基于VRP的虚拟演播室灯光照明系统设计

刘 霞， 吴 迪， 高 杰

(天津中德职业技术学院 影视动画教研室，天津 300074)



基于VRP的虚拟演播室灯光照明系统设计

刘 霞， 吴 迪， 高 杰

(天津中德职业技术学院 影视动画教研室，天津 300074)

基于VRP虚拟现实技术，打造了一个自由开放的虚拟演播室灯光照明交互系统，用户不但可以自由地在虚拟演播室中进行漫游浏览，而且还可以根据学习需要自主地对仿真环境下的灯光照明效果进行控制。利用虚拟现实技术提供了一个很好的教育教学平台，有效地提高了学习者的学习兴趣与学习效果。

VRP； 虚拟交互； 虚拟演播室

0 引 言

当前，基于VRP的虚拟交互设计已成为诸多领域的应用热点，结合影视动画灯光教学的实际需要，为能实现一种异于书本呈现效果的立体影视教学模式，也为能向学生提供一种自由开放的实践学习方式，做到“教学做”一体的有效结合，尝试利用VRP来设计打造一个三维虚拟的演播室灯光照明学习系统。

1 系统整体设计

虚拟演播室照明实验系统是以辅助影视照明课程实验教学为目的，以本校影视动漫制作中心为实物模型，通过虚拟现实技术构建的一种“浸入式”的演播室虚拟情境[1]。该系统主要用户是影视专业的教师和学生，用户可以自由地在虚拟演播室的环境中进行灯光照明效果的控制。

考虑到用户的需求，该系统包含以下功能：

(1) 手动漫游功能。用户可以使用鼠标控制运动方向，键盘控制运动，并且可模拟摄像机焦距的变化形式，让用户对虚拟演播室可以进行浏览；

(2) 设备展示功能。虚拟演播室照明实验系统以真实的演播室及照明设备为模型构建，其开发的基本目标是让用户可以浏览演播室中的各种照明设备；

(3) 仿真交互功能。可以通过相应的控制按钮对演播室中照明灯光效果进行控制，灯光效果的展示是系统设计中最重要的一项功能，是实现学生自主学习的核心部分。

2 模型建立和优化调整

2.1 模型建立

我校影视动漫制作中心位于校工业中心四层，占地近300 m2，根据现有场地情况、功能需求等因素，将整个制作中心划分为演播室、控制室、编辑室、储物室等多个区域，详细布局如图1所示。

图1 影视动漫制作中心布置平面图(cm)

虚拟演播室照明实验系统中的制作中心三维模型是按照制作中心的实际尺寸与布局建立的。

在该影视动漫制作中心内，划分出约150 m2(13 m×11.75 m)区域作为演播室，室内通高9 m，演播室内提供了100多个座位的看台，中心内配备先进的专业级高清音视频制作设备，可以保证节目制作质量。按照我校演播室布局建立演播区域模型。

2.2 模型优化调整

学习版VRP软件对模型的数量、面数有着一定的限制。因此在模型的建立初期，就要严格控制每个模型的面数，不能设计得过于复杂[2-4]。在导出生成.VRP文件时，会看到整个模型的数量、面数、刚体动画数量、软体动画数量等模型信息显示，如图2所示。一旦超出所限制数量，部分模型将不会被显示，导致整个虚拟系统出现不可预知的错误[5]。根据导出的显示信息，需要对模型进行反复的优化调整，如减少模型的分段数，合并同类模型等操作，以保证后期交互设计的顺利进行[6-9]。

图2 导出信息显示

3 虚拟交互设计

3.1 虚拟场景浏览

为使用户能够对整个虚拟场景的环境能够有所了解，该交互系统可提供自主漫游的功能。即操作者可通过键盘的W、S、A、D键来控制人物行进时的前、后、左、右方向，点击鼠标左键也可直接指定目的地，虚拟人物会根据所指定位置自行前进，如图3所示。

图3 虚拟场景人物行进控制示意图

VRP具有高效、快捷、精确的碰撞算法，在虚拟环境浏览中，对场景中的各虚拟模型同时开启碰撞检测，可以实现更真实的仿真环境[10-12]。故在进行虚拟人物交互控制时，对于场景中的建筑墙面、座椅、摄像机等各类设备均开启了碰撞设置，如实体环境般不可穿越。而在该交互系统中，为系统主体区域演播室的门进行了自动开关的设计。根据系统交互需要，利用VRP对演播室门模型进行了距离触发设置，脚本如下：进入时动作触发：播放刚体動画,vrp_rigiddoor,2,0,1；离开时动作触发：播放刚体動画,vrp_rigiddoor,7,0,1。

对演播室自动门进行了距离触发设置后，当虚拟人物靠近演播室的门时，门会自动打开，当人物远离时该门又会自动关闭。

3.2 虚拟灯光控制

根据影视灯光的基本布光技巧，在虚拟演播照明中着重对人物主体布光进行虚拟交互设计。在对人物进行布光时，为了做到形神兼备，往往要十分注意人物面部的细部特征，常用一个钟面图来分析人物面部布光的灯光空间位置。

当鼠标滑过该交互系统的下方时，会呈现一个主体人物的灯光空间位置钟面图，如图4所示，该钟面图分为水平钟面(H面)和垂直钟面(V面)。

图4 主体布光钟面示意图

在主体布光的水平钟面和垂直钟面上分别设置了交互控制按钮，当鼠标移动到灯光相应的空间位置时，会出现该位置灯光的交互控制按钮，如图5所示，当打开人物正面光照控制按钮时，即会呈现灯光在该位置照射主体人物时的面部照明影调效果，如图6所示。又如，当打开位于人物下方的仰射光控制按钮，如图7所示，即光线由人物下方向上照射效果如图8所示。

图5 正面光照控制按钮图6 正面光照面部效果图

图7 仰射光照控制按钮

除了单独的主光照明交互控制外，该照明实验系统还提供了一些组合灯光照明效果，如图9，10所示。

通过对人物主光的水平钟面(H面)和垂直钟面(V面)光照的交互控制来实时动态的展现不同位置光照的人物面部效果，为学习者提供了真实、形象、直观、便捷的影视灯光照明学习环境，增强了学习者的学习兴趣与知识吸收效果[13]。同时为了营造一个和谐、愉悦的学习氛围，在该交互系统中添加了优美的背景音乐，当鼠标滑过系统界面的右边缘时，会出现背景音乐音量控制滑块，如图11所示，学习者可以根据个人学习习惯灵活的对背景音乐进行控制调节。

图8 仰射光照面部效果图图9 其他光照控制按钮

图10 复合光照面部效果图图11 背景音乐音量控制滑块示意图

4 结 语

虚拟现实技术已越来越多地被应用到教学当中，影视制作类专业具有很强的实践性，且实验设备又比较昂贵，而虚拟现实技术则打破了时间与空间的限制，提供了一个很好的教育教学平台，真实生动、情境化地展示演播室的虚拟现实环境，为学习者提供了极大便利，能够有效的提高学习者的学习兴趣与学习效果[14-16]。今后，将继续关注计算机图形图像技术发展，将虚拟照明实训系统不断进行提高与完善，为教学、培训、影视动漫节目制作等领域提供更好的技术与服务。

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Designing of Virtual Studio Lighting System based on VRP

LIUXia,WUDi,GAOJie

(Department of Art and Animation, Tianjin Sino-German Vocational College, Tianjin 300074, China)

Based on VRP virtual reality technology, this paper creates a freely open interaction system for virtual studio light control. The users not only can freely browse in virtual studio, but also can autonomously effectively control the light according to the needs of learning under the simulation environment. It provides a very good education teaching platform by using virtual reality technology, and effectively improves the learning interest and learning effect of the learners.

VRP; virtual interaction; virtual studio

2015-01-14

刘 霞(1981-)，女，河北阜城人，博士，副教授，主要从事声像专业教学和计算机辅助教学研究工作。

E-mail: yanzipost2004@163.com

TP 399

A

1006-7167(2015)08-0098-03