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虛擬演播室技術(shù)的相關(guān)形式和技術(shù)功能探討論文
摘 要：虛擬演播室近年發(fā)展起來(lái)的一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)，是全新的現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展與傳統(tǒng)演播室技術(shù)共同發(fā)展的產(chǎn)物，技術(shù)成份、優(yōu)越性和功能決定了這項(xiàng)技術(shù)具有強(qiáng)大的發(fā)展空間和廣闊前景。
關(guān)鍵詞：攝像機(jī)跟蹤技術(shù)；計(jì)算機(jī)虛擬背景；色鍵技術(shù)
引言：虛擬演播室系統(tǒng)（The Virtual Studio System，簡(jiǎn)稱 VSS）是在高速圖形計(jì)算機(jī)和視頻色鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上而形成的新型技術(shù)，它的實(shí)質(zhì)是將計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維場(chǎng)景與電視攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的人物活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，使兩者有一種天衣無(wú)縫的融合，在電視畫(huà)面上收到了在演播室虛擬的的那種新的環(huán)境和氣氛，從而使畫(huà)面獲得完美的合成。
1.虛擬技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)
1.1高精度高準(zhǔn)確的跟蹤
跟蹤是考核虛擬演播室的關(guān)鍵指標(biāo)之一，是使虛擬環(huán)境中的前景和現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景不會(huì)分開(kāi)一種技術(shù)，讓人看上去不會(huì)是兩個(gè)環(huán)境。跟蹤的方法有很多，主要就是使用光柵旋轉(zhuǎn)編碼器、網(wǎng)格識(shí)別、輔助攝像機(jī)光圖形接力等幾種跟蹤方式，任何一種跟蹤方法，跟蹤的自由度都必須獨(dú)立，相互之間不能牽連。跟蹤也要形成自身的系統(tǒng)，和前景色鍵無(wú)關(guān)，跟蹤也必須是物理攝像機(jī)對(duì)虛擬攝像機(jī)間的直接賦值與控制，不能通過(guò)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行。
1.2對(duì)影視節(jié)目的創(chuàng)作水平有了顯著的提高，拓展了創(chuàng)作人員的想象空間。
傳統(tǒng)演播室錄制的節(jié)目，常常需要營(yíng)造一個(gè)豐富的場(chǎng)景，制作人員就得耗費(fèi)大量物力、人力去搭建一個(gè)場(chǎng)景，而這種制作出來(lái)的場(chǎng)景只能提供給幾個(gè)特定的節(jié)目使用，使用率不高，浪費(fèi)嚴(yán)重，制作人員也要受到很多的限制，有很多有創(chuàng)意有特色場(chǎng)景無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，而虛擬演播室就能夠使這個(gè)創(chuàng)作空間得到最充分的發(fā)揮，虛擬場(chǎng)景是在計(jì)算機(jī)內(nèi)形成的，不受時(shí)間和空間的限制，能制作出很多宏大的場(chǎng)景，創(chuàng)造出傳統(tǒng)演播室無(wú)法比擬的場(chǎng)景，使節(jié)目在制作中創(chuàng)造更加真實(shí)的效果，變得更加豐富多彩，關(guān)鍵是還節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，大大的降低了制作成本。
1.3數(shù)字特技功能的豐富發(fā)展
信息技術(shù)的發(fā)展讓現(xiàn)代影視制作有了新的發(fā)展契機(jī)，同時(shí)也提高了節(jié)目的觀賞性、可看性，數(shù)字特技讓傳統(tǒng)節(jié)目制作中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景成為現(xiàn)實(shí)，在數(shù)字特技功能面前，只有你想不到的，沒(méi)有它做不到的，雖然有些夸張，但他確實(shí)給導(dǎo)演及美術(shù)師提供了充分的創(chuàng)作空間，豐富了演播室的節(jié)目。
2.虛擬演播室的技術(shù)關(guān)鍵在于把虛擬背景與前景完美的融合在一起,它通常由攝像機(jī)的跟蹤、計(jì)算機(jī)虛擬背景的生成、色鍵技術(shù)三個(gè)組成部分
2.1攝像機(jī)的跟蹤
攝像機(jī)追蹤技術(shù)是虛擬演播室系統(tǒng)來(lái)最重要的部分之一，攝像機(jī)的跟蹤要精確的獲取攝像機(jī)當(dāng)前的位置、方向和鏡頭等參數(shù),并把這些參數(shù)傳遞給用于生成三維背景畫(huà)面的計(jì)算機(jī),讓虛擬攝像機(jī)和真實(shí)攝像機(jī)同步。攝像機(jī)追蹤技術(shù)通過(guò)獲取演播室中的動(dòng)作參數(shù)以及實(shí)際位置參數(shù)，從而才能判斷出演員或主持人、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景之間的相對(duì)位置關(guān)系，能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真實(shí)攝像機(jī)與虛擬攝像機(jī)的鎖定。如果把攝像機(jī)固定在一個(gè)位置上，蹤系統(tǒng)只能測(cè)量攝像機(jī)的俯仰和搖移動(dòng)作，不能測(cè)量到X、Y、Z的位置改變，這樣會(huì)使背景顯得平板。只有正確地測(cè)量到攝像機(jī)的參數(shù)，虛擬背景才不會(huì)產(chǎn)生“跳躍”現(xiàn)象，并且不會(huì)使畫(huà)面失去真實(shí)感。虛擬演播室的追蹤系統(tǒng)要求特別精確，即便是0.01°的誤差也有可能導(dǎo)致背景與前景之間發(fā)生明顯漂移和抖動(dòng)。一個(gè)高質(zhì)量的虛擬演播系統(tǒng)一定要認(rèn)真對(duì)每個(gè)鏡頭的進(jìn)行校正，不能依賴于普通的鏡頭表。
目前有兩種方式可獲得攝像機(jī)的這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即機(jī)械跟蹤方式和圖像分析識(shí)別方式。
�。�1） 機(jī)械跟蹤方式
這種跟蹤系統(tǒng)是在攝像機(jī)鏡頭上安裝鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)編碼器，以及攝像機(jī)位置X、Y、Z編碼器，編碼器能夠?qū)z測(cè)到的攝像機(jī)的上、下、左、右擺動(dòng)的細(xì)微角度，推、拉、搖、移、聚焦、變焦乃至升降等傳感部位的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)“傳感器”裝置傳輸?shù)健靶?zhǔn)器”，信息數(shù)據(jù)通常通過(guò)一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計(jì)算機(jī)。機(jī)械跟蹤方式是直接對(duì)攝像機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
�。�2）圖形分析識(shí)別方式
是利用圖像分析識(shí)別技術(shù)在拍攝期間同步控制并檢測(cè)攝象機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置參數(shù)（X、Y、Z），水平轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)和變焦參數(shù)，所有這些參數(shù)都被轉(zhuǎn)化成位置參數(shù)，這就使得攝像師能夠在拍攝過(guò)程中隨意移動(dòng)攝象機(jī)，而且也不需要特殊的攝像機(jī)
圖形識(shí)別可以說(shuō)是一種“運(yùn)動(dòng)估測(cè)算法”，通過(guò)對(duì)前后幀畫(huà)面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行核算和測(cè)量，得到攝像機(jī)的位置和鏡頭參數(shù)。在計(jì)算機(jī)所拍攝的畫(huà)面正常的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和變化時(shí)，要充分考慮到背景圖像合成的問(wèn)題，如果單獨(dú)的使用常色鍵技術(shù)中的簡(jiǎn)單藍(lán)色背景幕布，必須在藍(lán)色幕布上增添一些稍淺顏色的網(wǎng)格，使整個(gè)藍(lán)色幕布（藍(lán)箱）的布光要盡量均勻協(xié)調(diào)，避免在背景中的畫(huà)面產(chǎn)生混亂的問(wèn)題。
2.2計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景技術(shù)
虛擬演播室中的場(chǎng)景、道具都是由計(jì)算機(jī)生成的，計(jì)算機(jī)是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)為網(wǎng)絡(luò)中心，它是虛擬演播室的控制中心，是虛擬演播室節(jié)目制作的“導(dǎo)演臺(tái)”。在常規(guī)演播室中很難做到的龐大而且復(fù)雜的背景，以至于許多現(xiàn)實(shí)生活中人們不可能見(jiàn)到的景觀，都可以在虛擬演播室中得以發(fā)揮實(shí)現(xiàn)。這樣既能夠使演播室能制作出完善、宏大、豐富、的背景，同時(shí)也為那些背景制作人員提供了更廣闊的發(fā)展和創(chuàng)造空間。ニ孀臥C機(jī)的計(jì)算能力、視頻處理能力和繪圖能力的極大提高，給廣大用戶更大更廣闊的選擇空間。通過(guò)計(jì)算機(jī)的三維虛擬演播室系統(tǒng)需處理大量的紋理貼圖、三角形、視頻插入等，可以在任何一個(gè)角度去看場(chǎng)景，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改，這也是為什么虛擬演播室受到極力推廣的原因。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)步，技術(shù)已經(jīng)在相關(guān)軟件的支持下，虛擬場(chǎng)景將會(huì)有更大的發(fā)展空間。
三維虛擬場(chǎng)景產(chǎn)生有兩種方式：
(1)預(yù)生成三維方式 (2)真三維方式
2.3色鍵技術(shù)
傳統(tǒng)演播室的色鍵技術(shù)是一種圖像合成技術(shù)，它把色調(diào)與藍(lán)箱色調(diào)的差值形成鍵控電壓波形。由于使用藍(lán)幕背景，因此在景物體和演員身上就會(huì)有一些藍(lán)色的干擾成分，通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理，對(duì)前景進(jìn)行非常復(fù)雜的消藍(lán)控制，這樣才不會(huì)使前景產(chǎn)生的顏色失真。摳掉虛擬背景中與前景圖像相關(guān)的部分，再加上一些藍(lán)箱上的圖像，這樣就可將前景圖像與虛擬背景圖像在色鍵控制器中合成一幅以假亂真的彩色圖像，成功的虛擬場(chǎng)景不僅有背景，還有前景，如主持臺(tái)等道具，主持人甚至可以進(jìn)入一個(gè)虛擬物體中去，或者消失其中。畫(huà)面中真實(shí)的、虛擬的物體間的關(guān)系非常復(fù)雜，要想實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景完美，就需要具有特殊功能的高級(jí)色鍵技術(shù)，因此，產(chǎn)生了一種被稱為Z軸深度鍵的新技術(shù)。Z軸深度技術(shù)可以細(xì)分到三維場(chǎng)景中，對(duì)每個(gè)像素的三維場(chǎng)景進(jìn)行修改，真實(shí)物體、虛擬物體、還有演員可以動(dòng)態(tài)地相互遮擋，使虛擬場(chǎng)景更加真實(shí)完美。
3.總結(jié)
當(dāng)前，虛擬演播室技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代節(jié)目制作當(dāng)中已經(jīng)得到了非常廣泛的使用，人們經(jīng)常可以看到由這種技術(shù)制作的文藝娛樂(lè)播報(bào)、音樂(lè)節(jié)目、雜志、生活時(shí)尚類節(jié)目等很多種節(jié)目。但隨著數(shù)字視頻、傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬演播室必將會(huì)在電視節(jié)目制作中發(fā)揮愈來(lái)愈大的作用。虛擬演播室技術(shù)無(wú)疑是電視節(jié)目制作技術(shù)的一種革命性飛躍，充分體現(xiàn)了電視技術(shù)對(duì)當(dāng)代最新的數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)兼容并蓄的特點(diǎn)，相信在未來(lái)的影視制作中，它終將成為最有力的節(jié)目制作工具。
相信它終將會(huì)成為一種最為有力的節(jié)目制作工具。
參考文獻(xiàn)：
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