全媒体制播技术：虚拟演播室的分类与构成

虚拟演播室技术是计算机技术、虚拟现实技术、电视摄像技术、电视抠像技术结合在一起形成的，计算机技术和虚拟现实技术产生二维或三维虚拟场景，电视摄像技术产生真实画面，电视抠像技术将真实画面融入虚拟场景中，使电视画面具有特别的艺术效果。

1.虚拟演播室的分类

虚拟演播室系统从功能上划分，可以分为二维虚拟演播室系统和三维虚拟演播室系统。二维虚拟演播室系统普遍具备遮挡功能，通常也被称为“二维半虚拟演播室系统”。

二维系统通常以一张或一组平面图像为背景，根据摄像机推、拉、摇、移的参数变化对整幅图像进行缩放或平移处理，以提供相应的背景，如图8-2所示。例如，当摄像机推近前景图像时，在相应运动参数的控制下，图像处理器会产生一个放大的图像，与前景配合。合成之后，前景看上去就好像确实处于图像处理器产生的虚拟背景之中。由于此系统是二维系统，所以摄像机不需移动。

图8-2　二维系统示意图

需要注意的是，二维系统的背景一般是事先做好的平面图像，这是二维虚拟演播室系统的重要特征，也是区别于三维虚拟演播室系统的本质特点。

三维系统是基于OPEN-GL或D3D图形渲染平台之上，采用高质量的专业3D图形加速处理卡，配以相应的场景处理技术来保证系统能够流畅地运行复杂的三维场景。三维系统的特点是构建真正三维的虚拟场景，三维系统调用的场景是用传统的3D建模工具（如3D MAX、MAYA、SOFTIMAGE等）建立的标准虚拟场景模型文件（*.3DS），在专业图形工作站上根据摄像机推、拉、摇、移参数的变化进行实时的三维填充和渲染，因此场景模型和实时渲染是三维虚拟演播室的重要特征。

三维虚拟场景中的景物具有真正三维属性，随着摄像机的推、拉、摇、移，可以看到景物的侧面和背面，而且在三维场景的物体之间是有景深效果的，随着摄像机的推、拉、摇、移，物体间的空间位置关系也有相应的变化，如同真正实景搭建的效果一样。在后面章节介绍的关键技术以三维虚拟演播室为主。

2.虚拟演播室的构成

虚拟现实技术与电视演播室抠像技术结合产生了虚拟演播室技术。在演播室构造一个蓝箱作为色键蓝背景，提供演员活动空间。同时采用同步跟踪技术，用真实摄像机的运动参数复制产生计算机三维空间的摄像机模型，使虚拟摄像机精确跟踪真实前景图像的变化，调整虚拟空间与演员画面的位置和比例，在演员与计算机生成的三维空间合成时，整个合成图像犹如同一台摄像机拍摄的完整画面。虚拟演播室效果如图8-3所示，左下角为蓝箱内拍摄的前景。

图8-3　虚拟演播室效果

虚拟演播室蓝箱如图8-4所示。(www.xing528.com)

图8-4　虚拟演播室蓝箱

在实际进行蓝箱设计时，首先要考虑蓝箱的空间布局问题。目前各电视台的演播室多是一室多用，即同一个演播室由多个节目共用，也就有多个场景。这就要求在设计蓝箱时要充分考虑到其他场景的位置和灯光需求，不能使节目在录制时出现质量下降或穿帮现象。倘若演播室一室一用，专为虚拟演播室所用，就不存在这个问题。所以，建议最好是选用面积适合的小演播室作为虚拟系统专用。其次要根据虚拟系统的机位来设计蓝箱的形状并计算其大小。也就是说，蓝箱的大小一定要能够满足摄像机的推拉摇移的范围要求，既不能过小而限制镜头的活动，又不能盲目加大蓝箱面积而导致造价的大幅度提高。最后要根据使用虚拟演播室制作节目的性质来规划蓝箱的大小。新闻及小型访谈类的节目在录制时镜头一般较为简单，大多是以正面近景辅以少量侧面全景，且镜头固定，无须推拉摇移，主持人的位置也固定不动，这样对蓝箱的要求也就不高，只要顾及侧面全景不穿帮即可，蓝箱可以做得较小。如果是录制文艺性节目，主持人不但会来回走动，且镜头的推拉摇移较多、变化较大。这就要求蓝箱要相对较大，给出足够的镜头活动空间。

蓝箱装修包括两个成90度夹角的立面和一个地台。立面与地台的夹角应大于90度，以减少反射到主持人身上的蓝光；立面与地台间最好采取弧形过渡，这将更容易均匀布光，而且墙壁间也不会互相反射。圆滑的角落可以帮助减少灯光的明暗差异。地板应该足够大，以避免主持人的面光形成的强阴影打上立面，有时这会为制作带来一些麻烦。

虚拟演播室系统框图如图8-5所示。它由真实摄像机、摄像机同步跟踪系统、计算机图形生成器、视频延时器和色键器等构成。外部视频输入图形工作站用于虚拟场景的预置设计和生成，如场景的整体设计和建模渲染等。

图8-5　虚拟演播室系统框图

虚拟演播室每生成一帧图像，就要处理相当多的数据，在实拍时还要求处理速度达到实时的电视速率，即每秒钟有25帧图像，这么大的数据运算量对整体系统的性能提出了很高的要求。

目前，虚拟演播室系统在结构上基本可以分为两种类型，即独立通道化系统结构和共用式系统结构，如图8-6所示。

图8-6　虚拟演播室系统结构

这两种结构设计方式不同，系统所具备的功能、操作方式以及成本都有比较明显的区别，各电视台可以根据具体使用情况选择适合自己的结构来组建系统。当用户的演播室只采用一个机位时，也就没有以上两种结构的区别了。当用户需要在两个机位的合成信号间运用切换和叠化等特技时，系统结构的设计就会变得复杂一些，需要配置更多的设备，这时就需要考虑采用独立通道化的结构了。当用户不需要特技切换或直播时，可以采用共用式的结构。