市级电视台虚拟演播室系统的设计与实现

市级电视台虚拟演播室系统的设计与实现

韩启

天津广播电视台电视新闻中心 天津 300000

摘要：随着我国科学技术的发展进步，虚拟演播室技术包括色键技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景、灯光技术和摄像机跟踪技术等。虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形和视频合成技术，根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中的主持人看起来完全置身于计算机所产生的三维虚拟场景中，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。

关键词：市级电视台；虚拟演播室系统；设计与实现

引言

为了丰富本台自办节目的内容，我们新开设了很多栏目，当然也需要更多的演播室场景来配合各个节目主持人出镜。按传统演播室的工作流程，需要在演播室内搭建实际场景，但实景除成本高外，还要有一定的施工周期，可能会影响节目的正常录制，且实景做好后，想要修改非常麻烦，成本又高；不同栏目之间的实景更换、灯光布置、摄像机位等方面都存在着很大的局限性。

1虚拟演播室系统概述

虚拟演播室系统是近几年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统,在虚拟演播室系统中,现场视频可以实时地与计算机产生的三维图形完美无缺地集成在一起,构成一个现实中不存在的但是在电视画面上却又起到演播室作用的那种假想的新的环境和气氛,并可极为灵活地根据用户的需求进行定制,1台工作站可与多台摄像机连接,摄像机可在演播室中随意移动,它突破了传统布景、道具、灯光、场地等演播室制作工艺的限制,虚拟模型可使用户在布景、拆景及储存道具方面节省大量开支,虚拟演播室无需很大,可是却为制作人员提供了无限自由的创作空间。

2虚拟演播室系统设计

2.1设计原则

系统设计坚持“技术的先进性，使用的实用性，价格的合理性”的原则。在满足节目录制要求的情况下，充分考虑系统的可用性、规范性、可靠性、安全性、兼容性，同时具有系统的先进性、良好的升级、扩展能力，满足客户需求、照顾长远利益、为用户提供性能价格比最优的系统。

2.系统设计思路

虚拟演播室系统是以视频流的软件图像处理为主，软硬件结合，涉及电子、机械、计算机、图像处理、光学、控制算法等的复杂系统，有很多硬件设备可以选用，也有很多设计方案可以采纳，不同的设计方案会出现不同的效果，因此如何选用一种最为经济实用、高效、功能强大、被用户接受的方案是设计者的首要任务。我台选用的TOP3D-SET系列真三维虚拟演播室系统是目前世界上渲染能力很强的虚拟演播室，是国内首家具有广播级图像输出的真三维虚拟演播室。系统具有三维空间、三维模型和三维跟踪，广播级图像输出，可同时实时渲染一百多万个三角面片以上、两百多兆纹理贴图、八盏全部类型的灯光及指数型光照模型、多路活动视频，因此可以实现大场景、精细化、色彩丰富、任意组合的虚拟光效及特技效果的虚拟场景，系统稳定性强，建模人员可以无所顾及的以任意复杂度逼真建模。系统的功能极为强大，四视图轨迹编辑，基于时轨的播出控制，任意虚拟物体、虚拟灯光、特技效果均可按场频进行任意运动、旋转和缩放，而且它们的属性也都可以实时调整。系统具有世界上最好的跟踪系统，具有瞬间初始化定位，无需任何测量、稳定好、抗干扰能力强、精度高、频响快等特点。

3虚拟演播室系统在电视台中应用优化策略

3.1定位跟踪系统

定位跟踪系统是高清虚拟演播室的核心系统之一，其同样也是方案设计、节目编排的重要环节。一般来说，利用定位跟踪系统需要采用多种虚拟录制技术来实现其功能，包括以下几个方面。首先，识别定位系统，其优势在于定位速度快，能够在短时间内完成所有机位的定位工作，不需要在摄像机上安装其他设备，所以相较于机械传感器而言投资额相对较小。大多数情况下可以直接生成准确的跟踪数据，能够根据运动的频率、镜头变化情况以及参数进行调整。当然，该类型的设备应用时有一定的前提条件，那就是需要保持在一定的网格范围内才能够实现其功能。其次，系统采用机械传感器跟踪装置，这种装置能够随时感知多种数据参数并将这些参数发送到图形工作站当中。在使用这个功能时，本身机械传感器能够获取全方位的数据，所以能够有效弥补机械传感器水平角度上存在的问题，提升数据获取的效率与效果。在弥补网格传感器的局限性的同时，还可以有效提升机械传感跟踪效率，使得虚拟置入技术的应用效果得到拓展。最后，小红外传感系统。该系统的优势在于能够实现自由移动拍摄与交叉拍摄，这样一来可以捕捉到摄像机上红外摄像头发出的信息，同时能够实时获取摄像机运动参数，发送给设备，从而实现移动摄像机的精准定位。通过上述三种不同类型的跟踪定位系统，能够弥补单一跟踪不足的问题，更能够实现极短时间内的迅速定位。

3.2实时渲染平台

实时渲染平台是建立在数据跟踪、信息处理之上的计算机软件处理平台。其特征是结合了跟踪数据的系统优势，通过对虚拟场景实时渲染、文字信息图像信息快速转换等方式来实现数字信号的输出。与传统的制作流程相比，实时渲染平台可以借助专业图形渲染卡进行渲染，它的处理能力强，更适应复杂多变的场景环境。同时，该系统在应用时能够获得更高质量的素材，提升质感，且具有良好的场景通透性。除此之外，内置线性键、色键，所以可以实现虚拟演播室的图像处理，同样可以作为叠加输出，具有良好的拓展性。实时渲染平台的存在还能有效提升系统的稳定性、可靠性，对于处理一些微小延迟问题也具有不错的效果。

3.3虚拟场景制作

虚拟场景的制作主要依赖于3Ddesigner软件来进行。通过这种软件，能够完成第三方图文模型的制作，首先需要进行建模，根据贴图打光后的情况来选择贴图信息进行处理，并保存为相应的格式文件。其次，考虑好模型面数，最好不要超过一万个四边面，同时在进行制作时要考虑到不同坐标的位置，确保场景内部的坐标值具有良好的匹配性，同时需要做好不同物体层的顺序架构，不要出现相互影响、遮挡的情况，确保虚拟场景的制作效果。最后，确定3Ddesigner的场景制作工作基本完成后，再将其导入软件中进行测试，主要包括有动画的编辑、视频开窗处理以及实际站位测试等等，同时确定场景效果达到预期目标后，再进行存量模板的保存，测试通过后即可进入最后的播出阶段。

结语

虚拟演播室突破了传统演播室的限制,不但能节约大量投资,而且还能省掉布景和道具的存储空间和外景场地,可以为制作人员提供更大的创造空间,对提高电视节目的创作水平、降低节目制作费用有着显著的作用,并且虚拟演播室技术是一项不断改进的新技术,随着数字视频技术和计算机多媒体技术的发展,虚拟演播室技术将发挥更大的作用

参考文献

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