5G时代XR技术在广播电视节目制作中的应用

李尤佳，裘 晗

（1.曲靖市广播电视台，云南 曲靖 655000；2.中国广电云南网络有限公司曲靖市分公司，云南 曲靖 655000）

0 引 言

2019年6月，我国发放5G商用牌照，5G产业取得快速发展。5G凭借其“低延时、高可靠、大宽带”等特点在广播电视领域实现越来越广泛的应用。广电5G核心网、5G公共服务专网、广电5G物联网等技术在重点行业得以应用。2021年被称为元宇宙元年，2021年3月，Roblox的上市让Metaverse元宇宙概念爆火。Metaverse包含5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、区块链及内容制作等多种元素，依托扩展现实（Extended Reality，XR）技术与设备，为用户带来高度沉浸式的体验。XR技术的应用场景也在不断地拓展，在广播电视节目制作过程中，拓展现实虚拟制作系统是XR技术在广电领域的新探索，为广播电视节目制作带来全新的创作手段。国内外电视台与媒体机构围绕XR技术在广播电视节目制作领域的应用开展了新的实践与探索。

1 5G和XR技术简介

1.1 5G

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，5G），是具备高速率、低时延、大连接特点的新一代宽带移动通信技术。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）定义了5G的三大类应用场景，包括增强型移动宽带（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量机器类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）[1]。

1.2 XR技术

扩展现实（Extended Reality，XR）是虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、混合现实（Mixed Reality，MR）三种技术的融合发展形态。XR能够实现现实物理空间与虚拟世界的无缝衔接，最终通过头戴显示器、3D屏幕等形态展现出来。XR技术能够实现虚拟内容的可视化，在影视后期、3D制作、游戏引擎联合开发等领域有着深入的应用[2]。

1.3 5G与XR技术的融合

XR技术的发展离不开移动通信技术的支持。第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）国际组织第五代移动通信技术的标准研制过程中，支持XR业务成为其关键场景之一。《5G高新视频-沉浸式视频标准体系（2021版）》在沉浸式视频标准体系内容制播部分明确提出了沉浸式视频XR虚拟拍摄技术指南。5G的高速率、低时延、大连接特点，能够满足XR业务极致传输要求；5G技术的演变，有助于推动XR业务流内部报文、XR流量感知、XR业网传输协同以及大规模XR业务流同步传输的发展。

2 5G时代XR技术的发展历程、关键技术及优势

2.1 XR技术发展历程

1990年，钱学森提出虚拟现实技术也可以称为灵境技术。1991年出版的《镜像世界》是元宇宙的技术源头，1992年出版的《雪崩》是元宇宙的文化源头。之后，1999年的《黑客帝国》与2018年的《头号玩家》使观众对元宇宙概念的理解有了更深层次的认识。2021年，Roblox的上市使元宇宙火爆全球。XR设备是用户进入元宇宙的重要工具。正是在这样背景下，XR技术实现在硬件侧、软件侧、内容及应用侧领域的突破性发展[3]。影视特效早期的遮罩绘景（Matte Painting）技术是XR技术的前身，实时渲染引擎Unreal和Unity3D的出现使虚拟场景的构建与调整成为可能，在电影领域发展成为虚拟制片，在电视领域是AR、VS（Microsoft Visual Studio）升级技术形态。基于XR技术支持的虚拟演播室系统，目前主要用于电影、电视拍摄等方面。XR扩展现实虚拟制作系统产品的研发探索，会进一步拓展广播电视行业的发展。

2.2 XR技术的产业发展

硬件设备是元宇宙世界构建的基础，也是用户进入与感知元宇宙世界的重要途径。XR技术的硬件设备包括微显示器、GPU芯片等零部件，XR整机设备及交互设备等。软件是搭建元宇宙场景与内容的重要工具，用户在元宇宙世界通过操作相应的软件实现对元宇宙世界的改造与创造。XR技术的软件包括操作系统（Operating System，OS）、软件开发工具包（Software Development Kit，SDK）以及应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）等[4]。

内容与应用侧是XR技术的发展方向。XR技术的发展与应用使游戏内容不断丰富，虚拟社交成为新的发展热点。5G+线上直播在晚会、发布会、演唱会、电竞赛事等大型活动领域的应用增多。在未来，XR技术在工业制造、医疗健康、文教娱乐领域的应用会逐渐深入。XR技术与超高清视频、5G、人工智能技术融合发展，会给诸多行业带来新的变革与发展。

2.3 XR技术优势

中国、美国、日本和韩国等国在政策与资本方面都给予了元宇宙产业发展支持，以苹果、脸书、微软、谷歌、华为、腾讯、字节跳动为代表的科技企业也都在积极布局元宇宙产业链。XR作为元宇宙产业链中的核心技术，随着元宇宙产业的火爆，软硬件技术实现了突破性进展[5]。XR技术在广播电视领域的应用已初见成效，国内外传媒公司、电影巨头、广播电视台等也纷纷加大对扩展现实虚拟制作系统的投入与研发[6]。

XR技术在广播电视节目制作领域的应用有显著的优势：

第一，通过XR技术能够为导演和演员构建更加逼真的场景，让导演能够根据环境准确地运用镜头语言，为导演提供创意与想法，带给演员沉浸式的表演环境，让演员能够更加自然地表演与表达；

第二，使用XR技术构建虚拟舞台，摆脱了传统舞台在时间、空间领域的局限性，通过调整屏幕与灯光便可以切换各种舞台效果，推动了节目的创新；

第三，XR技术的虚拟布景相比演播室实景布景减少了布景时间，提高了布景效率，实景布景时需要根据不同的情节进行选景布景，XR技术虚拟现实布景节省了不同场景的布景时间与成本，提高了广播电视节目制作效率，同时也减少了资源的浪费；

第四，XR技术在广播电视节目制作过程中会产生大量虚拟场景背景，这对广电单位而言是数字资产，也有助于广电单位把握元宇宙的时代风口，不断发掘商业价值。

3 5G时代XR技术在广播电视节目制作中的应用

3.1 在文博类节目制作中的应用

文博类广播电视节目以传统文化和历史文物为主题、核心，具备丰富的表现形式，通过记录、访谈、歌舞、情景剧等形式呈现。5G时代XR技术的应用，赋予了文博类广播电视节目更为丰富的内涵，使隐秘、晦涩的历史故事场景化，带给观众全方位的沉浸式体验，这也使得文博类节目受到年轻群体追捧。从近几年大火的文博类节目可以看出，XR技术的应用带给了观众全新的视听体验。以河南卫视“奇妙游”系列节目为例，通过5G+AR+XR技术实现现实舞台与虚拟场景特效的结合，《元宵奇妙游》《清明奇妙游》《端午奇妙游》《七夕奇妙游》《中秋奇妙游》《重阳奇妙游》等节目依托5G时代XR等新技术，为观众带来了超越现实的沉浸式体验，让观众仿佛置身于传统文化的场景之中，感受传统文化的魅力。以中央广播电视总台（以下简称央视）综合频道《中国考古大会》节目为例，在主舞台以外，技术团队运用XR技术打造了一个亦真亦幻的副舞台，通过搭建XR屏幕、XR渲染服务器实现XR与AR虚拟制作融合，打造模拟考古探险地面实景和空中虚拟景观共同构成的魔幻场景，实现“现实”——“考古进行时”——“历史事件发生时”三重时态的舞台转换，带给观众沉浸式的考古体验。在中央电视台《中国诗词大会》第六季中，XR技术也有全面的应用。演播室的现场实施方面搭建了XR屏幕，运用XR场景拍摄，通过三块屏幕映射组合构建完整的XR场景，使现场主持人与嘉宾沉浸在神奇、多变的三维立体虚拟空间，也带给观众更加沉浸式的节目视听体验[7]。

3.2 在综合性文艺晚会节目制作中的应用

春节联欢晚会（以下简称春晚）是最具代表性的综合性文艺晚会，是全国人民乃至全球华人喜迎新春的文化盛会。电视节目与传媒技术的创新，往往会在春晚有更加全面的体现，进而推动电视节目的新发展。2021年，央视春晚实现了传统舞台艺术与当代数字艺术的完美融合，5G、XR等信息技术在春晚舞台上大放异彩，最具代表性的有机械装置与大型高清显像技术、XR技术。以创意节目《牛起来》为例，通过应用XR技术，结合物体跟随空间定位技术和AI动作捕捉技术，实现王一博和关晓彤与刘德华的异地节目录制，让演员能够在现实情境中与虚拟元素互动表演，最终通过云端系统实现虚拟世界与现实世界的交互，最终向观众呈现难分真假的视觉体验。以武术节目《天地英雄》为例，呈现在观众面前的是甄子丹与吴京在山川、河流、湖泊中的武术表演，这是通过XR技术以裸眼3D+AR+直播形式，将虚拟场景与现实场景相结合，为观众提供绚丽多变的沉浸式舞台效果。《牛起来》《莫吉托》《时代感》《灯火里的中国》等节目都有融合5G、XR等技术，再结合数字化处理、三维模型、远程移植等制作方法，实现虚拟世界与现实世界的融合，拓宽了舞台表演的时间与空间边界，将境外、异地表演与春晚现场呈现无缝衔接，带给观众全新的光影交互视听体验。

3.3 在新闻节目制作中的应用

5G时代，XR技术在新闻节目制作中的应用有助于打造5G沉浸式新闻，如在2022年两会期间，新闻制作人员运用XR技术打造了《XR看报告：绘景未来》《XR热点播报“两会‘议事界’”》等产品。利用5G网络低延时、高可靠、大宽带的优势，实现智能化高精度抠像，结合XR技术，将处在不同真实场景的主持人与人大代表融合在一个场景之中，通过虚拟演播厅打破了时间与空间的局限，将以往的隔空采访与隔空对话转变成“面对面”交流，使新闻节目的效果更加真实。另外，运用XR技术打造的首个天地融屏访谈节目《王亚平代表在太空讲述履职故事》，王亚平在接受新华社记者专访时身处距地面400 km的太空，新华社通过新立方智能化演播室、虚拟空间、XR技术等打破了时空限制，使主持人“在”中国空间站与王亚平一起完成跨时空对话，带给观众沉浸式的体验，让观众也能够仿佛置身太空之中，跟随王亚平遨游太空。

4 结 语

5G以低延时、高可靠、大宽带特点为XR技术在广播电视节目制作中的应用提供了通信技术支持。XR技术在广播电视领域中的大规模应用会推动广电5G典型应用的发展。5G时代，XR技术在文博类节目、文艺晚会节目、新闻节目等领域的应用逐渐深入，需要在大屏幕的选择、匹配与场景布局设计，灯光系统、摄像系统与大屏系统的调校，传感追踪定位系统、多机位拍摄、虚拟引擎渲染系统等领域不断改进与完善，推动XR产业链、价值链、创新链三链融合发展，推动XR技术与广播电视领域的深度融合。