三维虚拟演播室在MOOC制作中的应用*

◆刘京洙 马金钟

作者：刘京洙，工程师，延边广播电视台，研究方向为电视节目编辑；马金钟，延边大学副教授，研究方向为学习资源开发、教师信息化专业发展（133000）。

随着数字视频技术、计算机技术的不断发展，虚拟演播室技术也得到大幅度提高，尤其是如今的真三维实时场景的合成以及嵌入式场景的生成给视频制作带来新的视觉感受。本文从三维虚拟演播室的技术特点、MOOC的教学设计要求两方面探讨三维虚拟演播室与MOOC制作相结合的教学价值，并以课程的制作实例探究MOOC课程制作中采用三维虚拟演播室的制作过程和教学效果。

1 MOOC的发展及其制作技术

MOOC也译作慕课，即大规模开放在线课程。该教学形式2011年兴起于美国，并在2012年迅速引发全世界的关注，其三大平台Udacity、Coursera、Edx分别由斯坦福大学、麻省理工学院与哈佛大学创办，截至目前已经近千门课程上线，吸引了世界数百万学习者的目光，也给那些渴望学习的人带来更多的学习机会[1]。2013年，国内的部分高等院校和企业，如清华大学、北京大学、上海交大、北京航空航天大学等先后推出自己的平台及MOOC课程，新东方、果壳网、智慧树等企业也相继都推出MOOC学习平台。MOOC最典型的一个特点是课程是由一系列教学视频组成的，也就是说，制作视频是制作MOOC的最基本形式。

至此，关于MOOC的制作技术的研究开始进入人们的视野。多年电视课程制作的实践表明，结合现代教学理论、学习理论，结合现代的虚拟现实技术能够制作出让学生更加愿意参与学习、可以更好地帮助学生学习的优质课程。

MOOC的制作过程基本可以分为前期准备、撰写脚本、PPT课件制作加工、录制教师授课情景、后期制作、输出为流媒体文件这些环节。对于教学场景一般是选择在教室，这也是以前视频公开课常用的办法，但这样的教学效果往往不是很理想，所以作为技术人员，更倾向于使用专业演播室进行录制。在任课教师充分准备后（即做好教学设计、确定好每次讲解的知识点），在演播室准备多台摄像机（一般两台即可）布置好相应的灯光、录音设备，保证画面的亮度、录音的良好信噪比，无杂音。MOOC教学视频因为在网络平台播出，所以质量可以说定位比较高，像广播电视中的访谈节目。此外，还要配置专业液晶监视器、专业领夹话筒，其原因是尽可能保证后期编辑画面相互使用过程中不产生色差及良好的兼容性。

但是，这种完全的实景拍摄有时候不能带来良好的视觉效果，比如语言教学中谈到购物场景时，这种实景就不容易表现，对学生的学习就缺乏足够的吸引力。那么怎样才能改变这种状况，让教学视频体现出类似真实生活场景的对话呢？显然，现代的视频技术中三维虚拟演播室可以一展身手。

2 三维虚拟演播室的技术特点

虚拟演播室技术是近年来发展起来的，融合了计算机虚拟现实与传统演播室色键抠像以及多媒体、三维和网络技术的综合媒体技术[2]。利用虚拟演播室，可以将系统中的三维虚拟场景与现实摄像机拍摄的人物活动图像实现实时合成，而且通过传感技术、嵌入技术，可以使人物与虚拟背景的变化在空间纵深、景别大小、比例对比方面都能实现完美融合。

三维虚拟演播室通常由高清摄像机（一般2～4台）、摄像机跟踪系统（有单通道和多通道之分）、图形工作站以及色键合成器等部分组成。摄像机的作用是摄取蓝色幕布前真实的人或物，其跟踪系统主要用于获取摄像机与人或物在演播区中的实际位置参数和动作参数；图形工作站存储了大量场景，也可以实时生成新的场景；色键合成系统则将摄像机获取的前景和计算机虚拟场景合成为一个新的虚拟场景。有些公司自主研发的强劲、高效的Mariana三维渲染引擎，为三维虚拟场景、三维虚拟图文应用提供功能强大的渲染平台，给人以更加酷炫的视觉感受。

目前，三维虚拟演播室得到技术更新，比如在演播现场增加了嵌入技术，可以通过蓝屏抠像方式在演播区设置多个嵌入屏幕，可以让观众实时观看切入的资料性视频画面，增加了现场的融入感。

3 MOOC的制作实例分析

利用三维虚拟演播室制作视频课程，首先是对课程各教学环节进行细致的信息化教学设计，就是分离出哪些教学内容需要采用实景与虚拟场景结合的方式。大致分为演播室场景建模、蓝箱拍摄制作、后期效果合成。演播室建模前，设计师要根据前期的资料收集绘制出场景的平面图，并通过三维建模软件在计算机中绘制出场景模型。如果不是建模，也可以事先准备好相关场景的视频素材。作为MOOC创作者，要对电视构图、镜头语言有比较深入的了解，能够很好地结合蓝屏抠像技术，将教学的对话场景充分地展现。

对于蓝箱的设计应考虑以下几个方面的问题[3]。

一是要设计好蓝箱的位置。教师及相关教学行为都会在蓝箱区域完成，所以蓝箱设计时要考虑到演播室的高度和活动区域的宽度，避免出现画面“穿帮”，即现场摄像机摇到蓝色背景以外。

二是应保证蓝箱内光照均匀，避免出现黑斑和白斑。布光是在演播室上方安放30多个三基色荧光灯，并用照度计对所拍摄区域进行照度测试，以保证均匀布光。布光中要注意合理调配灯光，使前景与虚拟背景的照明亮度及方向匹配。同时也要处理好主讲教师或者其他教学人员的影子问题，主持人及真实道具在蓝箱中投下的影子也要随主持人及道具一起进入虚拟空间。另外，演播室应该使用冷光源，因为蓝箱的主色调为蓝色，而且冷光源不会使整个教学空间温度过高而影响教师的教学状态。

录制视频采用的是松下AJ-PHX393MC高清摄像机，并采用1920×1080分辨率录制成AVI文件，可以采用大洋、Edius7.0等高清编辑系统进行后期处理，包括视频画面的剪辑、特效的制作、字幕的叠加、片头片尾的制作，最后采用H.264编码成MP4格式文件用于发布或供学生下载学习。

据调查，国外每门MOOC课程的制作费用在2万～4万美元不等，全部来自于基金的投入[4]。国内MOOC的制作资金支持多数来源于学校的投入，而且个别学校资金短缺，投入较少，很难保障高质量MOOC的拍摄与制作，对于普通教师想制作自己的MOOC难度就更大。本文研究的借助三维虚拟演播室技术可以在花费较少的情况下创作出视觉效果很好的课程。这从很大程度上减轻了学校的负担，也给更多教师带来机会，为更多课程实现网络课程覆盖奠定了技术条件。

4 结论

通过利用三维虚拟演播室进行MOOC制作的方法，不仅能得到比较完美的课堂教学效果，有利于吸引学生的目光和提高学生学习的兴趣，而且也能够节省制作时间及大量的置景费用，节约后期合成的时间，有效地提高工作效率。这对于当前大力发展高校联盟MOOC、开发校内SPOC，以此推行翻转课堂教学的教学改革，三维虚拟演播室无疑起到非常重要的作用。有理由相信，在计算机技术不断发展的今天，三维虚拟演播室系统必会有更大的发展空间，随之发展的MOOC制作技术也会日臻完善。

借鉴MOOC思想，极大地发挥互联网在教学中的作用，也是现代大学教学理念的一次更新。中国式MOOC必将在新技术的推动下不断取得新发展，不断走向国际化的教育视野，在教育信息化的道路上迈出坚实的脚步。■

[1]宋灵青.MOOC时代教师面临的挑战与专业发展研究[J].中国电化教育,2014(9):139-143.

[2]李伟.虚拟演播室技术在教学视频资源建设中的应用研究[J].科技视界,2015(3):119-120.

[3]荣旻,沈佳茹.虚拟的力量:电视节目制作中的真三维虚拟演播室技术应用及效果分析[J].电视工程,2009(1):40-44.

[4]陈学慧,赵鲁涛,等.MOOC类课程影音制作方法研究[J].中国大学教学,2014(8):69-72.