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虛擬演播室技術的相關形式和技術功能探討論文
摘 要：虛擬演播室近年發(fā)展起來的一種獨特的電視節(jié)目制作技術，是全新的現(xiàn)代信息技術發(fā)展與傳統(tǒng)演播室技術共同發(fā)展的產(chǎn)物，技術成份、優(yōu)越性和功能決定了這項技術具有強大的發(fā)展空間和廣闊前景。
關鍵詞：攝像機跟蹤技術；計算機虛擬背景；色鍵技術
引言：虛擬演播室系統(tǒng)（The Virtual Studio System，簡稱 VSS）是在高速圖形計算機和視頻色鍵技術的基礎上而形成的新型技術，它的實質是將計算機制作的虛擬三維場景與電視攝像機現(xiàn)場拍攝的人物活動圖像進行數(shù)字化的實時合成，使人物與虛擬背景能夠同步變化，使兩者有一種天衣無縫的融合，在電視畫面上收到了在演播室虛擬的的那種新的環(huán)境和氣氛，從而使畫面獲得完美的合成。
1.虛擬技術在應用過程中的優(yōu)勢
1.1高精度高準確的跟蹤
跟蹤是考核虛擬演播室的關鍵指標之一，是使虛擬環(huán)境中的前景和現(xiàn)實的場景不會分開一種技術，讓人看上去不會是兩個環(huán)境。跟蹤的方法有很多，主要就是使用光柵旋轉編碼器、網(wǎng)格識別、輔助攝像機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)，和前景色鍵無關，跟蹤也必須是物理攝像機對虛擬攝像機間的直接賦值與控制，不能通過中間環(huán)節(jié)進行。
1.2對影視節(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，常常需要營造一個豐富的場景，制作人員就得耗費大量物力、人力去搭建一個場景，而這種制作出來的場景只能提供給幾個特定的節(jié)目使用，使用率不高，浪費嚴重，制作人員也要受到很多的限制，有很多有創(chuàng)意有特色場景無法達到預期的效果，而虛擬演播室就能夠使這個創(chuàng)作空間得到最充分的發(fā)揮，虛擬場景是在計算機內形成的，不受時間和空間的限制，能制作出很多宏大的場景，創(chuàng)造出傳統(tǒng)演播室無法比擬的場景，使節(jié)目在制作中創(chuàng)造更加真實的效果，變得更加豐富多彩，關鍵是還節(jié)省了人力、物力和財力，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
信息技術的發(fā)展讓現(xiàn)代影視制作有了新的發(fā)展契機，同時也提高了節(jié)目的觀賞性、可看性，數(shù)字特技讓傳統(tǒng)節(jié)目制作中無法實現(xiàn)的場景成為現(xiàn)實，在數(shù)字特技功能面前，只有你想不到的，沒有它做不到的，雖然有些夸張，但他確實給導演及美術師提供了充分的創(chuàng)作空間，豐富了演播室的節(jié)目。
2.虛擬演播室的技術關鍵在于把虛擬背景與前景完美的融合在一起,它通常由攝像機的跟蹤、計算機虛擬背景的生成、色鍵技術三個組成部分
2.1攝像機的跟蹤
攝像機追蹤技術是虛擬演播室系統(tǒng)來最重要的部分之一，攝像機的跟蹤要精確的獲取攝像機當前的位置、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面的計算機,讓虛擬攝像機和真實攝像機同步。攝像機追蹤技術通過獲取演播室中的動作參數(shù)以及實際位置參數(shù)，從而才能判斷出演員或主持人、攝像機、計算機虛擬場景之間的相對位置關系，能夠使系統(tǒng)實現(xiàn)真實攝像機與虛擬攝像機的鎖定。如果把攝像機固定在一個位置上，蹤系統(tǒng)只能測量攝像機的俯仰和搖移動作，不能測量到X、Y、Z的位置改變，這樣會使背景顯得平板。只有正確地測量到攝像機的參數(shù)，虛擬背景才不會產(chǎn)生“跳躍”現(xiàn)象，并且不會使畫面失去真實感。虛擬演播室的追蹤系統(tǒng)要求特別精確，即便是0.01°的誤差也有可能導致背景與前景之間發(fā)生明顯漂移和抖動。一個高質量的虛擬演播系統(tǒng)一定要認真對每個鏡頭的進行校正，不能依賴于普通的鏡頭表。
目前有兩種方式可獲得攝像機的這些運動參數(shù)，即機械跟蹤方式和圖像分析識別方式。
�。�1） 機械跟蹤方式
這種跟蹤系統(tǒng)是在攝像機鏡頭上安裝鏡頭運動參數(shù)編碼器，以及攝像機位置X、Y、Z編碼器，編碼器能夠將檢測到的攝像機的上、下、左、右擺動的細微角度，推、拉、搖、移、聚焦、變焦乃至升降等傳感部位的運動數(shù)據(jù)，通過一個“傳感器”裝置傳輸?shù)健靶势鳌�，信息�?shù)據(jù)通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計算機。機械跟蹤方式是直接對攝像機的各種運動參數(shù)進行測量。
�。�2）圖形分析識別方式
是利用圖像分析識別技術在拍攝期間同步控制并檢測攝象機的各項運動參數(shù)，包括位置參數(shù)（X、Y、Z），水平轉動參數(shù)，垂直轉動參數(shù)和變焦參數(shù)，所有這些參數(shù)都被轉化成位置參數(shù)，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動攝象機，而且也不需要特殊的攝像機
圖形識別可以說是一種“運動估測算法”，通過對前后幀畫面的相對運動進行核算和測量，得到攝像機的位置和鏡頭參數(shù)。在計算機所拍攝的畫面正常的進行運動和變化時，要充分考慮到背景圖像合成的問題，如果單獨的使用常色鍵技術中的簡單藍色背景幕布，必須在藍色幕布上增添一些稍淺顏色的網(wǎng)格，使整個藍色幕布（藍箱）的布光要盡量均勻協(xié)調，避免在背景中的畫面產(chǎn)生混亂的問題。
2.2計算機虛擬場景技術
虛擬演播室中的場景、道具都是由計算機生成的，計算機是一個小型計算機網(wǎng)絡，主機為網(wǎng)絡中心，它是虛擬演播室的控制中心，是虛擬演播室節(jié)目制作的“導演臺”。在常規(guī)演播室中很難做到的龐大而且復雜的背景，以至于許多現(xiàn)實生活中人們不可能見到的景觀，都可以在虛擬演播室中得以發(fā)揮實現(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機的計算能力、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。通過計算機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，可以在任何一個角度去看場景，并根據(jù)實際需要進行修改，這也是為什么虛擬演播室受到極力推廣的原因。隨著計算機的發(fā)展進步，技術已經(jīng)在相關軟件的支持下，虛擬場景將會有更大的發(fā)展空間。
三維虛擬場景產(chǎn)生有兩種方式：
(1)預生成三維方式 (2)真三維方式
2.3色鍵技術
傳統(tǒng)演播室的色鍵技術是一種圖像合成技術，它把色調與藍箱色調的差值形成鍵控電壓波形。由于使用藍幕背景，因此在景物體和演員身上就會有一些藍色的干擾成分，通過計算機的處理，對前景進行非常復雜的消藍控制，這樣才不會使前景產(chǎn)生的顏色失真。摳掉虛擬背景中與前景圖像相關的部分，再加上一些藍箱上的圖像，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，成功的虛擬場景不僅有背景，還有前景，如主持臺等道具，主持人甚至可以進入一個虛擬物體中去，或者消失其中。畫面中真實的、虛擬的物體間的關系非常復雜，要想實現(xiàn)場景完美，就需要具有特殊功能的高級色鍵技術，因此，產(chǎn)生了一種被稱為Z軸深度鍵的新技術。Z軸深度技術可以細分到三維場景中，對每個像素的三維場景進行修改，真實物體、虛擬物體、還有演員可以動態(tài)地相互遮擋，使虛擬場景更加真實完美。
3.總結
當前，虛擬演播室技術已經(jīng)在現(xiàn)代節(jié)目制作當中已經(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制作的文藝娛樂播報、音樂節(jié)目、雜志、生活時尚類節(jié)目等很多種節(jié)目。但隨著數(shù)字視頻、傳感器和計算機技術的發(fā)展，虛擬演播室必將會在電視節(jié)目制作中發(fā)揮愈來愈大的作用。虛擬演播室技術無疑是電視節(jié)目制作技術的一種革命性飛躍，充分體現(xiàn)了電視技術對當代最新的數(shù)字技術、計算機技術兼容并蓄的特點，相信在未來的影視制作中，它終將成為最有力的節(jié)目制作工具。
相信它終將會成為一種最為有力的節(jié)目制作工具。
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