虚拟演播室技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,虚拟演播室技术,一、虚拟演播室概述,二、虚拟演播室系统构成,三、虚拟演播室关键技术,四、虚拟演播室运行流程,五、虚拟演播室使用注意,一、虚拟演播室概述,虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS）是传统演播室色键抠像技术与计算机虚拟现实相结合的一种新的电视节目制作系统，主要由计算机硬件、软件、现场摄像机、摄像机跟踪器、图形图像发生器、色键器以及视/音频切换台等组成。,1、,虚拟演播室,传统色键抠像过程：演员位于蓝色背景前，摄像机拍下前景信号,(,演员,),并馈入色键器，然后与从录像机或者计算机输出的视频信号,(,背景,),进行混合。特点：当摄像机位置移动或镜头推拉使前景变化时，背景不能随之变化，前景和背景互不关联，因此前景人物好象飘浮在背景上，合成画面生硬。,2、,与传统色键抠像区别,虚拟演播室技术：背景画面的变化与前景的变化同步，甚至前景人物能穿插于背景物体之中，两者紧密联系形成有机的融合，即背景图像随摄像机镜头的运动而随之相应变化。因此系统中需图形计算机与摄像机的追踪系统相连，以实时得到摄像机的瞬时位置信息。有无摄像机追踪系统和图形计算机，是传统抠像和虚拟演播室的主要区别。,虚拟演播室技术的关键：用摄像机的位置和镜头等变化来控制计算机中的“虚拟摄像机”，使它的位置和镜头变化与“实际”同步，这样它所拍摄的虚拟场景的镜头变化和实际摄像机拍摄的主持人的镜头变化一致，将他们进行色键效果处理之后，得到的画面才真实自然。,3、,虚拟演播室功能,制景费用低廉、更换布景方便。虚拟演播室技术的应用使真实演播室可以变得非常简单，演播室面积无需太大，只要铺满兰幕就行，省去了复杂的搭景和灯光照明，而且换景便利、快捷，可大大缩短节目制作周期。,3、,虚拟演播室功能,便于发挥主创人员的创意。虚拟演播室的背景画面可以是真实拍摄的场景，也可以是用计算机创作出的图像。节目人员可以充分发挥艺术想象力来构思场景而不受外景或搭景条件的限制，在有限的空间里实现无限的创意。,实现,其他技术难以完成的特技。例如物体可以不顾重力原理而悬浮在空间、一个物体可以从另一物体中往上升、视频图像可以在任一平面上显示出来、场景可由动态物质构成、分子大小的物体能立即变成巨大的物体、以数据为基础的所有信息可作为一层视频信号实时地进入演播室等。,应用举例,英国EPO公司制作二战中被毁的一座大型教堂的建筑结构的录像。教堂尚未重建，但用超级计算机制作出教堂的立体画面，用一台虚拟的摄像机从各个角度做推拉、旋转等动作拍摄。30分钟画面用了68周时间，一座宏伟的教堂便“出现”了。,应用举例,虚拟采访。利用从外地传来的被采访者在蓝色幕布前的信号，先经过一次抠像再进入虚拟演播系统。通过插入的视频可将被采访者与演播室中的播音员实时结合在一个虚拟背景中，两个人物可以面对面的交谈和表演，对观众来讲就好象真的把被采访者请到了演播室中一样。,虚拟人物,表,表演。在,真,真人身上,各,各重要关,节,节处装传,感,感器，传,感,感器的各,组,组数据传,到,到工作站,中,中用于控,制,制已制成,的,的虚拟动,画,画人物的,关,关节活动,，,，使它完,全,全实时地,模,模仿表演,者,者的动作,。,。,虚拟动画,人,人物与真,人,人同时出,现,现在同一,个,个虚拟背,景,景中，并,相,相互配合,，,，互换位,置,置和交谈,。,。这在已,往,往的演播,室,室制作过,程,程中是无,法,法想象的,，,，也会给,节,节目带来,新,新奇感和,神,神秘感，,从,从而最大,程,程度地娱,乐,乐观众。,二、虚拟,演,演播室系,统,统构成,虚拟演播,室,室与传统,演,演播室大,不,不相同，,它,它是以计,算,算机三维,动,动画“虚,拟,拟”出的,场,场景取代,道,道具实景,为,为主要特,征,征。摄像,机,机所拍摄,的,的现场已,不,不是一般,意,意义上的,主,主持人或,演,演员活动,的,的地方，,而,而是虚拟,画,画面应用,空,空间的组,成,成部分，,它,它的实际,意,意义仅仅,是,是其空间,场,场地尺寸,的,的大小。,、蓝场,实,实景现场,现场所有,布,布景全部,由,由单一的,蓝,蓝色所取,代,代，以作,为,为将来抠,像,像的基准,色,色。图像,的,的前景是,不,不同机位,的,的摄像机,拍,拍摄到的,主,主持人的,画,画面素材,。,。主持人,所,所在的实,景,景现场的,全,全部蓝色,区,区域将被,合,合成到计,算,算机三维,动,动画生成,的,的虚拟场,景,景中。,与传统的,人,人工搭建,的,的舞台或,演,演播场地,相,相比，虚,拟,拟三维场,景,景应用于,演,演播室可,以,以说是演,播,播室技术,的,的一次革,命,命。不仅,制,制作成本,大,大大降低,，,，制作周,期,期缩短，,虚,虚拟场景,的,的可随意,更,更改的特,性,性，极大,地,地满足了,导,导演的创,作,作需要。,虚拟演播,室,室用的实,景,景现场虽,然,然简化成,了,了单一的,蓝,蓝色，但,决,决不是任,何,何东西都,不,不需要了,。,。如果节,目,目中要表,现,现主持人,从,从楼梯上,走,走下来，,那,那么现场,也,也必须设,置,置一些涂,成,成蓝色的,几,几何块状,物,物体作为,“,“楼梯”,以便与,电,电脑中生,成,成的楼梯,相,相配合。,、摄像,机,机及跟踪,系,系统,虚拟演播,室,室专用摄,像,像机数量,通,通常为二,到,到三个。,专,专用摄像,机,机区别于,传,传统摄像,机,机，除了,镜,镜头和云,台,台以外，,均,均配有运,动,动检测和,识,识别系统,，,，即摄像,机,机跟踪器,。,。,虚拟演播,室,室能否正,确,确判断摄,像,像机、主,持,持人及虚,拟,拟背景之,间,间的相对,位,位置关系,，,是实现前,、,、背景图,像,像完全同,步,步联动、,再,再现起初,的,的透视关,系,系的关键,。,摄像机跟,踪,踪系统就,是,是用来检,测,测和提供,摄,摄像机运,动,动参数和,演,演员位置,参,参数的系,统,统。,摄像机的,运,运动参数,包,包括镜头,运,运动参数,(,变焦、聚,焦,焦、光圈,),、机头运,动,动参数,(,摇移、俯,仰,仰,),以及空间,位,位置参数,(,地面位置,X,、,Y,和高度,Z),等。这些,参,参数的获,取,取对虚拟,演,演播室系,统,统来说是,至,至关重要,的,的,，,它会直接,影,影响到合,成,成图像的,效,效果。在,二,二维虚拟,演,演播室中,，,一般只需,要,要跟踪摄,像,像机的镜,头,头运动参,数,数,(,变焦、聚,焦,焦,),和镜头运,动,动参数,(,摇移、俯,仰,仰,)，,而在三维,虚,虚拟演播,室,室中,，,还需跟踪,摄,摄像机的,空,空间位置,参,参数,(X,、,Y,、,Z),。目前常,用,用的摄像,机,机跟踪系,统,统主要有,机,机械传感,器,器和图形,识,识别方式,。,。,虚拟演播,室,室系统配,备,备的计算,机,机既有基,于,于,WindowsNT,系统平台,的,的,PC,机，也有,基,基于,Unix,系统的图,形,形工作站,。,。它除了,调,调用和调,整,整事先做,好,好的三维,虚,虚拟场景,外,外，还负,责,责向图形,发,发生器传,输,输图像数,据,据及处理,由,由摄像机,跟,跟踪器传,来,来的摄像,机,机运动数,据,据。,、计算,机,机部分,图形发生,器,器根据主,机,机传来的,摄,摄像机运,动,动数据实,时,时地计算,出,出虚拟的,三,三维电脑,场,场景的运,动,动，以保,证,证其输出,的,的虚拟背,景,景与真实,的,的前景同,步,步。有的,图,图形发生,器,器的运算,需,需要数帧,左,左右的时,间,间，因此,，,，摄像机,拍,拍摄的画,面,面也必须,有,有一个同,样,样帧数的,延,延时，这,样,样才能确,保,保真实场,景,景与虚拟,场,场景的吻,合,合。,三、虚拟,演,演播室关,键,键技术,、摄像,机,机跟踪技,术,术,要使真实,前,前景和虚,拟,拟背景之,间,间天衣无,缝,缝地结合,，,，摄像机,追,追踪系统,的,的精确度,和,和稳定性,至,至关重要,。,。如果传,送,送给图形,工,工作站的,信,信息没有,正,正确地反,映,映摄像机,位,位置和拍,摄,摄方向等,参,参数，前,景,景物体看,起,起来就像,漂,漂浮在背,景,景上。常,见,见的摄像,机,机跟踪方,式,式可分为,机,机械传感,器,器、图形,识,识别、位,置,置探测三,种,种，代表,分,分别是ThomaFilmtechnik,的,的Walkfinder、Xync,的,的X-pecto,和,和Orad的InfraTrack,。,。,（）机,械,械传感器,该方式是,通,通过安装,在,在摄像机,的,的云台和,镜,镜头上的,传,传感器获,取,取摄像机,的,的动作参,数,数。从液,压,压摇摆头,上,上的编码,器,器得到上,下,下左右位,置,置参数。,编,编码器测,量,量摄像机,上,上下左右,运,运动的角,度,度得到其,位,位置参数,，,，并将数,据,据输入计,算,算机。位,置,置参数的,确,确定是将,摄,摄像机安,装,装在三角,架,架、云台,或,或升降臂,上,上，由三,脚,脚架、云,台,台或升降,臂,臂的参数,决,决定摄像,机,机的位置,和,和高度。RadamecEPO公,司,司生产专,用,用摄像头,，,，Orad等公司,则,则在摄像,机,机上安装,传,传感器。,利用编码,器,器方式检,测,测摄像机,运,运动参数,，,具有处理,速,速度快、,精,精确度高,(,旋转角度,可,可精确到,0.001,，,移动距离,可,可精确到,0.01mm),、工作稳,定,定等优点,。,缺点是每,台,台摄像机,都,都需配备,1,套跟踪系,统,统,，,成本高,，,摄像机的,种,种类及数,量,量受到限,制,制,，,另外摄像,机,机在拍摄,前,前的定位,和,和校正繁,琐,琐。,（）图,形,形识别,图形识别,方,方式是对,通,通过摄像,机,机拍摄的,图,图像的形,态,态识别和,分,分析来确,定,定摄像机,的,的各种运,动,动参数。,要,要求在演,播,播室的背,景,景幕布上,用,用不同色,度,度(例如,深,深蓝和浅,蓝,蓝)绘制,出,出特定的,图,图案。当,摄,摄像机的,运,运动参数,发,发生变化,时,时，它所,拍,拍摄到的,背,背景图案,的,的特征也,将,将发生相,应,应的变化,。,。通过对,此,此图案的,识,识别、分,析,析和运算,，,，从而可,检,检测出摄,像,像机的各,种,种运动参,数,数，包括,水,水平转动,参,参数、垂,直,直转动参,数,数、变焦,参,参数以及,位,位置参数(X、Y,、,、Z)。,目前使用,较,较多的是,网,网格图案,（,即在深蓝,色,色的幕布,上,上用浅蓝,色,色绘制出,特,特定的格,子,子图,），,并且正面,倾,倾斜放置,。,。在实际,拍,拍摄中,，,人物、景,物,物连同网,格,格图案一,并,并被摄像,机,机摄入,，,系统的数,字,字视频处,理,理器可以,利,利用电平,差,差技术分,离,离出浅蓝,色,色网格图,案,案,，,经过识别,分,分析,，,并与计算,机,机跟踪软,件,件及硬件,预,预先确定,好,好的模型,进,进行比较,，,从而获取,摄,摄像机的,各,各项运动,参,参数,，,然后用这,些,些参数去,控,控制虚拟,背,背景生成,系,系统，产,生,生与前景,匹,匹配的背,景,景。,图形识别,方,方式最主,要,要的优点,是,是免除了,编,编码器方,式,式繁琐的,安,安装和调,校,校,，,在拍摄过,程,程中可以,随,随意移动,摄,摄像机,，,增加了摄,像,像师的创,作,作自由度,。,。另外这,种,种方式可,直,直接使用,演,演播室原,有,有的摄像,机,机,，,甚至是便,携,携式摄像,机,机,，,降低了演,播,播室系统,改,改造的费,用,用。不足,：,：,（1）,由于该方,式,式要对图,案,案进行分,析,析、计算,，,数据处