虚拟演播室技术及其在电视节目制作领域的应用

视频基地『Ｖｉｄｅｏ

播奠随着电子信息技术的发展虚拟现实技术越来越多地渗透进我们的生活除了三维仿真

虚批演播室系统是一漫游游戏这些传统应用虚拟现实技术已经开蛄在电视节目制作领域崭露头脚．虚拟演播室

就是虚拟现实技求和传统演插室色键抠掉技术相结台在电视节目制作领域的应用。它将真实

摄像机所拍摄的画面与计算机制作的虚拟场景实射完美地结合起来臼ｊ造出令＾异想天开的

虚拟世界。虚拟演播室的应用使得电视节目制作者摆脱了时间空间及道具制作方面的限制

极大地提高了电视节茸创作与制作能力。并且由于虚拟场景的制作修改保存都是在计算机

中进行省去了真实场景的措建拆卸储藏等环节降低了节目制作费用缩短了节目制作

周期提高了演播宣效率、璜新颖的电越节ｇ制作方式他结古了色键技术摄像扎跟踪技术压先避舵图形生成挂￥．本文在介绍７虚拟演播室基本原理和系统构咸的基础上对所涉＆到的一些曩链技术进行了分析．

并介绍７谊拄术≈电祝节目

制作领域的＆ｍ．

＊薯调２．虚拟演播室基本原理

虚拟演播室是在传统演播窒的基础上增加了三个子系统包括能获取撮像机运动参数的摄

像机运动踉踪系统能实时生成与前景田像保持正霸透视关系的背景图像的图形计算机将来

自摄像机的真实前景和图形计算机所生成的虚拟背景ｆ又称虚拟场景）台成并输出的色键台成

器。典型的虚拟演播室的工作原理是将摄像机拍摄到的以蓝箱为背景的人物景物送到色键器

作为前景画面．同时通过摄像机运动跟踪系统将采集到的摄像机运动参数送给豳骺计算机然

后图形计算机根据摄像机运动参数生成台适的虚拟背景画面和遮挡信号并按照遮挡信号提供

的关系通过Ｚ轴深度键和色键技术将前景画面与虚拟背景画面进行色键台成使真实人物

景物与虚拟场景之间。同步联动“

景中的画面输出形成正确的透视关系虚拟出真实演员置身于。真实“场虚搬漓揖宣１盘拟场景ｌ扳像帆跟蹿技术ｌ色健

６６影视科怍ＩＪｕｎｅ２０１０万方数据

Ｖｉｄｏｏｌ视频基地

３＿．虚拟演播室的构成

套虚拟演播室主要由撮像机跟踪系统虚拟背景生成系统及视频合成系统构成

３１摄像机跟踪系统

虚拟演播室如何正确判断摄像机主持人以及虚拟背景之间的柑对位置关系是实现前 背景国像完全同步联动的关键

所在。因此就需要有一个能够实时幢测和提供摄像机运动参数的系统这就是摄像机的跟踪幕统。摄像机的运动参数包括镜头运动参数ｃ变焦．聚焦光圈｝机头运动参数（摇移俯仰厦可旋转角度的数值）厦空间位置参数（地面位置ｘ

要跟踪摄像机的空间位置参数。目前跟踪技术主要分为机械传癌嚣蹑踪图形识别跟踪红外跟踪三种。

３Ｙ和高度ｚ）等。在二维虚拟演播宣中一般只需要跟踪摄像机的镜头运动参数和机头遥动参数。而在三维虚拟演播室中还需２虚拟背景生成系统

虚拟演播室中的背景图像可以是来自录像机或其他节目源的活动图像也可以是静止的图像或图片利用最多的是虚拟

场景也就是由计算机创作的二维或三维图形。虚拟场景的制作可分为几个步骤首先要对场景中的所有物体进行建模也就是设计物体的外形和尺寸，在建立一个模型的同时计算机将他们分解成许多个多边形般是三角形然后定义个轮廓．在每个多边形上旌加材质可以是筒单的颜色也可以是材料再把图像或照片施加在多边形上以产生逼真的效果。其次是将模型在虚拟场景中定位使用虚拟灯光产生所需要的灯光效果如阴影高光反射和折射。最后是制作在实际拍摄过程中虚拟场景出现的事件序列和特技效果。

在摄像机运动参数控制下背景生成系统对预先制作好的虚拟场景信号进行处理实时生成与前景有正确透视关系的

背景图像。这就意味着背景生成系统必须要对视频画面以２ｓ帧／秒（ＰＡＬ制）或３０帧／秒｛Ｎ制）的速度实时处理数据流。如果生成的是三维虚拟场景其计算量非常大。在不降低图形照明度阴影纹理和建模结构的前提下提高图形刷新速率成为实时生成虚拟背景的关键。

３３视频合成系统

背景的视频图像只有与前景的＿睨频图像混台后才最终完成虚｝ｃ【演播室节目制作。前景与背景的视频合成是通过色键台

成器实时完成的。为保证台成准确应使拍摄视野中的蓝箱处于均匀照龋之下．要台理调配灯光使前景与虚拟背景的煦明亮度及方向匹配另外主持＾疑真实道具在蓝箱中投下的彩子也要睦主持人厦道具一起进＾虚拟空间，为提取阴影灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大区剐影子的方向也要和虚拟空间中光源方向致；蓝箱应使用纯正的色键蓝色其空间大小应保证演员有足够的移动范围。

另外．由于图形计算机创建出来的三维虚拟场景中每一个像素都带有深度信息这便引出了深度键的概念。果用层发等

级深度键可将物体分为有限数目的深度层次使物体旧实现相互遗挡当真实人物景物与虚拟景物动态遮挡时通过深度键技术就可以实现逼真的三维效果。

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