虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬演播室的產(chǎn)生
       虛擬現(xiàn)實技術(shù)可能是我們未來最主要的技術(shù)之一，它會在諸多領(lǐng)域中應(yīng)用甚至使之產(chǎn)生飛躍。虛擬現(xiàn)實可以定義為三維的、計算機(jī)生成的、人可以漫游其間與之相互作用并使人沉浸在另一個環(huán)境中的模擬。虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供一個模擬我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境的方式。

由于人類主要是視覺動物，我們對空間三維圖像的反應(yīng)要比對平面二維圖像的反映更好。有了虛擬現(xiàn)實產(chǎn)生的三維圖像，我們便能更好地看清事物之間的關(guān)系和趨勢。虛擬現(xiàn)實跨越了靜止空間。它可以是某一特定現(xiàn)實環(huán)境的表現(xiàn)，也可以是純粹構(gòu)想的世界。這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)對電視工作也產(chǎn)生了巨大的沖擊。

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和三維圖形軟件等先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展，電視節(jié)目制作方式發(fā)生了很大的變化。視覺和聽覺效果以及人類的思維都可以靠虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)。它升華了人類的邏輯思維。虛擬演播室則是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人類思維相結(jié)合在電視節(jié)目制作中的具體體現(xiàn)。

虛擬演播室技術(shù)源于色鍵技術(shù)。之所以稱之為虛擬演播室是因為它實際上是把演播室中巳有的視頻技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，以計算機(jī)為主，擺脫了制作實景的限制，發(fā)揮充分的想象力，用計算機(jī)繪制出更能體現(xiàn)節(jié)目主題的場景。它的關(guān)鍵技術(shù)是：用攝像機(jī)的位置和鏡頭等變化來控制計算機(jī)中的“虛擬攝像機(jī)”，使它的位置和鏡頭變化與“實際”同步，這樣它所拍攝的“虛擬場景”的鏡頭變化和實際攝像機(jī)拍攝的主持人的鏡頭變化一致，將他們進(jìn)行色鍵效果處理之后，得到的畫面才真實自然。

虛擬演播室技術(shù)要點

虛擬演播室技術(shù)包括攝像機(jī)跟蹤技術(shù)、背景設(shè)計和藍(lán)背景技術(shù)、燈光技術(shù)、色鍵技術(shù)和切換技術(shù)等。

攝像機(jī)跟蹤技術(shù)的重要性
世界上第一個虛擬演播室系統(tǒng)、可以上下左右運動的攝像機(jī)基座于1994年問世。借助于精確的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以測出基座上下左右運動的角度位置。同時也設(shè)計出了一種適合EFP/ENG（電子現(xiàn)場節(jié)目制作／電子新聞采集）鏡頭的特殊編碼器。它能精確地測量鏡頭的推拉和聚焦的設(shè)置參數(shù)。使用這組參數(shù)，就有可能把攝像機(jī)和鏡頭與一臺高性能的計算機(jī)連接，該計算機(jī)可以生成背景的每一場，背景制作的應(yīng)用軟件根據(jù)這些參數(shù)來調(diào)整虛擬攝像機(jī)的位置、方向和鏡頭參數(shù)，使虛擬場景產(chǎn)生對應(yīng)的變化，上述這些使虛擬演播室的制作成為可能。

虛擬演播室跟蹤技術(shù)主要有圖形識別和機(jī)械傳感器兩種。攝像機(jī)跟蹤技術(shù)是指獲取攝像機(jī)在演播室中的實際位置參數(shù)和動作參數(shù)。圖形識別方式需要一個畫有特殊網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)色背景幕布。它將攝像機(jī)所拍畫面送到數(shù)字視頻處理器中進(jìn)行處理，通過對所拍攝畫面中網(wǎng)格的旋轉(zhuǎn)和透視關(guān)系進(jìn)行計算，得到有關(guān)攝像機(jī)的動作參數(shù)，以控制虛擬背景的生成。機(jī)械傳感器方式是通過安裝在攝像機(jī)的云臺和鏡頭上的傳感器獲取攝像機(jī)的動作參數(shù)。從液壓搖擺頭上的編碼器得到上下左右位置參數(shù)。編碼器測量攝像機(jī)上下左右運動的角度得到其位置參數(shù)，再通過串行位置接口將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)。虛擬演播室所使用的攝像機(jī)鏡頭安裝在一個特殊的托架上。編碼器和串行位置接口相聯(lián)，可以得到上下、左右、推拉和聚焦四個軸的參數(shù)。位置參數(shù)的確定是將攝像機(jī)安裝在三角架、云臺或升降臂上，由三腳架、云臺或升降臂的參數(shù)決定攝像機(jī)的位置和高度。

虛擬演播室的必備條件：藍(lán)背景和背景的建立
制作虛擬演播室的藍(lán)背景要求背景平滑，還要有空間感，一般是兩面或三面藍(lán)色墻再加上地面。為保證全景鏡頭的使用，照射在藍(lán)背景上面的光線要均勻。為了保證色鍵效果最好，要使用純正的色鍵藍(lán)色。藍(lán)背景的空間大小，應(yīng)該能保證可容納全部道具并且可以使主持人有足夠的活動區(qū)域。

虛擬演播室中的背景圖像可以是動態(tài)的，也可以是靜止的。利用最多的是虛擬場景，也就是由計算機(jī)創(chuàng)作的二維或三維圖形。在虛擬演播室中，首先要對場景中的所有物體進(jìn)行建模，也就是設(shè)計物體的外形和尺寸，這與計算機(jī)輔助設(shè)計很相似：在建立一個模型的同時，計算機(jī)將他們分解成許多個多邊形，一般是三角形，然后定義一個輪廓；在每個多邊形上施加材質(zhì)，可以是簡單的顏色，也可以是材料。再把圖像或照片施加在多邊形上，以產(chǎn)生更逼真的效果。在虛擬演播室中將模型定位；使用虛擬燈光產(chǎn)生所需要的效果如陰影、高光、反射和折射。在這些制作之后，利用來自攝像機(jī)傳感器的數(shù)據(jù)建立虛擬攝像機(jī)。一個三維虛擬場景需要大量的計算工作來處理運動和再生背景。如果背景不是太復(fù)雜，使用超級計算機(jī)就可以控制和操作三維虛擬演播室場景。

鍵信號處理與圖像合成
色鍵制作的質(zhì)量對虛擬演播室節(jié)目質(zhì)量影響相當(dāng)大，它除了與藍(lán)背景、制作環(huán)境燈光和攝像機(jī)有一定關(guān)系之外，色鍵器本身的質(zhì)量也會影響節(jié)目質(zhì)量。把前景鍵在背景上的方式是虛擬演播室的集成部分。由背景生成裝置生成的背景圖像與前景圖像混合后，才最終完成了虛擬演播室的節(jié)目制作。前景與后背景的混合是通過色鍵合成器來完成的。使用清晰的、亮度平坦的顏色，這種電子信號可以被演算以使前景和背景分離，然后把演算后的信號用于另一個不同的背景。使用線性鍵可以把前景的陰影取出來并疊加到背景上。為了保證合成準(zhǔn)確，應(yīng)使拍攝視野中的藍(lán)色幕布處于均勻照明之下。

一般來說虛擬攝像機(jī)和實際攝像機(jī)的數(shù)量是相同的，但虛擬背景信號源的數(shù)量與實際攝像機(jī)數(shù)量并不一定相同。用兩個背景生成器，兩個色鍵器就可以完成任何兩個攝像機(jī)之間疊化效果制作，硬切只需要一個虛擬背景信號源。為了完成疊化效果制作，計算機(jī)通過編輯接口監(jiān)視切換器的狀態(tài)或從預(yù)演母線上了解下一個切換的攝像機(jī)，并對其進(jìn)行切換。當(dāng)虛擬攝像機(jī)切換之后，切換器就做好了疊化的準(zhǔn)備。

計算機(jī)技術(shù)參與節(jié)目制作
虛擬演播室系統(tǒng)一般包括兩套計算機(jī)系統(tǒng)，一套處理攝像機(jī)跟蹤的數(shù)據(jù)，一般采用高配置的微機(jī)、小型計算機(jī)工作站；另一套是進(jìn)行虛擬演播室的場景制作，用于此種任務(wù)的計算機(jī)應(yīng)具備以下功能：具有足夠的計算能力，包括處理多重任務(wù)的能力?？梢灾С謱崟r操作系統(tǒng)。具有極強(qiáng)的繪畫能力，甚至達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)三維動畫制作水平。能夠處理音頻信號，并具有控制其他視頻和音頻設(shè)備的能力。

虛擬演播室對燈光的特殊要求
在虛擬演播室節(jié)目制作中燈光所起的作用是十分關(guān)鍵的。為了消除多余的陰影，保證色鍵的效果，燈光的布置相當(dāng)重要。要合理調(diào)配燈光，使前景與虛擬背景的照明亮度及方向匹配。主持人及真實道具在藍(lán)箱中投下影子也要隨主持人及道具一起進(jìn)入虛擬空間。如果播音員在演播室中不能投下相同的陰影長度，虛擬場景的設(shè)計就應(yīng)有長的陰影。為了更好地提取陰影，燈光的設(shè)置應(yīng)使陰影處的藍(lán)色電平與背景藍(lán)幕布的藍(lán)色電平有較大的區(qū)別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。燈光應(yīng)具有真實性，以防止出現(xiàn)動畫效果。在虛擬演播室中，實際光源和虛擬合成光源之間的同步變化很重要。演播室燈光的控制要計算機(jī)化，使燈具的狀態(tài)可以存取。

虛擬演播室的未來與發(fā)展

虛擬演播系統(tǒng)的主要優(yōu)點是它能夠更有效地表達(dá)新聞信息，增強(qiáng)信息的感染力和交互性。傳統(tǒng)的色鍵對節(jié)目制作的限制較多。由于色鍵是在二維平面空間運作，當(dāng)拍攝的色鍵前景畫面的攝像機(jī)移動，不論是變焦、上下擺動或左右搖動，色鍵的背景畫面都不會隨前景畫面而相應(yīng)變化。而用虛擬演播系統(tǒng)制作的布景是合乎比例的立體設(shè)計，當(dāng)攝像機(jī)移動時，虛擬的布景與前景畫面都會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，從而增加了節(jié)目的真實感。用虛擬場景在很多方面成本效益顯著。如它具有及時更換場景的能力，在演播室布景制作中節(jié)約經(jīng)費。不必移動和保留景物，因此可減輕對雇員的需求壓力。對于單集片，虛擬制作不會顯出很大的經(jīng)濟(jì)效益，但在使用背景和攝像機(jī)位置不變的系列節(jié)目中它可以節(jié)約大量的資金。另外，虛擬演播室具有制作優(yōu)勢。當(dāng)考慮節(jié)目格局時，制作人員的選擇余地大，他們不必過于受場景限制。對于同一節(jié)目可以不用同一演播室，因為背景可以存入磁盤。它可以充分發(fā)揮創(chuàng)作人員的藝術(shù)創(chuàng)造力與想象力，利用現(xiàn)有的多種三維動畫軟件，創(chuàng)作出高質(zhì)量的背景。

虛擬演播室較真實演播室所具有的優(yōu)勢使它具備了廣闊的發(fā)展空間。但是它也存在一定的局限性。除了不能應(yīng)用于各類型的電視節(jié)目制作以外，攝像機(jī)在變焦時會出現(xiàn)活動不暢的情況，或者是虛擬物體的形態(tài)、顏色會給人以生硬的感覺。這主要是工作人員的操作經(jīng)驗問題。因此，要順利地運作虛擬演播系統(tǒng)，就要加強(qiáng)對電視工作者的人員培訓(xùn)。從二維平面到三維立體空間節(jié)目制作的轉(zhuǎn)換，需要每個工作人員重新適應(yīng)自己的崗位。燈光設(shè)計方面的難度也相應(yīng)增加，不論是虛擬世界還是真實世界，都需要燈光照明。燈光師除了設(shè)計燈光外，還要使兩個世界的燈光互相配合，使之出現(xiàn)和諧的燈光效果。虛擬演播室制作的布景是否真實，這也同樣需要綜合素質(zhì)的人才。實景設(shè)計師通常體現(xiàn)了一定程度的建筑理念，但缺乏計算圖像的經(jīng)驗。而虛擬布景設(shè)計師有計算機(jī)圖像知識，但缺乏建筑學(xué)基礎(chǔ)。因此，虛擬演播室的采用是一個需要有關(guān)的技術(shù)和人員素質(zhì)共同提高和發(fā)展的系統(tǒng)工程。

目前整個虛擬現(xiàn)實技術(shù)正處于一個早期和初步的形式。它的發(fā)展與50年代的空間計劃和70年代的微型計算機(jī)相似?，F(xiàn)在我們才剛剛看到虛擬現(xiàn)實的潛力。虛擬演播室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，因此虛擬演播室也同樣處于自己的發(fā)展的初期。它目前還存在著技術(shù)方面的不成熟和應(yīng)用方面的局限性。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)三維圖像軟件的開發(fā)，虛擬電視節(jié)目制作會更加成熟完善。虛擬演播室與真實演播室混合發(fā)展是未來的發(fā)展趨勢，它會使電視節(jié)目達(dá)到最佳的視覺效果，為電視節(jié)目制作拓展更大的空間。