电视天气节目制作系统之虚拟演播室

叶国才 张晓晖 龙威宇

摘 要：本文主要以虚拟现实和多媒体这两大技术作为出发点来阐述虚拟现实技术建立的虚拟环境在电视天气节目的应用。

随着虚拟现实技术的发展，计算机通过数字通讯技术勾勒出的数字化场景就叫做虚拟场景。虚拟现实技术（Virtual Reality简称VR），又称为灵境技术，它是一种以沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和构想性（ Imagination）为基本特征的计算机高级人机界面。虚拟现实是近年来迅速发展的一项多学科的综合技术，其基本思想是通过现代的科技手段，人为地制造一个虚拟的环境。在这个虚拟场景中，人与虚拟世界可以进行自然的交互，人们在此环境中可进行看、听、操纵等活动，能实时产生与真实世界相同的感觉，使人与虚拟环境融为一体，人们可以直接观察与感知周围世界以及物体的变化，与虚拟场景中的物体之间进行自然的交互。

关键词：虚拟场景;虚拟系统;Vizrt的虚拟演播室系统（VSS）

一、虚拟场景

虚拟场景，通常指虚拟演播室电视节目中人物等主体活动的三维虚拟背景。在虚拟场景的创作中，虚拟场景的制作、修改、保存都在计算机中利用三维设计软件进行，不用制作实景，省去了真实场景的搭建、拆卸、储藏等环节，使场景制作不受实际场地的局限，随时都可变换场景，满足多个栏目共同使用同一演播室的需求;同时便于创意发挥，在有限的空间里实现无限的创意。创意自由产生的虚拟场景几乎不受限制，只要符合节目要求，创作人员可任意想象、自由发挥。这样的场景不受时间、空间、距离的限制，只要你有充分的想象力，就可以营造出独一无二的、具有创造力的场景，从而满足了电视节目制作省时、省钱、省场地、高效率的趋势。

二、虚拟演播室系统的组成

影视节目制作系统中的虚拟演播室建设为3讯道高清虚拟演播系统，系统具备3个独立虚拟通道，具备主备视音频通道，满足高标清天气节目直播/录播要求。本区域内包括切换台、调音台、内部通话系统、电话耦合器、画面分割器、5台60寸等离子显示器以及部分周边设备等。

演播室的输入信号包括3台演播室高清摄像机、2路VGA转SDI 、3路虚拟植入、2路硬盘录像机、2路录像机、1路非编服务器、1路字幕机、1路包装、4路矩阵环接，预留点评系统、外来信号等接口。所有信号源均送至切换台参与制作。

三、Vizrt的虚拟演播室系统（VSS）

Vizrt虚拟演播室系统Viz Virtual Studio（以下简称VSS）是艺术级的虚拟演播室产品，为制作人员提供了不受限制、自由创作的空间。无论是复杂的二维和三维的虚拟场景，还是包括动画和活动视频的互动场景，都能通过直观易用的设计界面来创建。VSS支持主流的摄像机跟踪方案和其他为创建虚拟演播室提供抠像的外围设备。Vizrt的虚拟演播室系统（VSS）是业界功能最完善、支持特性最多的真三维虚拟演播室系统，除标准的虚拟演播室生成虚拟场景功能之外，Vizrt的虚拟演播室系统（VSS）还支持以下更为丰富的功能。

1. 本系统具有强大的三维特效和丰富的虚拟功能：Viz Engine可以对三维物体、三维文字、三维图片、三维曲线进行实时渲染，生成虚拟背景和虚拟前景，并可以通过虚拟演播室控制端Viz Content Pilot（VCP）在播出中进行实时更改变换，能够在摄像机运动的情况下，保证场景渲染的平滑、稳定、无锯齿。

Viz Engine支持两路（甚至四路）活动视频输入/输出，并支持高清视频片段插入。摄像机聚焦虚拟三维物体/虚拟视频窗时，虚拟物体的图形清晰，不会产生电子放大。

本系统支持多种外部数据源导入，例如：Excel表格，TXT文档，RSS网页等格式，同时也支持数据库链接及导入。也可以在场景中植入数据接口，每次加载了虚拟演播室场景之后，数据可以被设定为自动更新，以保证虚拟数据都能够在最短的时间内呈现给观众。VSS还具备强大的三维数据可视化工具，能够根据数据源实时地转化为以柱状图、饼状图、直方图等三维立体图表，并以虚拟三维物体的方式在主持人前方或后方出现。

Viz虚拟演播室系统具有三维遮挡和360度无限蓝箱功能，渲染来自任意方向的三维虚拟场景，边缘无接缝和干扰，可以展现无限的虚拟空间。

Vizrt虚拟演播室原生支持立体三维的效果输出，原有的三维场景不须做任何修改，就可以进行立体播出，立体效果的生成并不需要立体摄像机就可以实现。

内置高清的软色键系统，提供出色的实时三维虚拟演播室抠像效果，同时也可以作为硬件色键器的最佳备份选择。

图形渲染引擎Viz Engine支持全场景实时抗锯齿，具备硬件加速能力，采用32位真彩色，支持像素级光源，支持HDR高清动态环境贴图。Viz支持用户输入的任何文字和符号及Windows的中文和英文字庫集，并且立刻在场景中生成具有三维效果的立体字，字的位置、纹理、材质、大小、方向等属性均能够进行实时的调整。

Viz Engine支持多种格式视频文件的播放，如AVI、MPEG4、MPGE2、 MOV、H.264、FLASH视频、WMV等等，并可对视频片断进行剪裁拼接。

VSS可实时控制播放任意多个三维动画，并可对每个动画分别进行控制。同时，在场景播放动画过程中，进行机位的切换，不会出现动画跳跃的现象：即不同的机位看到的场景动画其运动状态、相对位置都保持了正确的三维透视关系。动画的播放采用基于故事板的时间线播放方式和手动触发方式;每个动画可以单独触发，支持外部设备进行触发，例如GPI。

VSS支持对场景中的虚拟灯光，灯光的方向、发射点、颜色等参数能够实时调整。VSS还支持软件景深，当聚焦在主持人身上时，可以对背景进行失焦处理。

2.安全灵活的控制方式和快速修改播出：可通过场景设计软件Viz Artist中独有的切换逻辑功能来支持包装元素之间切换的自定义逻辑关系，可支持多个包装元素的独立控制，以简化播出控制，增加播出安全系数。

只需在普通PC上安装虚拟演播室控制端（VCP），就可以实现将其改为控制机的目的，并可以通过多控一的方式，方便实现对虚拟场景中的任何多个物体，包括动画、贴图、灯光等元素，进行修改及调整。

虚拟演播室控制端（VCP）可以接受外部设备信号或外部数据对虚拟场景中的三维元素进行实时控制，根据实际需求，制作具有特定功能的互动场景，并能支持第三方硬件和软件。

VSS可以支持虚拟场景中多路虚拟摄像机的同时实时显示，虚拟演播室控制端（VCP）可以对虚拟摄像机进行实时操控.场景设计软件Viz Artist和虚拟演播室控制端（VCP）均支持在本地进行场景效果预览。

3.专业的场景设计软件和完善的功能拓展

Viz Artist设计软件带有丰富的标准特效插件库和众多高级特效插件库，高级粒子特效支持粒子系统，能够实现爆炸、烟雾、火焰、雨雪、落叶等效果，并支持粒子特效的各种参数能够实时调整与播出控制。Viz Artist的材质特效可以模拟出各种材质表面在灯光下的逼真效果，并支持实时转动物体时，渲染出真实的折射现象。

场景设计软件Viz Artist提供库管理方式，允许用户自建材质、纹理、模型、粒子等效果模块，并且这些效果模块保存于自定义插件中，作为“物体特效属性”应用于其他任意虚拟场景的三维物体上。

VSS可以和Vizrt其他软件产品进行无缝整合。如果拥有Vizrt在线地图软件后，可以在虚拟演播室场景中制作大量地图相关的动画，如显示三维地形地貌，或者行走在高清晰卫星图片上。在拥有Vizrt天气软件后，立刻就可以在虚拟演播室中制作效果令人惊叹的天气节目。

参考文献：

[1]杨江平.虚拟演播室系统及其在高校教学中的作用[J].长江大学学报（自然科学版）理工卷，2010，7（02）：388-389+416.

[2]王瑶. 虚拟演播室系统在电视节目中的应用[D].东北师范大学，2007.