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虚拟演播室技术在气象预报电视节目制作中的应用思路研究

时间:2022-09-15     作者:景轩光电   阅读

      虚拟演播室是由电视节目制作系统和计算机系统结合而成的一种新兴的电视节目制作系统.它是一个只有演员和道具,无需实际场景的演播室.它将计算机制作的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的演员表演的(或是现场拍摄的其它电视画面)活动图像进行数字化的实时合成,使演员的表演与虚拟背景达到同步变化,从而实现前景与背景的完美结合虚拟演播室具有传统演播室无法比拟的优越性.虚拟演播室技术早已在军事,航空,科研,气象,建筑等领域得到广泛的应用,也早已应用于影视制作领域,《泰坦尼克号》,《侏罗纪公园,Ⅸ阿甘正传》等大片的制作都借助了虚拟演播室技术.



1 虚拟演播室的优势

      随着虚拟演播室产品及相关技术的不断开发,系统功能的不断完善和提高,应用范围的不断扩大,虚拟演播室的优势也逐渐地显现出来.

(1)虚拟演播室最显着的特点就是它能带给编创人员无限的创作思维空间.虚拟演播室可以使创编人员的创作思维任意驰骋,编创人员的思维活动得到了充分的发挥.虚拟场景可以是真实的模拟,也可以是想象中的世界,不受现实的物质条件和时空条件的限制.真正是"没有做不到,只有想不到.大大满足了观众的口味.

(2)虚拟演播室的搭建结合多种三维动画软件,就可以制作出各种逼真的三维场景.节约了人力,物力,财力.制作成本大幅降低,制作周期大幅缩短,极大地迎合了电视节目制作人员的心理需求.

(3)虚拟演播室可方便快捷地更换场景,制作人员不必拘泥于场景的限制,选择的余地非常大.虚拟场景能随时的修改和更换,反复使用.场景文件的交换,传送也极为方便,可有效地实现虚拟场景的共享.随着网络传输技术对虚拟演播室的支持,电视节目的制作将不再受地域条件的限制.同一节目的制作可以在两地或数地同时进行.虚拟演播室的这些优势,使得传统演播室无法与之相媲美.虚拟演播室的出现,将影视制作人员带到了一个全新的世界.随着虚拟演播室的新技术,新功能的不断的开发和应用,虚拟演播室将展现出更多的新优势.

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2 虚拟演播室技术

虚拟演播室可分为三个部分:

摄像机跟踪部分, 计算机虚拟场景生成部分, 视频合成部分.

  2.1 摄像机跟踪部分

摄像机跟踪部分的任务就是实时地测出真实摄像机在演播室中的准确位置和动作参数.摄像机在拍摄过程中有平移 X,纵移 Y,最深 z,水平角,俯仰角,镜头变焦ZOOM,聚焦 FOCUS 等变化,这些参数传递给用于背景生成的计算机系统,图形计算机将根据这些参数不断调整三维视图.目前虚拟演播室的摄像机跟踪定位系统有以下三种方式:1. 图形识别方式, 2.机械传感方式, 3.红外线发射和接收方式.

     2.1.1 图形识别方式

这种方式是根据演播室的大小,在演播室的背景幕布上定制不同尺寸的网格,依靠摄像机拍下的视频图像,可以实时地解析出摄像机的位置,方向和变焦参数.支持任意数量和类型的普通演播室摄像机,安装操作也比较简单,由于所有的参数都来源于摄像机拍摄的网格,所以只有在摄像机拍摄的画面中同时满足网格占当前画面的 50%以上和有四个网格交叉点这两个条件时,系统才能正确识别参数.这种识别方式对演员的活动范围有一定的限制,而且使用时会产生比较大的视频延时.

     2.1.2 机械传感器识别方式

这种方式是通过安装在摄像机各部分的机械传感器来获取各种信息.机械传感识别方式的优势在于单颜色蓝背景,无需绘制背景的网格,很容易照亮蓝色背景而不用担心照亮网格;跟踪数据没有延时,在加入了某些位置测量跟踪器后,摄像机运动不受限制,演员在蓝色舞台范围内可以自由活动;摄像机摇移,俯仰及变焦信息的采集速率可以完全跟上电视图像的刷新速率,无需额外的工作站处理跟踪信息.

     2.1.3 红外线发射和接收识别方式

这种方式采用红外线信号发射和多点摄像头接收的原理,对摄像机位置进行定位.它是利用红外线收发装置来检测演员和摄像机在演播室中的位置,红外线发射装置安装在演员及摄像机身上,接收装置则安装在蓝色背景的上方.这种方式成本相对较高,安装相对复杂;对系统配置要求也较高;同时视音频延时较大.

 2.2 计算机虚拟场景生成部分

虚拟演播室的场景是计算机绘制的图形,有二维和三维之分,因而虚拟场景也有二维和三维之分,二维场景只能作为背景平面,出现在真实的人物后面,而三维场景具有 z 方向的厚度,是立体的,可以作为真实人物的前景出现,也可以作为背景出现,并且真实人物还能围绕虚拟景物运动,达到以假乱真的程度.虚拟场景的设计制作可以用开放的平台及软件,例如 3DMAX,MAYA,SoRimage3D,Alias,Front 等来建立三维虚拟场景.并控制合适的贴图,灯光,模型等参数,加上视频插入信号及虚拟灯光效果,虚拟演播室就更具真实感.

 2.3 视频合成部分

虚拟演播室系统视频合成的基本技术是"抠像"技术,摄像机拍摄的真实人物和景物通过"抠像"处理,与计算机虚拟场景合成一个画面.计算机制作的虚拟场景和每一个像素都有一个景深数值,根据带有景深数值的参数控制切换台(色度控制键)即可实现真实演员在虚拟场景中的位置的连续变化,从而实现前景与背景的实时合成.

3 典型的虚拟演播室系统分析

安徽某电视台虚拟演播室采用 SG102图形工作站,QuestechQuick 数字色键,VDI10 摄像机状态分析器,含视频延时单元的 DVP5O 视频处理器,BEL 模拟音频延时器等设备.

摄像机输出的活动(推,拉,摇,移)信号与 VDI 一 1O 状态分析器的状态信号(这里 VDI-10 相当于跟踪器的作用)送到 DVP5O 视频处理器;经延时等处理后,DVP5O 将这些信号通过网线传输到;SG102工作站,工作站利用蓝底网格辨认专用软件识别摄像机的状态,相应的调整虚拟布景的参数,使色键器中背景与键信号完美合成输出.

4 应用实例分析

虚拟演播室采用了高速的图形工作站,能够产生实时的虚拟背景和完美的合成效果.以前传统的天气预报节目以图文,抠像形式为主,形式单调,主持人不能移动,背景的更换也给人不真实的感觉,背景不能移到主持人的前面.利用虚拟演播室技术,则可克服传统气象预报节目制作中的缺陷,其关键任务就是设计一个吸引观众的虚拟背景,拓宽天气预报的制作形式.主持人参照大屏幕解说天气信息的整体效果可看出,虚实结合的合成效果较之传统的制作形式有了大大地提高.

5 虚拟演播室在实际应用中的利弊

实践证明,使用虚拟演播室技术制作电视天气预报节目具有明显优势,归纳起来,有如下几点:

(1)改变摄像机的拍摄视角而不引起图像整体失真,同时能让演员走入或走出三维场景内或虚拟物体的后面,同样场景内的虚拟物体可运动到演播者面前或周围.当摄像机拍摄到单色背景之外时,虚拟演播室能够自动产生三维遮图填充背景,以保证摄像机 360 度的摇移,俯仰而不穿帮.这一点是传统演播室里色键抠像做不到的,特别适用于天气预报的制作播出过程.

(2)利用虚拟演播室技术,外来的视频信号(如:实况天气,被采访者等)可直接进入虚拟演播室,与现场主持人结合,从而实现实时的,面对面的交互.

(3)虚拟场景的增加和删除,移位非常方便.由于天气预报的场景是虚拟的,它可以为编导提供任意的,不受限制的创作空间,大大增强了节目视觉效果,又节约了制景费用.它还可以在瞬间改变场景,因此可创作出更丰富,更吸引人的节目.

(4)虚拟演播室对节目制作人员也提出了更高的要求,它比常规演播室更加复杂,需要策划者,编导,美编,主持人及虚拟系统操作者能形成良好配合,虚拟演播室的功能要得到真正发挥并创作出高质量的特技效果,关键在干其节目制作者的技能和相关人员之间的密切配合.

(5)各级基层气象台站要进一步提高电视气象节目收视率,增加电视气象服务效益,拓宽气象服务领域,就必须在其制作质量与效果上下功夫.用虚拟演播室取代传统电视气象节目制作方式,这无疑是一种行之有效的重要途径.


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