切换的问题。(2)摄像机之间的切换应该是实时响应，系统能正确显示每台摄像机的画面信息。(3)在转播过程中，插入的信息应该能够跟得上摄像机快速的推、拉、摇、移动作。(4)广告牌和其他各种图形信息会经常被运动员遮住，这种情况下，虚拟广告的图形不应该遮档住运动员。（5）有时候运动员的服装和背景的颜色相同。假如一个图标被插放在绿草的表面，一个穿着绿色外套的运动员在上面行走。图标是不应该遮住运动员或他的外套的。(6)这套系统应该适应任何天气情况、灯光条件和体育场地的条件。,
