Unity平台下的交互式虚拟演播场景设计

刘 霞，左长辉，刘东东，靳鹤琳

(1.天津中德应用技术大学 艺术学院，天津 300074；2.天津中医药大学 体育健康学院，天津 300193； 3.天津蛋壳网络科技有限公司，天津 300350)

近年来，虚拟现实技术进入了高速发展的快速通道，新技术的应用和普及使虚拟演播室功能得到了进一步扩展和优化。Unity作为一款强大的游戏开发引擎，提供了基于JavaScript、C#等脚本语言来处理三维场景交互功能的开发[1]。基于Unity平台的交互功能开发将促使虚拟演播室技术向现实应用迈出重要一步，同时也拓宽了传统电视技术研究方向和范畴。

本文通过3D虚拟现实建模技术构建了一个虚拟演播室系统，并基于Unity平台进行交互设计开发，初步实现了虚拟演播室场景漫游、虚拟设备展示、虚拟灯光调试、虚拟摄像机控制等演播室基本功能。下文将从虚拟演播室的系统整体设计、应用场景设计、交互功能实现、交互应用实例等四个方面进行介绍。

1 虚拟演播室的系统整体设计

本文设计开发的交互式虚拟演播室是用以辅助影视设计类相关课程学习、实践和培训等为目的，通过虚拟现实技术构建的一种“浸入式”的演播室虚拟情境[2]。该系统的演播室三维场景设计以天津中德应用技术大学影视动画制作中心为实物原型，利用3D Max软件来搭建虚拟演播室场景框架模型，并借助Unity平台进行虚拟演播室基本应用功能开发。

2 虚拟演播室的应用场景设计

2.1 虚拟场景漫游

该系统具有虚拟演播室的场景漫游功能，可为影视动画专业实践教学提供真实的沉浸式演播环境。Unity平台漫游功能提供第一人称和第三人称视角，第一人称视角主要用来进行场景漫游体验，有较强的真实感和浸入感；第三人称视角主要用来进行系统操控，模拟真实演播状态的现场导播体验。

Unity平台为用户提供了原型碰撞和网格碰撞两种碰撞模式[3]。为提高系统呈现速度，对虚拟演播室中的一般设施采用原型碰模式(如墙面、观众座椅等)，按其外观对应添加盒子形(Box Collider)、球体形(Sphere Collider)、胶囊形(Capsule Collider)等碰撞器；而为了提高虚拟演播室的仿真度和专业性，场景中的专业设备采用网格碰撞模式，如为聚光灯、摄像机等专业设备添加Mesh Collider碰撞器。

2.2 虚拟设备展示

交互式虚拟演播室系统的开发和应用，为避免昂贵的设备和建设费用提供了一个有效的解决方案。虚拟演播室内多为影视摄制领域的专业设备，有展示、认知的必要性，为了保证专业设备模型的精度和真实感[4]，均由3D Max专业建模软件来构建，如图1所示。学习者可以在仿真的环境中体验到演播室的场景氛围，同时又可近距离的观察、调控演播室内的专业设备，进而提升专业认知力和学习兴趣度[5]。

图1 演播室摄像机模型

2.3 虚拟灯光调试

灯光效果的真实感和即时感是计算机图形学研究的一个难点，很多虚拟仿真平台都较少提及对灯光效果的处理。灯光是演播室重要的组成部分，除了简单照明作用外，还有重要的造型作用，会对画面拍摄效果产生至关重要的影响。

为体现该虚拟演播室仿真效果的真实感和实用性，系统对演播区的专业灯光进行了基本的调控设计，包括灯光位置的调节，角度的调整和开关的控制。

2.4 虚拟摄像机控制

摄像机是演播室必不可少的视频、音频采录设备，因而系统中设置了3台虚拟专业摄像机，学习者可以依照现实中的实践学习模式对虚拟摄像机进行位置调整，焦点调控，曝光度调整，并能根据需要进行景深的调整，真实还原了摄像机的摄录功能。

3 虚拟演播室的交互功能实现

3.1 灯光开关控制

Unity支持JavaScript、C#和Boo三种语言脚本。学习者针对虚拟演播室的灯光可以根据拍摄场景需要进行选择性的开关控制，以及角度和位置调整。下面以灯光开关控制为例，代码如下：

function Start () {

Lig01=GameObject.Find("light01");

Lig01.active=false;

}

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Z))

{

if(Lig01.active==false)

{

Lig01.active=true;

}

else if(Lig01.active==true)

{

Lig01.active=false;

}

}

}

3.2 摄像机机位切换

学习者在虚拟演播室中，可以依照实践教学要求对虚拟摄像机进行位置、焦点、曝光度和景深等参数的调整。系统提供多机位拍摄功能，学习者可根据节目需求选择不同机位组合进行拍摄。下面以三机位拍摄切换为例，机位选择代码如下：

function Update () {

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha1))

{

cam01.active=true;

cam02.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha2))

{

cam02.active=true;

cam01.active=false;

cam03.active=false;

}

else

if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Alpha3))

{

cam03.active=true;

cam01.active=false;

cam02.active=false;

}

}

4 虚拟演播室的交互应用实例

应用交互式虚拟演播室系统，学习者可对环境、设备、灯光等进行独立的体验学习，还可使用该系统进行栏目制作[6-7]。学习者可根据现场布景效果利用键盘虚拟灯光控制台的Z、X、C等按键进行灯光调控。在栏目拍摄过程中，学习者还可对三台虚拟摄像机进行机位切换和景深等进行调节，能够根据导播要求通过键盘虚拟切换台的数字1、2、3按键来进行不同机位的画面切换。在节目录制后，学习者还应关闭灯光、摄像机等虚拟设备，养成良好的职业素养。交互式虚拟演播室系统主要包括漫游模块，主持人模块，灯光控制模块，摄录控制模块，如图2所示。

图2 交互式虚拟演播室系统功能示意图

5 小结

随着虚拟现实技术的发展，交互式虚拟演播室的设计和应用越来越贴近实际应用，可广泛应用于影视动画专业学生课堂教学和实践教学各个环节之中，为影视动画人才培养提供有效的技术支撑。同时，交互式虚拟演播室在自媒体时代，为个人普通用户提供了一个专业级的演播学习平台，也为自身提供了广阔的应用空间，并在发展中得以不断完善和优化。