影视艺术类高校虚拟演播室升级改造探讨

黄 河 钟康云浙江传媒学院 浙江杭州 310018



影视艺术类高校虚拟演播室升级改造探讨

黄 河 钟康云
浙江传媒学院 浙江杭州 310018

摘 要：随着高清影视技术的迅速发展，虚拟演播室也产生了适合高清影视制作的高清虚拟演播室，这一技术的应用大大满足了高清节目制作和播出的需要。对于浙江传媒学院升级改造过程中所考虑的技术要求、系统构成以及相关问题进行了探讨。

关键词：高清虚拟演播室；摄像机跟踪；网格识别；虚拟演播室渲染引擎（HDVG）

自从Eugene·L于1978年提出了电子布景（Electro Studio Setting）概念以来，随着计算机、多媒体图形图像处理、虚拟现实（Virtual Reality）等相关技术的飞速发展及相应硬件设备性价比的不断提高，虚拟演播室技术在电影电视制作、科研、教学等领域得到了广泛的应用。

虚拟演播室技术于1992年开始进入实用阶段。在1993年IBC展览会上，以色列ORAD（傲威公司）首次展出了世界上第一套基于图像识别的真三维虚拟演播室系统，不久以色列的另外一家厂商RTSet推出了基于机械传感器跟踪技术的真三维虚拟演播室。此后的不到30年中时间里，世界各地的虚拟演播室厂商陆续推出了自己的专业级产品，国外Accom公司的ELSETLIVE系统，E&S公司基于WINNT 的MINDSET系统等，以及2000年之后国内大洋的VRSET、奥维迅的AVSET、新奥特也相继推出了自己的虚拟演播室产品。

虚拟演播室作为数字演播室发展的新技术已经在中央电视台、各省级电视台、教育行业、企业等相关部门得到应用。中央电视台从20世纪90年代末期引进的国内第一套ORAD虚拟演播室后，浙江传媒学院作为专业的影视类院校也引入了一套ORAD的虚拟演播室进行教学科研活动，是国内高校最早引入虚拟演播室的专业院校之一。期间经过从二维到三维升级换代以及演播室小设备的更新等，到目前也有十多年的使用时间。十多年来为学院的实训实践教学、电视台的节目录制及教学科研做出了很大的贡献。随着影视制作行业及教学科研要求的不断提高针对老的虚拟演播室进行大的升级换代也迫在眉睫，以下就虚拟演播室升级换代的几方面问题进行探讨研究。

1　改扩建的必要性及目的

我校作为影视类专业院校，虚拟演播室在教学科研中担当着重要的作用，是国内较早将虚拟演播室用于实践教学的高校，在播音与主持、文艺编导、影视节目制作等多个专业开设了播音创作、现场口语报道、电视演播厅制作、灯光照明等课程及虚拟演播室实践与应用全院公开课都在虚拟演播室进行，同时电视台几档电视栏目也在虚拟演播录制。但是随着教学科研要求的不断提高及影视技术快速发展，目前我校的专业虚拟演播室（使用年份长设备相对落后）已经不能满足当前教学实践的需要。

鉴于以上原因提出了保留与更新的问题。具体情况具体分析针对一般教学来说少量的局部改造即可，虚拟演播室从20世纪90年代发展到现在关键技术例如说摄像机跟踪技术、色键抠像技术、场景制作等方面没有突破性的变化，无非是计算机能处理的场景更复杂、速度更快，摄像机定位更快、抠像更干净。对一般教学来说，旧的虚拟演播室完全可以胜任，例如播音与主持教学无非是需要一个现场感要一个虚拟的三维场景，制作等专业需要的制作软件也没变化基本都是要么是虚拟演播室自带的制作软件要么是通用的三维制作软件，如3dMax，Maya等，对于虚拟演播室实践与应用来说虚拟演播室的基本原理与技术也没啥变化。所以针对一般教学来说对老的虚拟演播室做些小的改造即可，如老的虚拟演播室基本都是磁带进行音视频的数据采集，要进行后期非编处理还得进行转换，对教学及后期制作来说很不方便，上完课后教师或学生要这些素材进行后期的制作交流，都极不方便，所以改造为直接数字采集是必要的。

针对高端应用来说整体升级更新才行， 总的升级原则是：高性能、使用方便、技术成熟、扩展便利、兼容性好、安全可靠能充分满足教学和科研的需要。

专业级的虚拟演播室对图形图像渲染的实时性，技术上要求很高，并要求设备兼容性高、摄像机跟踪定位快速而且准确。由于技术门槛相对较高，近几年经过市场的不断淘汰、演变，技术实力相对薄弱的虚拟演播室厂商逐渐退出专业级的虚拟演播室市场，与此同时自2008年之后，一些被称为无轨跟踪虚拟演播室渐渐走入了市场，此类虚拟演播室因为没有摄像机跟踪技术的应用，所以虚拟演播室里真实摄像机的推、拉、摇、移等参数无法获得，因此此类虚拟演播室系统不能实时渲染输出摄像机的运动画面，但是此类虚拟演播室具有价格便宜的优势，因此这种方式能满足非专业院校或者没必要专业级要求的单位用户需求，就我院的具体情况来说，前期虚拟演播室选用的是ORAD的图形识别方式的演播室，从近十几年的使用经验来看 ，确实存在很多优点，如摄像机定位迅速，开机到能正式使用时间短，整体出的视频效果也能满足教学和科研的需要，除了摄像机跟踪技术外 ，图形服务器，渲染引擎，场景制作软件与播出控制软件的使用等也是熟门熟路，它也可以便捷的导入通用的三维场景软件制作的场景例如：3dMax或Maya等。所以ORAD是我校升级更新的首选，更新目标：由原来单一的网格识别定位模式更新为使用以网格识别定位模式为主，机械传感与小红外定位为辅的跟踪模式，系统由原来的虚拟标清录直播系统升级为虚拟高清全数字直播系统，采用双机位、双通道系统，两路合成信号可以在特技台上切换，最后建设成为一个高、标清兼容的真三维虚拟演播室系统。

2　系统主要软、硬件选型改造

2.1软件改造

虚拟场景制作及播出控制软件仍以ORAD自带的升级版OAG（3Designer、MAESTRO等）软件包为主，其核心软件3Designer：系统软件兼容性良好，运行稳定，具有开放的操作平台。操作软件内置3dMax plug-in插件，能够直接导入由二维，三维创作软件制作的场景，如3dMax，SOFTIMAGE，Maya，Photoshop等第三方通用软件制作的平面及三维场景。它能够在虚拟演播室中真实摄像机推、拉、摇、移的情况下，保证渲染输出的场景平滑、流畅，能实时渲染具有6万个以上带纹理三角片的三维场景，三维场景的实时制作编辑功能也强大，可实现场景的快速搭建，能运用普通的拖放方法来为布景增添图形元素，或是为几何图形应用纹理和材质，虚拟场景中的任何物体、动画、贴图、灯光等元素，都可以实时调整，实时修改，无须再生成。场景设计软件设计功能强大，并且界面设计简单合理，操作流程清晰。模版创作和运行控制能够在任何一个基于Windows的计算机上运行（满足最低的平台需求）；在创作阶段不需要连接一个用于着色的计算机场景支持无限层的设计，可设计复杂场景。支持无限次的Redo，Undo，保证问题的快速修改。

2.2硬件系统升级主要配置

整个虚拟演播室系统以ORAD网格识别跟踪系统为主、机械传感跟踪及小红外传感为辅相结合的跟踪方式，升级的主要配置如下。

虚拟演播室渲染引擎（HDVG）：由原来的DVG升级为HDVG，作为此套虚拟演播室的核心配置，具有工作稳定可靠，可扩展性高，能实时渲染三角形数量不低于12 000万/秒，渲染输出的三维场景始终无锯齿、闪烁或抖动现象，能够支持多台级联技术。实时支持8盏无限光源，支持热插拔。图形工作站前面板要有便于观察系统运行状态的液晶屏，保证系统的实时监控。图形工作站输入/输出信号处理均为高清信号，同时兼容标清。支持两路高清活动视频输入。摄像机聚焦虚拟大屏时，虚拟大屏的图形清晰，不会产生电子放大和马赛克现象。视频卡输出质量高，场景通透感好，色彩、材质效果真实，能够很好地还原场景设计的效果。物体边缘细腻无锯齿。计算机制作的精美的三维场景和动画，通过图形工作站输出完全一致，无须重新调整。图形工作站渲染能力强，对复杂场景渲染流畅。具备多种高级功能，如虚焦功能、虚拟摄像机、定义键遮挡、像素级灯光、多路视频开窗、三维DVE效果、外部数据库连接、半透材质、材质动画、多层透明效果等。支持多种视频文件格式，如AVI，Quick Time，DV，DVC25，MPEG；支持嵌入音频。

虚拟演播室信号选择单元（VDI-40）：可接入4路摄像机，使网格跟踪能够识别摄像机信号进行跟踪。

网格识别单元（DVP-500）：网格跟踪方式进行识别。

色键器（ULITMATTE 11）：HDSDI/SDSDI信号自适应，4路信号输入，每路信号带环通输出，输入信号可指派为前景、背景、遮罩、同步信号。4路信号输出，其中2路为合成信号，1路键信号，1路监看信号。通过RS-232信号可与色键器面板相连。

8路高标清视频切换台（HVS-XT100）：配HD/SDSDI8路输入和4路输出，支持HD/SD混合输入。标配5个输出，其中包括1路HDMI输出，可以自由分配包括HD/SD混合输入、帧同步、比例重置（上下变换）引擎、2.5D的划像效果、DVE特技、色度键抠像与DSK功能等。

高标清演播室摄像机sony（PMW-580L）: 采用3片2/3英寸Power HAD™ FX CCD，采用16 bit量化，灵敏度F11，采用光纤传输方式，高清信噪比55 dB，标清信噪比63 dB。

3　结束语

高清虚拟演播室无疑是当代最新的电影电视制作技术、计算机技术、多媒体技术相结合的复杂系统，影视传媒类院校要有效地利用它为教学和科研服务，创作出高质量的节目，需要一个完整的虚拟演播室团队对系统软件的熟悉，需要美术设计、技术人员的学习培训，需要节目导演、主持人、美术设计、技术人员的通力合作。总之如果能充分发挥高清虚拟演播室的功能，那么它必将为影视传媒类院校的教学实践与科研添上浓墨重彩的一笔。

参考文献

［1］ 陈丽娜.高清直播虚拟演播室系统的技术探讨［J］.影视技术，2012（8）:78-82.

［2］ 邹志光. 高清虚拟直播演播室系统的构建［J］.现代电视技术，2013（8）:86-90.

［3］ 周慧珠. 高性价比三维虚拟场景系统的设计［J］.广播与电视技术，2015（6）:55-59.

Television Media Class Uniersities Upgrade of Virtual Studio Discussion

Huang He， Zhong Kangyun Zhejiang Institute of Media & Communications， Hangzhou， 310018， China

Abstract:With the rapid development of high-defnition video technology， the virtual studio also produced a high-defnition virtual studio，which is suitable for HD flm and television production. The application of this technology has greatly satisfed the need of HD programming and broadcasting. In this paper， the technical requirements， system structure and related issues are discussed in the process of upgrading and upgrading of Zhejiang university of media and communications.

Key words:HD virtual studio； camera tracking； grid recognition； virtual studio rendering engine（HDVG）

收稿日期：2015-11-03

作者简介：黄河，硕士，高级工程师。钟康云，大专，舞台技师。