虚拟现实技术在电视气象节目创新中的应用

容军

【摘 要】文章论述应用虚拟现实技术对电视气象节目进行创新的方式，主要体现在节目整体包装、气象数据的可视化和具象化表达、虚拟现实植入模型的应用、多个电视节目制作系统的组合运用等方面;并探讨目前电视气象节目应用虚拟现实技术存在的问题和改进思路。

【关键词】虚拟现实技术;气象;电视;创新

【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）08-0072-03

0 前言

现代信息技术快速发展，虚拟现实技术（Virtual Reality）越来越成熟并广泛应用于包括电视媒体在内的各行各业，成为科技领域的一个重要发展方向。虚拟现实技术在电视制作中的应用主要有虚拟演播室技术和虚拟植入技术两种，虚拟演播室技术应用摄像机跟踪技术，将演播室图像与计算机生成的虚拟场景进行实时合成，计算机通过追踪摄像机的镜头参数变化来产生背景运动变化，使两者空间透视关系完全一致，给观众以新颖真实的视觉享受。虚拟植入技术是在虚拟演播室技术的基础上，将计算机三维虚拟模型整合到虚拟演播室、实景演播室或外景画面中，实现虚拟模型与现实时空真假难辨的视觉感受。

目前，电视媒体面临着新兴媒体的严峻挑战，除了开展融媒体改革，增强传播力，还要在内容、形式等方面积极创新。新技术不但可以改进节目的表现形式，还能够创新出新型的节目形态，而虚拟现实技术的出现恰恰提供了这种可能。电视气象节目作为生活服务类节目中最具影响力的节目之一，近几年来也在不断开展创新，力求把更多、更先进的电视制作技术引入节目当中，以提高节目制作质量。广西气象服务中心于2017年开始利用虚拟现实技术制作广西广播电视台播出的各套电视气象节目，获得相关部门和广大观众好评，取得了较好的社会效益。下文对我们利用虚拟现实技术开展电视气象节目的创新进行总结和探讨。

1 虚拟现实技术在电视气象节目中的创新应用

1.1 运用虚拟现实技术进行电视气象节目整体包装，为节目包装引入了新的观念与方法

（1）三维虚拟演播室丰富传统的演播室设计手段。以往的电视气象节目多采用抠像技术将主持人画面与二维图文背景叠加，节目基本为固定构图。三维虚拟演播室充分利用现代三维动画制作技术，所需的电脑三维场景采用电脑三维动画制作软件Maya、3D Studio MAX、Softimage 3D等进行设计，这些制作软件可以使设计者突破传统实景演播室制作技术或成本的限制，极大地发挥设计者的想象力和创意能力，在较短时间内构建出立体化空间感强烈的、既有写实性又带有超现实写意效果的三维演播室，并根据节目发展的需求随时修改、完善演播室设计，极大地丰富节目的表现形式，同时可以节约成本，缩短节目制作周期。

（2）实现信息的立体化展示。在三维虚拟演播室中充分利用场景的空间位置，规划出信息的立体化展示区域，如将不同类型信息分别放置于左–中–右位置、悬空放置或立于地面、居于背景图文板内或作为前置模块展示等，通过镜头的推拉摇移或摄像机双机位镜头切换，实现节目场景的同步调度，把重点信息或画面突出展示出来，使场景中各功能区域分工明确，信息传播效果更加突出。

（3）虚实结合，实现演播室包装的二次创新。虚实结合指的是把虚拟现实技术与实景演播区结合起来应用，分为两种情况：一是实景演播区与虚拟植入技术结合，气象节目实景演播区一般包括LED拼接大屏、交互式触摸屏、多联屏等，画面构图比较单调，通过在实景演播室画面中植入虚拟三维模型动画、虚拟三維数据图表、虚拟电视墙、虚拟三维图文字幕等，既可以充实节目构图、丰富节目表现形式，又可以对实景屏幕展示信息进行补充或具象化模拟展示，实现演播室节目拍摄和制作手段的二次创新。二是实景演播区与虚拟演播区组合运用，分别利用实景区进行数据解读、虚拟演播区进行虚拟现实的体验式讲解，通过主持人的走动、摇臂摄像机的追踪进行景区变换，在复杂的节目形态中，最大限度地发挥两种演播区的空间展现力。

1.2 虚拟现实技术创新了节目中气象数据的可视化、具象化表达

电视气象节目作为气象科技服务类的电视节目，科学性是根本，节目中需要大量运用气象观测实况和天气预报成果数据，目前这些数据是通过色斑图或统计图形的方式表现的，采用虚拟现实技术可以实现数据的立体化、多样化、直观化展示。

（1）平面数据图的立体化展示。对叠加于地图上的二维色斑统计图或动画，广西范围的实况观测和天气预报图，我们采用贴图等方式将其叠加于三维广西地图模型;而全国、亚洲或更大地理区域的云图、高度场、流场图，则叠加在球面、全息造型等三维模型上，前置于场景中展示。同时，可以把各图表上的重点信息以三维标识或图例叠加的方式展示。

（2）前置三维统计模型的应用。对于以时序变化来统计或需要做对比的数据，根据数据特性和表达要求分别可以做成折线、柱状、饼状等三维统计模块，或者三维虚拟模型如雨量筒、温度计、标识数据的虚拟物件等，作为前景层叠加于主持人前面或侧面，更便于主持人讲解和互动。

（3）多种数据的组合展示，可以更形象地把各种数据间相互的逻辑关系直观地表达出来。利用三维虚拟演播室的空间优势，把同一天气现象或事件的不同数据图组合展示并进行分析，如台风路径图与卫星云图、卫星云图与雨量统计图、气温统计图与雨量统计图等。

（4）虚拟植入场景与数据图表的组合展示，可以使数据信息更为直观。在数据图表展示的同时，植入事件发生时的模拟现场情景，如叠加在相应生活情境场景中发布的气象生活指数预报、闪电统计图叠加雷雨天场景、雨量统计图叠加暴雨时积水高度模拟场景等。

1.3 虚拟现实植入模型的创新应用，丰富了节目的内容和表现形式

（1）三维天气场景特别是灾害性天气场景运用在气象节目中，可以更直观地展示模拟天气状况下的情景，让观众有现场“听课”的感觉，如雨、雪、雷电、高温、雾霾天气、泥石流或山体滑坡场景等。

（2）三维虚拟天气模型的运用，使抽象的天气现象所蕴含的信息或原理得到直观的表达。在防台风的气象节目中，应用三维动画技术制作台风结构示意，可以逐层“剖开”，清晰地展示台风的结构组成和内部环流，通过与主持人的互动引导，台风模型逐步移动，显示即将经过的路径和受影响区域。类似的三维结构模型还有雪花、冰雹、人工降雨炮弹、病毒等。

（3）三维虚拟模型动画可以将复杂天气等事物及其变化过程的科学原理演示出来，不仅可以制作出三维动画的拓扑流程动画示意图，还可以把天气复杂的演变进程通过动画效果逐步展示出来，如雷雨、锋面雨、地面辐射降温、霜冻等天气现象的成因。

（4）虚拟植入技术在电视气象科普宣传中，可以发挥“言传身教”优势，通过模拟天气灾害场景、造成的后果，演示并指导人们采取正确的防灾避险措施，比其他宣传方式更直观，不易引发歧义，警示效果更强。例如，汽车通过积水路段造成熄火、山洪暴发时的逃生线路、野外防雷的正确行为等。

1.4 以虚拟制作系统为龙头，开发新旧电视节目制作系统的组合运用，形成节目制作方式的二次创新

（1）虚拟制作系统与气象图文系统的组合应用，解决了气象数据三维展示问题。目前的虚拟制作系统都不带气象数据处理模块或功能，用于制作电视气象节目这种专业性很强的节目是一个缺陷，而原有的气象图文制作系统只能输出二维图片或视频，我们在节目中将气象图文系统输出的图片或视屏，通过贴图或视频输入方式运用于三维虚拟模型上，实现了气象图文的三维展示。

（2）多系统组合应用，改进了电视气象节目弹窗展示功能。以往我们节目的背景弹窗主要以展示二维图文为主，采用虚拟植入技术设计的三维弹窗，除了采用贴图方式外，还具备多路实时视频信号输入功能，将其他制作系统如气象图文、字幕机和非线性编辑系统等信号输入，使各个弹窗可以分别展示不同的内容，包括图文图表、视频、手机、电脑、多媒体信号等，并依节目进程逐次弹出与主持人互动，使节目的表现重点更为突出。

（3）利用第三方制作软件成果，实现“假三维植入”功能。不同的三维动画软件和电视节目制作系统都有自己在图文、三维动画或视频制作方面的优势，但由于模型复杂、系统采用的格式或使用到其他专门插件等原因，所以很难作为模型或模块直接导入虚拟制作系统使用。虚拟制作系统可以通过贴图方式引用其他三维动画软件制作的带Alpha通道的视频文件，或者输入其他电视制作系统制作的带有键信号的图文或视频，可以制作出效果比较逼真的“假三维植入”功能。

2 目前电视气象节目中应用虚拟现实技术存在的问题和改进思路

我们使用虚拟制作系统制作气象节目已经有几年时间，在应用过程中，也发现存在的一些问题和需要进一步改进的部分，总结如下。

（1）日常节目制作的安全保障问题。电视气象节目是日播或者每日多次播出的节目，安全制播要求高。虚拟制作系统价格昂贵，很难购置多套系统进行热备份，同时系统操作过程复杂，对镜头机位和演播室场景要求高。经过数年运行，系统的各方面性能和稳定性都有所下降，一旦在节目制作过程中出现故障，很容易引发安全隐患。因此，应当制定完善的应急保障制度，建立应急节目制作的技术备份。

（2）由于制作技术和设计能力及对节目定位的理解存在不足，目前我们的虚拟演播室在包装设计上与电视气象节目的定位还有一定落差，與其他节目相比，差异性不突出，场景模型和材质的精细度、仿真度不够。同时，应当花大力气开发建立起高精度三维虚拟模型库，解决目前虚拟模型严重不足的问题，以备日常节目使用之需。

（3）虚拟制作系统操作比较复杂费时，例如三维模型从建模、优化面线、烘焙材质到模型导入虚拟系统都要耗费一定的时间，而我们日常制作节目时间非常短，很难做出复杂而优秀的作品，日常创新困难，甚至很多时候用二维图片代替三维模型，严重时会出现整个场景不同物件风格迥异的现象，从而影响到节目质量。

（4）在日常节目制作过程中，由于知识水平和理解能力的差异，有时还存在着制作的虚拟植入模型科学性、准确性问题，所以日常制作过程中要严把质量关，以防错误信息误导观众。

（5）设备使用得好不好，使用者的能力是关键，我们目前缺少集较高艺术设计、三维软件操作和气象知识于一体的全能型人才。这些问题可以通过与社会技术力量及高等院校相关专业深度合作开发、引进人才、加大内部技术培训、加大与电视部门技术交流等方式解决。

（6）虚拟制作系统还需要进一步提高稳定性和系统功能，系统对三维虚拟场景和模型的点面数据量有一定要求，高精度的模型需要优化降低数据量才能导入，影响精度及效果。同时，由于系统运行的需要处理的数据量非常大，在进行镜头追踪、运行一些大的模型或动画时容易出现画面抖动或延时。虚拟系统与主持人的交互还需要预先设定，交互的自主性和融合度还有很大的提升空间。

3 结语

虚拟现实新技术在电视气象节目中的应用，极大地推动了节目形态和表现形式的进步。设备不可能经常更新，但技术人员的观念和知识能力需要不断更新，勤于思考，敢于尝试，通过不断地挖掘设备潜力，研究新用法和设备的组合应用，把设备的优势发挥到极致，不断创新，使节目常变常新，更好地服务社会大众。

参 考 文 献

[1]潘维涵.虚拟技术在电视节目制作中的应用[J].中国传媒科技，2019（2）：120.

[2]黎琮炜.提高气象传媒竞争力的思考[J].气象研究与应用，2017，38（2）：106.

[3]陈燕.虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用探讨[J].视听，2018（12）：255-256.