气象虚拟演播系统的建设与应用

程筱农 奚和平

摘 要 虚拟演播室是先进的电视节目制作科技，将计算机制作的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实时合成。随着虚拟演播室技术的在气象部门的不断应用，气象影视制作水平不断提升，天气预报节目日益精品化。气象高清虚拟演播系统的应用让观众生动体会天气预报节目中气象资讯的丰富多彩，充分发挥气象影视的公共气象服务平台作用。文章介绍如何搭建气象高清虚拟演播系统平台，以及使用虚拟演播系统制作天气预报节目流程，气象高清虚拟演播系统平台主要涉及虚拟演播室的设备布局、灯光和隔音设计，虚拟演播系统设备调试等。

关键词 气象;虚拟演播系统

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2019）08-0027-03

1995年Orad公司幵发了Cyberset可移动摄像机图形识别系统，推出了世界上第一套真三维虚拟演播室，2000年中国大洋、奥维迅等公司推出了国产虚拟演播系统，降低了用户的建设成本，推广了虚拟演播技术在各级电视台的应用[1]。2011年，凤凰卫视的气象节目《凤凰气象站》在国内首次将虚拟演播室系统应用到气象节目当中[2]。随着虚拟演播室技术的在气象部门的不断应用，气象影视制作水平不断提升，发挥了气象虚拟演播室系统的巨大功效。气象高清虚拟演播系统的应用让觀众生动体会天气预报节目气象资讯的丰富多彩，天气预报节目日益精品化的知识传播让观众充分了解气象知识，及时获得天气预报信息，指导生活生产，防御气象灾害，充分发挥气象影视的公共气象服务平台作用。

本文以安徽省宣城市气象局高清虚拟演播系统使用为例，介绍色键、抠像等虚拟演播室技术和如何搭建气象高清虚拟演播系统平台，以及使用虚拟演播系统制作天气预报节目流程。

1 气象高清虚拟演播系统平台搭建

虚拟演播室是先进的电视节目制作科技，将计算机制作的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实时合成，使人物与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者天衣无缝的融合[2]。气象高清虚拟演播系统平台主要涉及虚拟演播室的设备布局、灯光和隔音设计，虚拟演播系统设备调试等。

气象演播室一般大多采用蓝色抠像技术，主要考虑蓝箱、主持人、灯光、摄像机布局，演播室的长度应不少于8米，宽不少于6米，高以4～5米为宜。墙壁要有隔音层，主持人与蓝幕距离2米左右，摄像机与支持人站位距离4米左右，摄像机后留两米左右。主持人前方和侧方应放置两台监视器，以便于主持人实时调整自己站立的位置以及手指的方向[3]。在虚拟演播室系统中，色键技术的好坏是一个系统性能好坏的关键，但关键技术是建立在演播室蓝箱这个最基本的环境中，这是主持人活动的实际场景，是虚拟演播室的基础，它的质量影响主持出境效果。设计时特别注意下面几点：1）演播室空间要能够满足摄像机的推拉摇移的范围要求;2）根据节目的要求来规划，尽可能减少反射到主持人身上的蓝光，设计两个成90度夹角的立面和一个地台，蓝箱的立面和地台夹角应大于90度（可采用立面向外倾斜10度的方案），立面与地台间弧形过渡;3）合理均匀布光，演播室是主持人主持节目的活动区域，要求灯光照明要均匀，光线柔和。气象虚拟演播区总体照明采用混合的“柔”“聚”光源照明，蓝箱区蓝箱的反射照度值一般可控制在500～600LX。这样合成中虚拟场景的画面纯净、更加真实。虚拟演播室给人物的布光采用主光、逆光、辅助光三点布光法。人物光可根据人物的脸型、体形和服饰等特点进行适当的调整。为了减少主持人在蓝箱区移动时人物脚部产生的阴影以及出现杂波和闪动，在地面布设1KW的地排灯。演播室的设计、灯光布置决定抠像的效果，影响拍摄画面的色调、层次和清晰度，这是虚拟演播室主持人和背景真实图像合成的关键。布置不合理会造成天气预报节目图像失真、曝光、过暗等，降低天气预报节目的整体质量。

宣城市气象局虚拟演播室系统建设使用Vision Magic虚拟演播室服务器和索尼SONY PMW-EX330K高清摄像机共同搭建虚拟演播平台，同时和大洋非编天气预报制作系统构成天气预报节目制平台。Vision Magic炫彩虚拟演播室软件具有虚拟切换台、特技台、调音台、内置色键器高精度抠像等功能，同时支持无限蓝箱、三维遮挡、虚拟特效等功能。色键器对摄像机获得的前景信号与虚拟演播系统产生的背景信号进行处理，从而实现主持人与虚拟场景的合成。系统连接图如图1[4]，根据需要适当地调整外围设备。

节目的最终效果取决于整个平台系统的配合协调。

搭建好平台、安装好软件，然后进行板卡的设置，在Advance的页签设置tally设置，调整音频输入方式。运行软件，根据实际需求进行初始化设置，包括“输出调节”“板卡设置”“外设设置”，视频格式与输出尺寸要统一，宣城市气象局高清虚拟演播系统设置的是1080/50i，音频源为SDI。

2 使用虚拟演播室系统制作天气预报节目流程

第一步：点击虚拟演播室软件，进入主界面。

第二步：点击场景库选择适合节目制作场景。也可以根据天气预报节目的需要进行虚拟场景库的设计，添加云、雨、雷等天气元素。点击场景管理中设置三维场景物件属性，包括可见性、倒影、阴影、色调、纹理等效果，调整物件大小、空间位置及朝向。对场景物件属性设置，特别注意主持人框、大屏默认比例，高清16︰9，标清5︰4。

第三步：对摄像机信号进行定位，将摄像机信号和主持人框绑定，切入虚拟场景。并绑定到目标视窗为虚拟大屏。

第四步：无限蓝箱可以用虚拟场景覆盖杂景，有蓝色键和绿色键两种色键供用户选择，我们选择的是蓝色抠像。双击摄像机信号预览视窗，进行色键设置。系统有两种色键输出模式：合成模式，摄像机信号与场景色键叠加的效果;色键模式，显示为黑白效果，前景对应为白色，背景对应为黑色。首先用色键模式、满屏色键进行抠像效果调整，达到视边界分明的黑白图片。通过颜色边界等参数进行调整达到最佳抠像效果。

第五步：气象虚拟场景选好后，默认设置好8个虚拟机位。点击虚拟机位设置，进行机位、镜头、裁切设置，调整虚拟机位。根据节目内容，设置不同景别，使展示的气象信息更加清晰。

第六步：根据节目需要设置主持人画面大小、主持人朝向、位置等与场景比例合适。

第七步：设置特技切换台，根据需要设置节目制作过程中使用的虚拟机位运动轨迹。气象节目开场通常使用是远景，中景、近景运动轨迹，结束则顺序相反。

第八步：导入需要用到的素材，如拍摄的天气实况视频、气象云图等。

第九步：制作或导入气象节目字幕模板、虚拟前景，设置好相关属性。

第十步：输入输出信号的音量调节，根据实际情况给输入音频信号设置延时（单位：帧）。最高支持2000ms的音频延时。视频传输比音频传输快，适当设置音频延迟避免成品节目音画不同步。

第十一步：开始节目制作，将相关参数进行保存，保存工程文件.vmf，下次制作节目时，直接导入工程，进行微调。

第十二步：使用虚拟演播室系统录制好录制主持人出境节目，导入大洋非编天气预报制作系统，和当天输出的天气预报站点节目一同生成天气预报节目，传送到各县市电视台。

3 结束语

虚拟演播室可以设计很多不同场景的节目，通过设计立体雨量柱状图来直观表现降雨量变化情况、饼状图表现各种天气现象所占比例、预报展示图生动展示天气预报内容、云圖变化直观体现天气变化的趋势，使我们天气预报节目的节目信息最大化、节目更有新意。虚拟演播室在气象节目当中运用体现天气预报正在往越来越精细化方向发展，利用虚拟技术超强的视觉冲击力直观地向观众展示天气预报内容中抽象的科学数据。制作人员可以不断提高制作水平，开发虚拟演播室强大的功能应用技术，大大提升气象影视服务公众的能力水平。

参考文献

[1]张锋.广播级真三维数字虚拟演播室技术的研究与实现[D].济南：山东大学，2013.

[2]庞兰.凤凰涅槃——论虚拟演播室在气象节目中的运用[J].中国传媒科技，2013（6）：65-67.

[3]张雪冬，徐立君，白国栋.浅谈地市级气象虚拟演播室建设[J].黑龙江科技信息，2011（9）：31.

[4]严小玲.Vision Magic1000 炫彩真三维虚拟演播室使用手册[M].2014.

作者简介：程筱农，宣城市气象局，工程师，研究方向为公共气象服务。