电视节目的虚拟植入技术

章欣宇

[摘要]随着科技的发展，科技与艺术相结合。在电视节目中运用虚拟植入技术可以形成虚拟与现实时空的高度融合，形成几乎难分真假的视像空间，给观众带来了前所未有的虚拟真实的体验，也成为当今电视节目在创作上的一大亮点。文章将介绍虚拟植入技术的原理、其在电视节目中的应用以及电视节目的虚拟植入技术成为新融媒体时代利器的原因。

[关键词]电视节目；虚拟植入技术；融媒体

[DOI]1013939/jcnkizgsc201711202

1简介虚拟植入技术

虚拟植入技术可以说是虚拟现实技术在电视广播领域的名称。虚拟植入技术是在虚拟演播室技术基础上的进一步应用。虚拟演播技术是利用虚拟现实技术搭建不同的虚拟演播室背景，虚拟影像出现在人物之后，具有高实时性和低成本的特点，因此被广泛应用于节目制作中。而虚拟植入技术作为虚拟演播室的进一步应用，真实人物出现在虚拟目标的前面，形成交互的假象，使节目内容更加生动有趣，同时也使观众有一种身临其境的感觉，具有很强的代入感，在各类节目中比虚拟演播技术更受青睐。

虚拟植入技术的主要技术有跟踪技术和渲染引擎技术，跟踪真实摄像机的一系列运动变化，并由渲染引擎机生成一种模拟的、多源信息融合的、交互式的三维动态的虚拟视景。能够将虚拟场景与真实摄像机的变化一一对应起来，形成良好的透视关系，叠加到前景上虚实结合呈现完整、无缝的合成画面效果。

同上述两个关键技术相对应，虚拟植入技术有两个核心要点：一个是定位的过程，即将世界坐标系（真实摄像机）和图像坐标系（虚拟摄像机）之间的三维空间关系进行转换，使虚拟物体的叠加在正确的位置。而实现定位也有两种方式：一种是基于硬件设备；另一种是基于计算机视觉的。硬件主要是利用传感器或GPS跟踪。基于计算机视觉的主要是从摄像机拍摄图中提取特征进行定位的，真实场景若存在人为标志点，定位则较简单，同时虚拟场景的叠加位置也会较固定；另一个是渲染的过程。由于电视节目制作中要求真实场景与虚拟场景有较高的实时性，要求定位后计算机的渲染引擎具有强大渲染能力，能够及时将虚拟模型毫无偏差地叠加到相应的位置上，并与真实画面无缝结合，产生一种亦真亦幻的效果。

2虚拟植入技术在节目中的应用

目前在电视节目制作中，LED大屏幕影像与虚拟植入等技术的综合应用，出现了主持人与虚拟场景的交互、虚拟人物、3D全息投影的舞台设计和舞美影像效果让整个舞台浑然天成地融为一体，在不同类型的节目中都有应用。下表列出了虚拟植入技术在不同类型节目中的应用差别。见下表。

不同类型节目对虚拟植入技术的应用表1小型演播室类1大型现场类节目类型1新闻类、访谈类、体育评论类1大型晚会、体育赛事直播特点1交互多为线下交互、场地面积小，多为中近景拍摄、现场主持人及嘉宾人数较少1场地面积大、远景近景拍摄兼有、现场观众多实现技术11摄像机跟踪系统采用视觉或传感器跟踪均可

2植入虚拟模型相对简单、对渲染系统要求不高11摄像机跟踪系统多采用传感器跟踪

2植入模型多且复杂，对渲染系统要求较高呈现效果11演播室内植入三维模型、视频、虚拟图文教程数据等，一般植入内容在主持人前面

2拍摄时摄像机运动幅度较小1 1现场植入大型虚拟场景，营造虚拟空间气氛

2拍摄时摄像机运动幅度大，多使用摇臂与背景大屏与空间造景相结合，实现虚拟融合效果

早在2012年五一假期期间BESTV在直播多场英超大赛中，就运用了微软开发的Kinect体感摄像机。它可以通过主持人的动作捕捉进行挥手或点击等动作的识别，然后由传感器将实际动作转化为指令传递给交互模块来实现操控，无须其他硬件设备。交互结果如同数据图悬浮在空中随手动，惟妙惟肖，是国内首次实现基于视觉的交互方式的主持人与虚拟场景的交互。

要想实现真人与虚拟对象的交互体验，传统的实现手法有两种：一种是通过交互设备来实现。主持人通过操控触摸屏、无线蓝牙等交互设备与小型平面虚拟场景交互。或者是需要体验目标佩戴跟踪设备和显示器，才能与计算机虚拟场景产生交互的效果。这种方式应用到电视节目的制作中，会对节目的形态产生影响有一定的局限性；另一种为进程实时控制。这种方式是由后台人员利用传感设备根据前台人的动作做出相对应的动作后传给计算机进行合成虚拟对象，并在前臺实现交互的效果。这种方式运用到电视节目制作中会消耗人力，并且实时性没有保障，需要后台与后台的高度配合，否则容易穿帮。

鉴于上述两种传统方式的局限性，在电视节目制作中更加倾向于运用基于计算机视觉的交互方式，如上述介绍的英超赛事直播中就是用到了基于计算机视觉的交互方式。[1]计算机根据摄像机拍摄到的多帧图像进行处理来提取识别某些特征，并由此获取标定摄像机与目标的位置和方向，可以实现真实的人与虚拟对象之间更加方便、快捷、实时性地交互，呈现给观众一种更具有真实感和冲击力的视觉体验。

除去上述主持人与虚拟对象之间桌面式的交互外，还有在虚拟网络基础上的交互。不同位置的现实中人可以通过移动终端共享一个虚拟空间。例如在德国《伽利略》的科普电视节目中，就使用了增强现实技术与电视节目互动浏览器，使观看节目的观众增强现实互动应用参加节目中的科普问答环节，不仅增强节目的趣味性，更增强了节目的感染力。通过这种创新的观看与互动方式，达到了整个节目的收视率提高的效果。

同时谈到虚拟植入技术中的运用最广泛的增强现实系统，三维立体显示技术必不可少。增强现实技术（AR）是虚拟现实技术中的一类。利用三维立体显示技术制作的虚拟对象作为一种新型的虚拟互动形式在大型节目中多次出现。三维立体显示根据实现原理是否基于双目视差可分为两大类：基于双目视差原理的三维立体显示和非基于三维立体视差原理的各种三维立体显示。[2]2016—2017年跨年演唱会上，湖南台拿到上海禾念，拿到了V家虚拟歌姬洛天依的演出权，让洛天依以AR的技术出现与马可一同演绎歌曲。妙趣横生，不再是单纯地植入一个三维模型，而是与动作捕捉跟踪技术相结合，实现了真人与虚拟人物的互动。通过后台的演员将动作捕捉系统的传感器穿戴在身上。由他来捕捉演员的动作数据，再传递给后台计算，经计算机处理计算获得三维数据，并转化为骨骼动画再附加在虚拟人物身上。

还有2016—2017年江苏卫视跨年晚会上的两段特效津津乐道。其一是在李健表演时，屏幕上，一头蓝鲸突然从“海面”腾空而起，闪转腾挪之后，一头扎入“海”中，“水花”四溅，栩栩如生。随后，林俊杰演唱《曹操》时，前奏响起，一头巨大的“猛犸象”再次直接在屏幕中央闯入观众的视线，林俊杰如王一般坐于象头的王座上，站立、跳跃、落下，一气呵成，旋即开始了他的多曲联唱。这都是AR技术给电视机前观众带来的特有“福利”。如下图所示为AR猛犸象。

在江苏卫视跨年晚会的幕后团队看来，AR技术在本次晚会中的运用之所以成功到刷爆网络，主要在于增强了“现实”。如大家在电视上所见，晚会现场的配置是天上8块小屏，彼此独立并能旋转变化；主持人和所有表演嘉宾站立的地上是一块6米宽、长达48米长的整屏。而这其中的“黑科技”是地面屏幕实时运动跟踪系统。如果你现在去翻看视频，会发现，林宥嘉开唱时的空中航拍镜头是最惊艳的：一名舞者随着音乐缓缓而来，地屏随着她的运动轨迹划出一道美丽的弧线；还有吴亦凡亮相时，舞者俯身于地面起舞，地屏也随之变幻出花式造型。据幕后团队介绍，这块近50米长的地面屏幕也是本次AR技术呈现的一部分，也需要制作在AR系统之中。

这是“东京8分钟”的升级版说AR技术，很多人可能觉得太深奥，但其实大家对它一点也不陌生。2016年里约奥运会闭幕式上的“东京8分钟”其实和江苏卫视跨年晚会上蓝鲸、猛犸象是“师出同门”，都是AR技术的呈现。那段一颗红球在代表日本的各种经典形象中传递，从北岛康介到机器猫、Hello Kitty，最后化身超级马里奥的日本首相拿着红球从管道钻出，从东京穿越到了里约，整个这一段都是AR技术做出来的。

3虚拟植入技术在新融媒体时代的应用价值

当今时代QQ、微信等新媒体不断地冲击着电视台这个传统媒体，传统电视节目发展到今天，尽管电视人在不懈努力地创新，但是单一的表现手法已经不能满足观众日趋高质量的要求，难免不会产生抵触情绪。与此同时，电视台正在慢慢地与新媒体结合走向“融媒体”时代，而电视节目要如何在这个新融媒体时代不被落下，利用科学与艺术结合的虚拟植入技术成为一把利器。在现在许多电视台虚拟现实技术部门已成为不可缺少的部门。该部门利用大宣传力度，利用典型的示范作用。使辍学的孩子充分認识到读书的意义。另外，对于知识就是力量的宣传要更加深入人心，要深入农村各地，让那些短视的家长意识到愚昧无知只会害了他们的一代又一代。

3结论

当前农村教育的形势严峻，问题不少，而且短期之内也不能一蹴而就，道路是曲折的，但我们坚信前途是光明的，因为我们一直在努力。由于篇幅有限，很多问题论述不周，敬请同行批评指正，现在我们能做的是在自己的岗位上尽职尽责，做好我们的本职工作，为农村教育事业做一点儿力所能及的贡献。

参考文献：

[1]魏书生魏书生与民主教育[M].8版北京：北京师范大学出版社，2010

[2]李森现代教育学[M].7版成都：四川教育出版社，2005

[3]李继秀，汪昌华，陈庆华教育理论[M].3版合肥：安徽大学出版社，2008

[作者简介]代标（1984—），男，淮北师范大学教育硕士，中共阜南县委党校教师。研究方向：党史党建。