虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用

孙 涛，万海伟，谈鹤然

（1.杭州市萧山区融媒体中心，浙江 杭州 311201；2.西藏广播电视台，西藏 拉萨 850000；3.辽宁广播电视集团（辽宁广播电视台），辽宁 沈阳 110820）

0 引 言

1984年，美国VPL公司的JARON L首次提出“虚拟现实”的概念，此时虚拟现实技术还仅被用于航天、军工等专业领域。近些年，虚拟演播室技术发展迅速，且被广泛应用于电视节目制作中。2019年3月至2019年12月期间，用户通过谷歌对“虚拟演播室”总共进行69 300次搜索[1]。2020年3月至2020年12月，“虚拟演播室”的搜索量增长了90%，总计132 300次，其中包括“虚拟新闻室”（同比增长190%）、“虚拟场景设计”（同比增长125%）和“3D虚拟场景”（同比增长264%）。受众对电视节目的要求不断提高。充分发挥虚拟演播室技术在电视节目制作中的优势，实现电视节目效果的全面优化，能够满足受众观看高清晰电视节目的要求。

1 虚拟演播室技术的概念与工作原理

1.1 虚拟演播室技术的概念

虚拟演播室技术是电视节目制作的一种特殊技术，基于计算机技术，与系统跟踪、节目拍摄、抠像以及三维动画等技术相结合，制作电视节目虚拟场景。虚拟演播室技术的本质在于，对摄像机所拍人物互动图像与计算机三维动画进行数字化融合，同步实现人物互动和演播室内容的信息整合，最终呈现出清晰度较高的电视节目画面[2]。

1.2 虚拟演播室技术的工作原理

虚拟演播室技术的构成主要包括摄像机、控制机、切换设备、跟踪系统、色键器、虚拟背景渲染服务器以及延时器等设备，具体结构如图1所示。

图1 虚拟演播室技术工作原理图

虚拟演播室技术的工作原理是：主持人站在蓝箱中主持电视节目，摄像机正常拍摄，后期制作时应用色键技术抠除摄像机所拍摄的蓝色背景图，仅保留主持人和前景图像；摄像机跟踪系统对镜头与摄像机成像和运动参数进行实时检测，根据参数虚构虚拟摄像机；计算机依照虚拟摄像机所提供的成像参数设计虚拟场景，同时与前景图像形成无缝衔接的透视关系，最后通过图像合成系统将背景图像、前景图像整合为一幅图像，保证前景与背景画面的三维透视关系、运动参数以及成像参数保持一致，使观众能够观看到逼真、自然的电视合成画面。

2 虚拟演播室的关键技术

2.1 虚拟背景生成系统

不同于传统演播室技术，虚拟演播室技术利用计算机三维动画构建虚拟背景，其中包括拍摄所需的影像、道具等。虚拟背景中，摄像机并非仅拍摄人物及其活动区域，还会拍摄虚拟画面后期需要应用的区域。摄像机拍摄过程中，现场背景统一选择蓝色，将蓝色当作抠像基础颜色。多组摄像机对人物素材完成多角度拍摄后，通过计算机三维动画构建虚拟背景，再融合人物素材和虚拟背景。虚拟背景创建过程必须遵循以下原则。

（1）虚拟演播室背景长期保持光滑，且具有立体感[3]。

（2）根据构建虚拟画面与人物移动所需范围布置蓝色背景，确保所有拍摄区域均在背景范围内。

（3）预留放置道具的充足空间。如果某些道具无法实现蓝色背景覆盖，可将其涂为蓝色，以便与计算机虚拟成像相配合。例如，拍摄人物在厨房做饭的场景时，可将几何立体物体涂为蓝色，当作虚拟灶台所生成背景，再通过计算机生成虚拟灶台。

2.2 摄像机跟踪技术

虚拟演播室的摄像机跟踪技术分为位置侦测模式、机械传感模式以及画面识别模式三种模式。其中，机械传感模式先对摄像机运行参数进行精准测量，主持人可在蓝色背景中活动，但所有摄像机必须配备跟踪设备。安装跟踪设备后的摄像机，也会增加移动期间的定位与校正难度。画面识别模式通过跟踪设备协调摄像设备，工作期间无需再校准摄像设备，但必须提取画面和数据分析，主持人活动也会受限。位置侦测模式则是将定位仪器安装在摄像机中，通过传感器实时传送位置信息。

2.3 视频色键合成系统

虚拟演播室技术中，视频色键合成系统是通过色键技术分离背景图和人物，再通过计算机将人物和虚拟背景融合起来，形成虚拟演播系统。为提高电视节目画面品质，通过合成图像处理技术增强画面真实感。通常，虚拟摄像头和现实摄像头数量相同，唯一的差别是信号源不同。

3 虚拟演播室用于电视节目制作中的优势

电视节目制作中应用虚拟演播室技术具有如下优势。

（1）节约电视节目制作成本的同时，还能提升电视节目制作效率。近年来，大众生活质量越来越高，以往电视节目已经很难满足大众审美需求。应用虚拟演播室技术，不仅能满足受众需求，而且减少了节目拍摄所需人、财、物的消耗，能够节约电视节目制作时间，提升电视节目制作效率[4]。

（2）虚拟演播室技术能够优化电视节目画面感，使节目呈现效果更佳。虚拟演播室技术实时合成电视节目拍摄图像和三维动画，提升电视节目像素清晰度。

（3）虚拟演播室技术有助于电视节目制片方发挥创造力与想象力。制片方通过虚拟演播室技术制作电视节目，通常不会受空间、时间以及资金等条件束缚，可自由发挥想象力，从而创作出与受众审美需求相符合的电视节目。

4 虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用

4.1 新闻类电视节目

通过虚拟演播厅拍摄新闻类节目，必须注重新闻时效性，紧抓时代热点和时代发展方向。通常，新闻节目制作方都拥有拍摄演播室，但考虑到电视节目收益与成本，会将虚拟演播室当作重点拍摄环境。新闻类节目的功能主要在于传递新闻资讯，将精准、实时的新闻资讯传递给受众。拍摄新闻电视节目期间，主持人的信息传播任务艰巨，这是新闻节目的重要组成部分。应用虚拟演播室技术拍摄过程中，要先利用摄像机位移技术拍摄人像，再抠取与捕捉人像，同时摄像机传感器模拟拍摄虚拟背景，合成主持人和虚拟背景，形成全新的新闻类电视节目[5]。

新闻类电视节目需要异地采访，由于受空间、时间等限制，新闻类节目的异地拍摄成本较高，该情况下可发挥虚拟演播室的作用。电视节目制作方利用人像抠像机器处理所接收的外地数据信号，对其抠像后，向虚拟演播室发送所有数据，并导入虚拟演播室，将背景切换为虚拟演播室，即可保证主持人如同置身新闻现场。2022年两会期间，央视网推出《两会C+时刻》节目，打造极具“科技感”的虚拟演播室，融合实时面部+动作捕捉、实时渲染、深度学习等多种技术，实现数字虚拟主播、嘉宾和虚拟场景共同融合，打造极具“视觉穿透力”的虚实场景。

4.2 综艺类电视节目

与新闻类电视节目相比，综艺类节目具有娱乐性、灵活性以及生动性特征，制作节目时更重视视觉体验与节目感染力。综艺类节目剧情起伏线比较大，经常会将出乎意料的节目效果和剧情变化带给观众，因此综艺节目的受众范围更广泛，感染力也更强。为制作出优秀的综艺节目，制片方可以科学利用虚拟演播室技术，通过平台系统装饰综艺类电视节目，以优化电视节目呈现效果[6]。例如，河南电视台通过虚拟演播室技术制作娱乐节目，凭借传统文化类节目奇妙游系列成功出圈，同时引入科技手段，联合七维科技打造了拓展现实（Extended Reality，XR）沉浸式演播室。虚拟演播室建成后，河南电视台采用XR技术进行艺术创作，通过新科技在演播室打造虚拟仿真沉浸式场景，省去了前期置景时间，提高了拍摄效率。河南卫视基于七维科技提供的XR技术屡屡拍摄出圈作品，如《七夕奇妙游》《非凡十年 出彩中原》《梨园春》等。科技的加入，既符合去娱乐化的要求，也能够使节目亮点频出，吸引到更多的电视观众。通过虚拟演播室技术切换节目场景的过程中，应充分利用视频、音频以及图片等，不断提升娱乐电视节目地观赏体验，同时增强各节目环节的紧密性与串联性。

4.3 访谈类电视节目

拍摄访谈类电视节目，需要重点把握节目空间转换问题，保证节目主持人与嘉宾、现场等无缝衔接，适时调整拍摄角度，确保人物发言过程中镜头空间充足，防止出现图像偏移或者画面失衡等问题。布置访谈类节目拍摄现场时，主持人与嘉宾之间需要留有足够的社交距离，防止因访谈画面太远或太近而造成主持人与嘉宾尴尬。通过虚拟演播室技术，制片方可在访谈类节目演播室加入墙画、花瓶、赞助物品等装饰性道具，以缓解访谈中的紧张氛围。访谈类节目还可以利用虚拟演播室技术，使主持人置身于焦点现场，以增加访谈节目的真实性[7]。例如，2022年4月，中央电视台知名电视节目《焦点访谈》全新改版。改版之后的《焦点访谈》节目实现了全面虚拟场景直播化，演播室内不再有主播台，主持人置身于一个虚拟场景中，给人一种强烈的现场感。此次《焦点访谈》演播室改版也是央视宽屏改版之后，《焦点访谈》首次全程使用虚拟制景录制串联。《超V对话》节目作为国内首档VR虚拟访谈节目，结合5G网络更新换代带来的巨大红利，与行业重量级嘉宾一起探索VR、AR以及5G对未来生活、娱乐、工作、教育等方面带来的变革。节目采用VSWORK虚拟空间应用，将节目场景设定在遥远的外太空飞船中，与嘉宾共同体验外太空之旅。主持人和嘉宾的角色采用照片建模，拟真还原本人的真实容貌，让“面对面”沟通看起来更真实、更沉浸。量与呈现效果的同时，促进电视节目制作高效发展。

5 结 语

新媒体时代下，电视节目制作中应用虚拟演播室技术，可突破时间和空间限制，基于电视节目制作需求，开发出最佳场景效果。通过拓展电视节目制作范围与拍摄方法，拍摄出极具创意且内容丰富的电视节目，在节约节目拍摄成本的同时，也提升了电视节目呈现效果，为观众带来娱乐性、新颖性以及创意性节目观看体验。除此之外，电视节目制片方还需要进一步挖掘与创新虚拟演播室技术，在提升节目质