浅谈虚拟技术在演播室中的应用与发展.doc

浅谈虚拟技术在演播室中的应用与发展

人类已进入信息时代，而电视作为信息的创造、加工、传输的主要工具，近十年来发展迅猛，各电视台都试图占领本地区的电视传媒市场。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。提高电视节目质量、降低电视节目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。

一、从传统演播室到虚拟演播室

在传统的电视节目制作中，为有一个美观多样的演播室布景，制作人员必须精心设计和搭建表演区和场景，需要耗费大量的人力、财力用在道具的购买、场景的布置和维护上，如价格昂贵又难以维护的大屏幕电视墙等，而且置成的场景无法即时更新和变换，如要改换只能重建，资源利用率低且工作周期长，即使如此，许多场景、舞台效果仍无法实现。

色键制作技术是用摄像机拍摄均匀蓝色幕布之前的人物或道具（前景），然后通过色键设备把蓝背景抠掉，换成其它背景图像。显然，前景和背景只是简单地叠加在一起。为保证色键效果的真实性，要求拍摄前景的摄像机不能移动、变化，因为背景不能随之跟踪变换；当然也不能完成摄像机之间的切换，因为背景不能保持恰当的透视效果；如果背景是活动画面，即使保持拍摄前景的摄像机不变化，仍会产生主持人好象在背景上飘浮的感觉，缺乏真实感，可见色键制作技术是有很大局限性的。

为了产生出逼真视觉的场景效果，用计算机场景工作站生成的三维图像代替简单的二维图像作为演播室的“虚拟”背景，并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该背景，使之与拍摄的主持人图像（前景）同步变换，实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果，这就是三维图形学、人工智能、模式识别与计算机图形图像处理相结合的虚拟演播室技术

一般虚拟演播室系统的组成框图如图1所示。摄像机拍摄的主持人在带识别标志的蓝屏前表演的视频图像一路送数字图像处理部分，实时获取运动摄像的内外参数，另一路送视频延时器，以保证前景与虚拟背景在合成时严格同步；其输出送数字色键器，从带识别标志的主持人图像中去掉识别标志和蓝背景部分，并给出描述前景与虚拟背景融合比例的键信号。三维虚拟场景制作、发生工作站既能根据节目需要制作虚拟场景，又能借助三维加速卡在摄像机运动参数控制下实现变换场景；视频源1送入虚拟场景发生器，显示在虚拟场景中的虚拟大屏幕电视墙上，视频源2送入多层图像合成器，可以制作出众多的特殊效果。从以上系统结构中可以看出，虚拟演播室主要包括三个部分：摄像机运动参数的获取和实时计算、实时色键计算、三维虚拟场景实时生成和输出。

用阶段。目前的虚拟演播室系统不仅在关键技术上有了很大改善，而且还在系统类型上得到了完善，在应用领域上也有了较大扩展。

1.关键技术的进步

（1）红外线跟踪技术红外线跟踪技术是一种新颖的摄像机跟踪技术，它是利用红外线收发装置来检测表演者和摄像机在演播室中的位置，红外线的发射装置可安装于表演者和摄像机身上，而接收装置（通常需要两个）可安装于蓝色幕布的上方。采用这种技术可实现360°的拍摄扇区，使摄像机在蓝色演播室的真实场景中的运动不受任何限制。红外线装置可安装在任何种类的摄像机上，包括手持式和固定式，而且它与图形识别系统及机械传感器系统相兼容。红外线跟踪技术配合“象素级”深度键之后，表演者可处于虚拟场景中任何一个合适的位置，而且可以走到虚拟物体之前或之后，甚至可以处于虚拟物体的内部。

（2）辅助摄像机技术辅助摄像机技术是以图形识别技术为基础，可以说是图形识别系统的一种扩展。辅助摄像机是一种专用的小型摄像机，它可安装在任何一个演播室摄像机的顶部。而格子图案可以是任意颜色的，可安装于摄像师的后部、侧墙或天花板上。当演播室摄像机拍摄表演者时，辅助摄像机就会拍摄到格子图案，通过对格子图案的视频图像信号进行分析，就可得到演播室摄像机的各种运动参数。使用辅助摄像机技术后，演播室摄像机的拍摄可不受任何限制，可实现极端推进、宽角度拍摄、室外操作及非蓝演播室应用等。

（3）“象素级”深度键技术在处理演员在虚拟场景中的位置方面，原先使用的是“分层级”深度键技术，在这种情况下，物体被分别归类到数目有限的几个深度层中，因此演员在虚拟场景中的位置无法连续变化。而在目前出现的“象素级”深度键技术中，构成虚拟场景的每一个象素都有相应的Z轴深度值，因此演员在虚拟场景中的位置可以连续变化。使用这种技术后，虚拟物体、真实物体及表演者可在节目中动态地相互遮挡，从而增加了虚拟场景的真实感。

（4）“垃圾色块”技术使用虚拟演播室系统制作节目时，当摄像机无意间拍摄到非蓝区域时，会出现“穿帮”