虚拟演播室的发展：全媒体制播技术成果

电视作为信息的创造、加工、传输的主要工具，近十多年来发展迅猛。由于上星频道增多，一般大、中城市观众通过有线电视网都能接收到数十套电视节目，因而仅仅依靠增加频道、增设栏目和扩大覆盖面等手段来提高收视率已远远不够。提高电视节目的质量、降低电视节目的制作成本将成为各电视台竞争的最大筹码。为电视制作提供无限想象和表现空间的虚拟演播室技术，适应这一需求，应运而生。虚拟演播室技术发展到成熟阶段得以迅速推广使用，虽然不同厂商所推出的虚拟演播室的原理是基本一致的，但在具体结构和采用的技术方面也不尽相同，国外掌握的关键专利技术较多，国内的自主研发空间较大，需突破的关键技术也较多。

1.虚拟技术的由来

回顾历史令人深思，光学媒体的电影与电子媒体的电视的相互竞争所产生的“新形式电影”怎么会成为虚拟现实思想产生的启蒙之源？持此种怀疑观点的人的理由是，光学媒体与电子媒体不仅物理属性不同，而且二者诞生的时间相差甚远，相互之间竞争既无必要又不可能，更谈不上与虚拟现实的关系。这种怀疑是可以理解的，但并不完全符合客观实际，影视发展的关系如图8-1所示。

图8-1　影视发展关系图

从1895年法国米埃尔兄弟发明无声电影到20世纪50年代，电影采用20世纪30年代Walt Disney发明的光电管特技技术为摄制特殊镜头提供了技巧，这就是最早出现的特技（special effects）。利用特技在电影银幕上可表现仙境鬼域等趣味横生的视觉效果，此时的电影像吸铁石一样，将大批电影观众牢固地吸引到电影院的座位上。

1936年11月2日在英国亚历山大宫首先开始了黑白电视广播，1954年1月美国首先开始了NTSC制彩色电视广播。在电视发展的初期，电视处处模仿和借鉴电影的技术，确实不具备与电影竞争的实力。

电视在模仿和借鉴电影技术的过程中，视频技术得到迅猛发展，电子特技诞生。1956年美国AMPEX公司研制的旋转4磁头广播用视频磁带录像机的推出，为电视提供了传播媒体。录像带出租业务的开展和普及，改变了人们欣赏电影的方式，大批电影观众从电影院回到家庭的电视机前，成为电影的真正的竞争对手。

在电影院上座率夕阳西下，呈现一派冷落景象的形势下，一向不重视电视的电影制片厂开始转向为电视拍片。正当电影界愁眉紧锁，苦于找不到出路之时，部分片段用电视特技拍摄的《星球大战》票房收入高达4亿美元的冲击波，强烈地震撼了电影界，使他们认识到，只有借助于视频技术，电影才能绝处逢生。就连最保守的《美国摄影师》杂志编者，也在1983年出版的“电子影像”专刊上声明：“把电子影像和它所有的记录和加工技术全面包括进来的时代已经到来，事实上，得赶一赶，让我们怀着入迷和激动的心情共同踏上这勇敢的征途。”

与此同时，电影充分利用电影影像质量高于电视图像质量的有利条件，发展新形式的特殊电影，试图将电视观众拉回到电影院，与电视争夺观众。怎样才能对观众构成巨大的吸引力呢？关键是要扩大观众的视野，使其具有身临其境的真实感。如宽银幕电影、环幕电影和球幕电影等新形式电影都具有影像画面视野广阔、艺术表现力强的优点，都能给观众以宽视野的深度感和环境感，但有人提出浸没深度太浅的问题，并建议寻找一种观众可以进入新形式电影之内的办法。这样，电影图像及声音给人的身临其境之感，启蒙了虚拟现实思想的产生，当时人们称其为“灵境”。

随着计算机技术的发展，人们对仿真建模、计算机辅助设计、计算机艺术、计算机视觉、智能机器人等的需求，又在客观上推动了虚拟现实技术的发展，成为虚拟现实发展的动力之一。

20世纪60年代HortonHeiling发明了多感、仿真环境的原型“Sensorama”；70年代，Myron Krueger提出了“人工现实”（Artificial Reality），描述了实际并不存在的一种概念化的环境；80年代Scott Fisher等研制了多感知、多用途的虚拟接口环境系统。在“第三届中国北京高新技术产业国际周”上展示了一个利用计算机仿真技术制作的动感电影系统，名为“魔幻飞舟”。当你坐在飞舟上开始旅行时，惊心动魄的事件接连不断。你感觉到你的身体与飞舟已经成为一体，并伴随着飞舟左右摇摆而摇晃、上下颠簸而震动，两手紧握飞舟扶手，生怕自己一不小心会堕入太空。这种动感电影集视、听、动、想于一体，融娱乐性、趣味性、知识性、刺激性于一身，给人以身临其境的感觉。

虚拟现实技术首先是一种现实，因为它可以使人通过视觉、色觉、听觉、力觉、触觉和运动等多维感官，沉浸（Immersion）在虚拟环境之中，并能根据自己的愿望实时地操纵和改变此种环境，与虚拟境界进行实时交互（Interaction），给人以一种真实的存在感。但是，这种在虚拟环境中的真实程度，并不是一种真实的物理世界，需要通过想象（Imagination）来虚构现实。所以，虚拟现实是一种感觉到的现实，并非真实的现实，故称其为虚拟现实。

正当虚拟现实走向实用之时，在广播影视的节目制作系统中存在着如下问题：因抠像技术不完备而产生的背景图像不能实时跟踪前景图像的变化，而使前景与背景之间的透视关系失配，最终使色键合成图像失去真实感；传统节目制作一个栏目要占用一个演播室空间，与日俱增的节目制作量和有限的演播室空间的矛盾越来越突出，搭建、拆卸、搬运、储藏实物道具和布景费时间、费财力、难防火、占空间，不仅提高了节目制作费用，而且降低了节目制作的效率。正当这些问题困扰着影视节目从业者之时，虚拟现实技术在20世纪80年代进入广播影视制作的大门，与影视融合成虚拟演播室概念。其独特的艺术创造力为场景师和节目制作人员提供了凭借想象力进行创作的自由，创造出因物理条件不具备或经济上难以承受的，或传统演播室不可能实现的虚拟场景，使广大电视观众收看到前所未有的、充满立体感和强烈冲击力的电视画面。由于虚拟演播室技术在节目制作方面具有诱人的魅力，因此已经显示出强大的生命力。(www.xing528.com)

2.虚拟演播室的发展

由虚拟演播室概念到可实用的虚拟演播室技术，经过了二十多年的发展，可以概括为以下几个阶段：

①20世纪70年代中期，BBC使用了一种电动的控制装置，通过电动的方式控制云台的水平摇动和上下俯仰。不足：有限的运动范围和运动速度，而且只能够用来拍摄静态的图片。这个设计被称为“场景同步”。

②最早的实时虚拟演播室系统于1991年在日本得到应用，NHK使用虚拟演播室的雏形制作一部名叫《极小空间》的科学纪录片。这部借助虚拟演播室系统制作的电视片获得了相当不错的效果。

③1993年，IMP和VAP两家公司同时研究全新的色键应用解决方案，即计算机生成的背景图像根据摄像机的运动而同步运动，并且将生成的背景图像输入到色键器中。采用了SGI公司的Onyx图形工作站，配置了Reality-2图形引擎，确保虚拟演播室的输出达到满意的效果。在摄像机跟踪方面，采用在云台的平摇和俯仰的方向上安装机械传感器的方式来测量摄像机方向上的变化。使用这种方法虽然在系统的校准上要花费一点时间，但跟踪延时很短。虽然当时计算机生成的虚拟背景看上去十分简单，但是总体的节目制作效果还是令人满意的，这样就能够保证研发工作继续开展下去。后来VAP公司加入了由EEC资助的蒙娜丽莎（Mona-Lisa）项目。在这个项目中，一些欧洲的公司和大学以及BBC开始合作，共同进行虚拟演播室项目的研发，并尝试了早期的网格识别跟踪方法。

④1994年，在阿姆斯特丹举行的国际广播电视大会（IBC）上，虚拟演播室系统第一次展现在广电业工作者的面前。当时系统的展示并不完美，主要是安装烦琐，可靠性差，价格昂贵。

⑤1995年，以色列的ORAD公司开发了一套虚拟演播室系统叫作CyberSet，它采用了改进后的基于网格识别的摄像机跟踪方式。通过使用一台专用的高端计算机以及在演播室蓝箱墙壁上绘制的浅蓝色网格，系统就能够计算出摄像机的准确位置。RT-Set公司是另外一家虚拟演播室开发厂家，研制了一套叫作Larus的虚拟演播室系统，RT-Set在复杂场景的实时渲染以及摄像机的运动跟踪方面所使用的技术，是他们在多年制作飞行模拟器的研发中积累下来的，并使之在虚拟演播室中得以应用。

⑥1996年，SGI公司引入了一款新型的图形渲染引擎——“infinite Reality”这款新的渲染引擎的性能确保了一些新技术的实现，它能够处理由更多多边形构成的虚拟场景以及首次实现了场景虚焦的特殊效果。同年，BBC公司研制了一套虚拟演播室系统，由Radamec公司负责它的销售。这个系统采用标准的视频图像作为背景，背景在进行数字视频特技处理的同时还能够随着前景摄像机运动而同步运动。ORAD公司也在这一年完善了网格识别系统，使它可以适用于不同类型的虚拟演播室系统。

⑦1997年，SGI公司的Onyx图形工作站不再是虚拟演播室中唯一采用的图形渲染设备。Accom公司带来了他们的Elset-Live-NT系统，同时Evans&Sutherland公司也完成了Mindset系统的开发，而这两个虚拟演播室系统都是基于Windows NT的系统平台。

⑧1997年虚拟演播室进入我国，当时各电视台采用的虚拟演播室完全是国外的产品，使用的产品也以二维虚拟演播室系统为主，且价格昂贵。

我国虚拟演播室技术的研发起步于20世纪末，新奥特公司、中科大洋公司、奥维迅公司、西安宏源公司等多家国内视频产品生产厂商，在虚拟演播室系统的研发上投入了大量技术力量，并逐步在关键技术上取得突破和创新，开发出了更加适合于国内电视台使用的虚拟演播室系统，其产品均采用Windows系统，大幅降低了成本，为这项先进技术的国产化做出了贡献。

现在，三维虚拟演播室已逐渐成为主流产品，技术日渐完善。同时，虚拟演播室的应用需求也日益增长，各大电视台和影视制作公司等单位纷纷搭建虚拟演播室系统，三维产品也被更多地选择，制作出了大量优质、雅俗共赏的节目。虚拟演播室技术的应用也扩展到了互联网上，目前已有了具有虚拟实况和网络重放功能的互联网节目，观众不仅可以通过互联网即时欣赏到全运动的三维比赛精彩场面，还可以在互联网上分析关键的比赛瞬间。