虛擬演播室技術一、虛擬演播室概述二、虛擬演播室系統構成三、虛擬演播室關鍵技術四、虛擬演播室運行流程五、虛擬演播室使用注意一、虛擬擬演播室室概述虛擬演播播室系統統（TheVirtualStudioSystem，簡稱VSS）是傳統演演播室色色鍵摳像像技術與與計算機機虛擬現現實相結結合的一一種新的的電視節節目制作作系統，，主要由由計算機機硬件、、軟件、、現場攝攝像機、、攝像機機跟蹤器器、圖形形圖像發發生器、、色鍵器器以及視視/音頻切換換臺等組組成。1、虛擬演播播室傳統色鍵鍵摳像過過程：演演員位于于藍色背背景前，，攝像機機拍下前前景信號號(演員)并饋入色色鍵器，，然后與與從錄像像機或者者計算機機輸出的的視頻信信號(背景)進行混合合。特點點：當攝攝像機位位置移動動或鏡頭頭推拉使使前景變變化時，，背景不不能隨之之變化，，前景和和背景互互不關聯聯，因此此前景人人物好象象飄浮在在背景上上，合成成畫面生生硬。2、與傳統色色鍵摳像像區別虛擬演播播室技術術：背景景畫面的的變化與與前景的的變化同同步，甚甚至前景景人物能能穿插于于背景物物體之中中，兩者者緊密聯聯系形成成有機的的融合，，即背景景圖像隨隨攝像機機鏡頭的的運動而而隨之相相應變化化。因此此系統中中需圖形形計算機機與攝像像機的追追蹤系統統相連，，以實時時得到攝攝像機的的瞬時位位置信息息。有無無攝像機機追蹤系系統和圖圖形計算算機，是是傳統摳摳像和虛虛擬演播播室的主主要區別別。虛擬演播播室技術術的關鍵鍵：用攝攝像機的的位置和和鏡頭等等變化來來控制計計算機中中的“虛虛擬攝像像機”，，使它的的位置和和鏡頭變變化與““實際””同步，，這樣它它所拍攝攝的"虛擬場景景"的鏡頭變變化和實實際攝像像機拍攝攝的主持持人的鏡鏡頭變化化一致，，將他們們進行色色鍵效果果處理之之后，得得到的畫畫面才真真實自然然。3、虛擬演播播室功能能制景費用用低廉、、更換布布景方便便。虛擬擬演播室室技術的的應用使使真實演演播室可可以變得得非常簡簡單，演演播室面面積無需需太大，，只要鋪鋪滿蘭幕幕就行，，省去了了復雜的的搭景和和燈光照照明，而而且換景景便利、、快捷，，可大大大縮短節節目制作作周期。。3、虛擬演播播室功能能便于發揮揮主創人人員的創創意。虛虛擬演播播室的背背景畫面面可以是是真實拍拍攝的場場景，也也可以是是用計算算機創作作出的圖圖像。節節目人員員可以充充分發揮揮藝術想想象力來來構思場場景而不不受外景景或搭景景條件的的限制，，在有限限的空間間里實現現無限的的創意。。實現其他技術術難以完完成的特特技。例例如物體體可以不不顧重力力原理而而懸浮在在空間、、一個物物體可以以從另一一物體中中往上升升、視頻頻圖像可可以在任任一平面面上顯示示出來、、場景可可由動態態物質構構成、分分子大小小的物體體能立即即變成巨巨大的物物體、以以數據為為基礎的的所有信信息可作作為一層層視頻信信號實時時地進入入演播室室等。應用舉例例英國EPO公司制作作二戰中中被毀的的一座大大型教堂堂的建筑筑結構的的錄像。。教堂尚尚未重建建，但用用超級計計算機制制作出教教堂的立立體畫面面，用一一臺虛擬擬的攝像像機從各各個角度度做推拉拉、旋轉轉等動作作拍攝。。30分鐘畫面面用了6～8周時間，，一座宏宏偉的教教堂便“出現”了。應用舉例例虛擬采訪訪。利用用從外地地傳來的的被采訪訪者在藍藍色幕布布前的信信號，先先經過一一次摳像像再進入入虛擬演演播系統統。通過過插入的的視頻可可將被采采訪者與與演播室室中的播播音員實實時結合合在一個個虛擬背背景中，，兩個人人物可以以面對面面的交談談和表演演，對觀觀眾來講講就好象象真的把把被采訪訪者請到到了演播播室中一一樣。虛擬人物物表演。。在真人人身上各各重要關關節處裝裝傳感器器，傳感感器的各各組數據據傳到工工作站中中用于控控制已制制成的虛虛擬動畫畫人物的的關節活活動，使使它完全全實時地地模仿表表演者的的動作。。虛擬動畫畫人物與與真人同同時出現現在同一一個虛擬擬背景中中，并相相互配合合，互換換位置和和交談。。這在已已往的演演播室制制作過程程中是無無法想象象的，也也會給節節目帶來來新奇感感和神秘秘感，從從而最大大程度地地娛樂觀觀眾。二、虛擬擬演播室室系統構構成虛擬演播播室與傳傳統演播播室大不不相同，，它是以以計算機機三維動動畫“虛虛擬”出出的場景景取代道道具實景景為主要要特征。。攝像機機所拍攝攝的現場場已不是是一般意意義上的的主持人人或演員員活動的的地方，，而是虛虛擬畫面面應用空空間的組組成部分分，它的的實際意意義僅僅僅是其空空間場地地尺寸的的大小。。１、藍場場實景現現場現場所有有布景全全部由單單一的藍藍色所取取代，以以作為將將來摳像像的基準準色。圖圖像的前前景是不不同機位位的攝像像機拍攝攝到的主主持人的的畫面素素材。主主持人所所在的實實景現場場的全部部藍色區區域將被被合成到到計算機機三維動動畫生成成的虛擬擬場景中中。與傳統的的人工搭搭建的舞舞臺或演演播場地地相比，，虛擬三三維場景景應用于于演播室室可以說說是演播播室技術術的一次次革命。。不僅制制作成本本大大降降低，制制作周期期縮短，，虛擬場場景的可可隨意更更改的特特性，極極大地滿滿足了導導演的創創作需要要。虛擬演播播室用的的實景現現場雖然然簡化成成了單一一的藍色色，但決決不是任任何東西西都不需需要了。。如果節節目中要要表現主主持人從從樓梯上上走下來來，那么么現場也也必須設設置一些些涂成藍藍色的幾幾何塊狀狀物體作作為“樓樓梯”,以便與電電腦中生生成的樓樓梯相配配合。２、攝像像機及跟跟蹤系統統虛擬演播播室專用用攝像機機數量通通常為二二到三個個。專用用攝像機機區別于于傳統攝攝像機，，除了鏡鏡頭和云云臺以外外，均配配有運動動檢測和和識別系系統，即即攝像機機跟蹤器器。虛擬演播播室能否否正確判判斷攝像像機、主主持人及及虛擬背背景之間間的相對對位置關關系，是實現前前、背景景圖像完完全同步步聯動、、再現起起初的透透視關系系的關鍵鍵。攝像機跟跟蹤系統統就是用用來檢測測和提供供攝像機機運動參參數和演演員位置置參數的的系統。。攝像機的的運動參參數包括括鏡頭運運動參數數(變焦、聚聚焦、光光圈)、機頭運運動參數數(搖移、俯俯仰)以及空間間位置參參數(地面位置置X、Y和高度Z)等。這些些參數的的獲取對對虛擬演演播室系系統來說說是至關關重要的的，它會直接接影響到到合成圖圖像的效效果。在在二維虛虛擬演播播室中，一般只需需要跟蹤蹤攝像機機的鏡頭頭運動參參數(變焦、聚聚焦)和鏡頭運運動參數數(搖移、俯俯仰)，而在三維維虛擬演演播室中中，還需跟蹤蹤攝像機機的空間間位置參參數(X、Y、Z)。目前常用用的攝像像機跟蹤蹤系統主主要有機機械傳感感器和圖圖形識別別方式。。虛擬演播播室系統統配備的的計算機機既有基基于WindowsNT系統平臺臺的PC機，也有有基于Unix系統的圖圖形工作作站。它它除了調調用和調調整事先先做好的的三維虛虛擬場景景外，還還負責向向圖形發發生器傳傳輸圖像像數據及及處理由由攝像機機跟蹤器器傳來的的攝像機機運動數數據。３、計算算機部分分圖形發生生器根據據主機傳傳來的攝攝像機運運動數據據實時地地計算出出虛擬的的三維電電腦場景景的運動動，以保保證其輸輸出的虛虛擬背景景與真實實的前景景同步。。有的圖圖形發生生器的運運算需要要數幀左左右的時時間，因因此，攝攝像機拍拍攝的畫畫面也必必須有一一個同樣樣幀數的的延時，，這樣才才能確保保真實場場景與虛虛擬場景景的吻合合。三、虛擬擬演播室室關鍵技技術１、攝像像機跟蹤蹤技術要使真實實前景和和虛擬背背景之間間天衣無無縫地結結合，攝攝像機追追蹤系統統的精確確度和穩穩定性至至關重要要。如果果傳送給給圖形工工作站的的信息沒沒有正確確地反映映攝像機機位置和和拍攝方方向等參參數，前前景物體體看起來來就像漂漂浮在背背景上。。常見的的攝像機機跟蹤方方式可分分為機械械傳感器器、圖形形識別、、位置探探測三種種，代表表分別是是ThomaFilmtechnik的Walkfinder、Xync的X-pecto和Orad的InfraTrack。（１）機機械傳感感器該方式是是通過安安裝在攝攝像機的的云臺和和鏡頭上上的傳感感器獲取取攝像機機的動作作參數。。從液壓壓搖擺頭頭上的編編碼器得得到上下下左右位位置參數數。編碼碼器測量量攝像機機上下左左右運動動的角度度得到其其位置參參數，并并將數據據輸入計計算機。。位置參參數的確確定是將將攝像機機安裝在在三角架架、云臺臺或升降降臂上，，由三腳腳架、云云臺或升升降臂的的參數決決定攝像像機的位位置和高高度。RadamecEPO公司生產產專用攝攝像頭，，Orad等公司則則在攝像像機上安安裝傳感感器。利用編碼碼器方式式檢測攝攝像機運運動參數數，具有處理理速度快快、精確確度高(旋轉角度度可精確確到0.001°，移動距離離可精確確到0.01mm))、工作穩定定等優點點。缺點是每每臺攝像像機都需需配備1套跟蹤系系統，成本高，攝像機的的種類及及數量受受到限制制，另外攝像像機在拍拍攝前的的定位和和校正繁繁瑣。（２）圖圖形識別別圖形識別別方式是是對通過過攝像機機拍攝的的圖像的的形態識識別和分分析來確確定攝像像機的各各種運動動參數。。要求在在演播室室的背景景幕布上上用不同同色度(例如深藍藍和淺藍藍)繪制出特特定的圖圖案。當當攝像機機的運動動參數發發生變化化時，它它所拍攝攝到的背背景圖案案的特征征也將發發生相應應的變化化。通過過對此圖圖案的識識別、分分析和運運算，從從而可檢檢測出攝攝像機的的各種運運動參數數，包括括水平轉轉動參數數、垂直直轉動參參數、變變焦參數數以及位位置參數數(X、Y、Z)。目前使用用較多的的是網格格圖案（即在深藍藍色的幕幕布上用用淺藍色色繪制出出特定的的格子圖圖），并且正面面傾斜放放置。在在實際拍拍攝中，人物、景景物連同同網格圖圖案一并并被攝像像機攝入入，系統的數數字視頻頻處理器器可以利利用電平平差技術術分離出出淺藍色色網格圖圖案，經過識別別分析，并與計算算機跟蹤蹤軟件及及硬件預預先確定定好的模模型進行行比較，從而獲取取攝像機機的各項項運動參參數，然后用這這些參數數去控制制虛擬背背景生成成系統，，產生與與前景匹匹配的背背景。圖形識別別方式最最主要的的優點是是免除了了編碼器器方式繁繁瑣的安安裝和調調校，在拍攝過過程中可可以隨意意移動攝攝像機，增加了攝攝像師的的創作自自由度。。另外這這種方式式可直接接使用演演播室原原有的攝攝像機，甚至是便便攜式攝攝像機，降低了演演播室系系統改造造的費用用。不足足：（1）由于該方方式要對對圖案進進行分析析、計算算，數據處理理時間長長，加大了視視頻延時時量(5～17幀左右)；（2）獲得的攝攝像機運運動參數數精度比比編碼器器方式低低；（3）當攝像機機散焦或或攝取畫畫面中圖圖案信息息量較少少時(至少要求求含有4個網格點點)，系統便無無法正常常工作，，對攝像像機的景景深以及及演員的的活動范范圍造成成一定限限制。在位置探探測跟蹤蹤中，用用一些固固定的探探測器對對特定的的物體進進行跟蹤蹤，或通通過安裝裝在攝像像機上的的儀器進進行定位位，推拉拉和變焦焦參數也也要通過過傳感器器來跟蹤蹤。這種種技術從從運動捕捕捉系統統衍生而而來，工工作原理理與網格格識別相相反，但但兩者的的精確度度相近。。（３）位位置探測測藍背景：：制作虛虛擬演播播室的藍藍背景要要求背景景平滑，，還要有有空間感感，一般般是兩面面或三面面藍色墻墻再加上上地面。。為保證證全景鏡鏡頭的使使用，照照射在藍藍背景上上面的光光線要均均勻。為為了保證證色鍵效效果最好好，要使使用純正正的色鍵鍵藍色。。藍背景景的空間間大小，，應該能能保證可可容納全全部道具具并且可可以使主主持人有有足夠的的活動區區域。2、藍背景和和背景的的建立背景：虛虛擬演播播室的背背景圖像像可以是是來自錄錄像機或或攝像機機的視頻頻圖像，，也可以以是靜止止圖像，，但使用用最多的的是計算算機創作作的二維維或三維維圖形CG((ComputerGraphics))，即虛擬場場景。虛虛擬場景景可分為為二維虛虛擬場景景和三維維虛擬場場景。二二維虛擬擬場景是是指景物物沒有厚厚度，只只提供一一個平面面背景。。在三維維虛擬場場景中景景物是立立體的，，具有Z方向的厚厚度，在在具有虛虛擬后景景的同時時，也提提供虛擬擬前景。。人物可可在前景景與后景景之間穿穿插運動動，從而而增強了了視覺效效果的縱縱深感和和真實感感。三維虛擬擬場景的的制作可可分為幾幾個步驟驟：首先先要對虛虛擬場景景中出現現的所有有物體按按自然尺尺寸比例例建成三三維模型型，然后后在模型型上添加加材質，，描繪紋紋理：其其次是將將模型在在虛擬場場景中定定位，制制作燈光光效果以以及陰影影：最后后是制作作在實際際拍攝過過程中虛虛擬場景景出現的的事件序序列和特特技效果果，目前前用于虛虛擬場景景制作的的主要軟軟件有Softimage，Alias/wavefront,,3Dmax等，它們們一般都都具有建建模、描描繪和特特技等功功能。實時背景景生成：：是指在在攝像機機運動參參數控制制下，背背景生成成系統對對預先制制作好的的虛擬場場景信號號進行處處理，實實時生成成與前景景有正確確透視關關系的背背景圖像像。這就就意味著著背景生生成系統統必須要要以25幀/秒的速度度實時處處理數據據流。如如果生成成三維虛虛擬場景景，其計計算量是是非常大大的。在在不降低低圖形照照明度、、陰影，，紋理和和建模結結構的前前提下，，提高圖圖形工作作站圖形形刷新速速率成為為實時生生成虛擬擬背景的的關鍵。。目前一一般采用用的是美美國SGI公司推出出的工作作站以及及E&S公司推出出的運用用在WindowsNT平臺上具具有動態態Z提示功能能的圖形形工作站站。３、鍵信號處處理與圖圖像合成成色鍵合成成器用于于完成前前景與后后背景的的混合，，色鍵制制作的質質量除了了與藍背背景、制制作環境境燈光和和攝像機機有一定定關系之之外，色色鍵器本本身的質質量也會會影響節節目質量量。使用用清晰、、亮度平平坦的顏顏色，才才能使前前景和背背景分離離，然后后把演算算后的信信號用于于另一個個不同的的背景，，使用線線性鍵可可以把前前景的陰陰影取出出來并疊疊加到背背景上。。所以為為保證合合成準確確，拍攝攝視野中中的藍色色幕布照照明必須須均勻。。一般來說說虛擬攝攝像機和和實際攝攝像機的的數量是是相同的的，但虛虛擬背景景信號源源的數量量與實際際攝像機機數量并并不一定定相同。。用兩個個背景生生成器，，兩個色色鍵器就就可以完完成任何何兩個攝攝像機之之間疊化化效果制制作，硬硬切只需需要一個個虛擬背背景信號號源。為為了完成成疊化效效果制作作，計算算機通過過編輯接接口監視視切換器器的狀態態或從預預演母線線上了解解下一個個切換的的攝像機機，并對對其進行行切換。。當虛擬擬攝像機機切換之之后，切切換器就就做好了了疊化的的準備。。虛擬演播播室系統統一般包包括兩套套計算機機系統，，一套處處理攝像像機跟蹤蹤的數據據，一般般采用高高配置的的微機、、小型計計算機工工作站；；另一套套是進行行虛擬演演播室的的場景制制作，具具備以下下功能：：具有足足夠的計計算能力力，包括括處理多多重任務務的能力力；可以以支持實實時操作作系統；；具有極極強的繪繪畫能力力，甚至至達到高高標準三三維動畫畫制作水水平；能能夠處理理音頻信信號，并并具有控控制其他他視頻和和音頻設設備的能能力。４、計算機技技術參與與節目制制作四、虛擬擬演播室室運行流流程創意人員員擬出節節目制作作方案導演及創創意人員員為虛擬擬演播室室電腦虛虛擬三維維場景的的操作者者“說戲戲”；動畫師或或模型師師在電腦腦中創建建模型及及貼圖；；導演與虛虛擬演播播室操作作者合作作直播或或錄像；；視頻輸出出、錄制制及后期期制作。。１、導演演或美術術設計師師提出制制作方案案由美術設設計師將將導演思思路制作作成詳細細的“劇劇本”，具體到每每個畫面面要素怎怎么動，，主持人人的位置置怎么變變化，是是否有虛虛擬場景景中的特特寫鏡頭頭等。因因為鏡頭頭推進，，意味著著電腦生生成的圖圖像放大大。這就就必須要要求事先先生成的的圖像尺尺寸大到到足夠鏡鏡頭推進進也不至至于產生生像素變變大的現現象。虛虛擬演播播室運作作的這種種特殊性性，要求求導演必必須就每每個鏡頭頭細節與與電腦動動畫場景景的制作作者事先先溝通，，使負責責實施劇劇本方案案的制作作人員能能充分理理解導演演的意圖圖，將三三維場景景提前做做好。２、動畫畫制作人人員創建建虛擬三三維演播播室動畫制作作直接影影響著節節目制作作的質量量。虛擬擬演播室室就是一一個計算算機圖像像產生與與合成系系統，是是用計算算機將演演播室的的觀念物物化，在在制作手手段上突突破了傳傳統制作作手段的的一些束束縛，使使演播室室不再受受時間和和空間的的局限。。具體的的虛擬演演播室軟軟件操作作者稱為為“動畫畫師”(animator))或“模型型師”(modeler)。他們在整整個虛擬擬演播室室節目制制作中對對演播室室的最終終效果起起著舉足足輕重的的作用，，他可以以是導演演或美工工本人，，也可以以是專業業的動畫畫制作者者。目前，幾幾乎所有有的虛擬擬演播室室軟件本本身并不不帶有建建模及繪繪畫的軟軟件包，，多數是是利用已已有的三三維或二二維動畫畫、圖形形圖像制制作軟件件來創建建模型及及模型中中需要的的貼圖，，如3DStudioMAX、Softimage3D、Lightscape和Photoshop等。這些些軟件中中做好的的模型和和貼圖有有的需經經過圖像像格式的的轉換，，再存入入虛擬演演播室系系統的專專用目錄錄下，然然后才能能從虛擬擬演播室室軟件環環境中讀讀出。大大量的矢矢量數據據經過生生成后產產生的標標準倍數數位圖，，作為虛虛擬環境境要么直直接存入入圖形發發生器中中使用，，要么貼貼在簡單單的幾何何矢量模模型上。。３、動畫畫師與導導演的配配合制作人員員從傳統統的單一一的執行行導演意意圖的技技術員轉轉變成參參與節目目前期總總體方案案設計的的創作者者之一。。這種變變化無疑疑提高了了現代電電視節目目制作人人的業務務要求，，同時也也擴大了了導演的的工作職職能和范范圍。動動畫師與與導演應應密切配配合，例例如，導導演希望望虛擬場場景中的的某個部部分動起起來，如如標志從從墻上飛飛起來，，主持人人前的主主持臺自自己移走走，地面面某個部部分騰空空而起等等，就必必須將這這些帶有有“動作作”的物物體提前前與電腦腦模型師師講明，，由模型型師將這這些有動動作的物物體用電電腦創建建時就將將它們分分別作為為單個文文件單獨獨儲存。。這與導導演看著著監視器器指揮調調整現場場鏡頭中中的畫面面的傳統統方法是是不同的的，這也也正是虛虛擬演播播室制作作電視節節目的主主要特點點。４、虛擬擬演播室室控制員員與傳統演演播室相相比，主主持人或或演員所所處的現現場已不不再是五五顏六色色的舞臺臺，取而而代之的的是一個個全部涂涂成藍色色的房間間。攝像像師的拍拍攝對象象主體只只剩下了了主持人人或演員員。機位位的運動動取決于于電腦中中建立的的虛擬場場景。攝攝像師通通過監視視器看到到畫面的的效果，，導演則則坐在電電腦終端端前與虛虛擬演播播室軟件件的具體體操作者者來共同同控制整整個節目目。如果果畫面““穿邦””，即現現場攝像像機搖到到藍色背背景以外外，虛擬擬演播室室軟件能能根據需需要自制制出虛擬擬藍色背背景。虛擬演播播室電腦腦機位上上的操作作者（暫暫且稱之之為“虛虛擬控制制”）已已不再是是一般意意義上的的電腦操操作人員員。虛擬擬演播室室系統是是一個計計算機圖圖像合成成系統，，其控制制中心是是虛擬演演播室的的系統軟軟件，它它也是虛虛擬演播播室節目目制作的的“導演演臺”。。具體實實施操作作的系統統控制員員無疑成成了實施施導演意意圖的最最直接執執行者，，他需要要既能熟熟練運用用虛擬演演播室軟軟件及其其相關的的三維動動畫制作作軟件，，同時又又要具有有一定的的鏡頭意意識和感感覺。這這樣才能能更好地地與導演演配合，，做出理理想的節節目。５、視頻頻、音頻頻及燈光光的運用用虛擬演播播室主要要是針對對電腦中中的圖像像，它仍仍舊離不不開傳統統的視頻頻切換臺臺和調音音臺等設設備。通通過視頻頻切換臺臺，導演演可根據據需要在在任何時時候切入入或疊加加進前期期拍攝的的畫面素素材。有有的虛擬擬演播室室系統與與傳統視視頻在節節目制作作中略有有不同，，藍色實實景現場場攝像機機所拍攝攝到的畫畫面需要要經過圖圖像發生生器的運運算生成成后再與與電腦中中的虛擬擬場景合合成，大大約需要要四幀左左右的延延長時間間，所以以現場同同期聲也也需要相相應的延延時（大大約160ms），以消除聲聲音與口口型差時時的現象象。有的的虛擬演演播室很很好地解解決了這這一問題題，畫面面與聲音音同步，，不需延延時。現場燈光光的使用用已不同同于傳統統舞臺燈燈光的調調整方法法，所有有光色必必須保證證藍色空空間場地地基色以以適應色色鍵器摳摳像的技技術要求求。虛擬擬演播室室軟件系系統有其其自身的的燈光參參數，可可根據需需要在軟軟件環境境里調整整。理想想的色鍵鍵器可以以很自然然地將實實景中的的投影在在虛擬的的場景中中表現出出來，使使拍攝的的前景畫畫面與虛虛擬的背背景畫面面集成在在一個