虚拟演播室系统组成及应用

秦艳艳

（东营市融媒体中心，山东 东营 257091）

0 引 言

虚拟演播室系统作为一种新兴的技术解决方案，正在不断引起媒体和演艺界的关注。本文旨在研究虚拟演播室系统的组成和应用，并探讨其在文艺演出、新闻报道等领域的潜力和影响。通过深入分析虚拟演播室系统的功能和技术特点，展示其在创意表达、视觉效果和互动体验方面的优势。本文将通过实际案例，为虚拟演播室系统的发展和应用提供有益的参考。

1 虚拟演播室系统组成

1.1 虚拟演播室概念

虚拟演播室是一种利用虚拟现实技术构建的多媒体交互环境，用于模拟传统演播室的功能并提供更多灵活性和创意空间。它是将计算机图形学、实时渲染和虚拟化技术应用于演播行业的创新解决方案。虚拟演播室具备沉浸式空间透视、相机追踪、虚拟数字人人体捕捉、实时渲染、拓展现实、增强现实（Augmented Reality，AR）特效等功能。虚拟演播室系统具有广泛的应用空间，被应用于短视频虚拟制作、虚拟拓展直播、虚拟数字人新闻播报、摄影、演出、展览、广告及活动等领域[1]。

1.2 虚拟演播室系统组成

虚拟演播室系统的组成包括LED 显示屏、渲染服务器、合成服务器、相机追踪系统、灯光系统、摄像系统及音响系统。下面对每个组件进行详细的介绍。

1.2.1 LED 显示屏

LED 显示屏是虚拟演播室系统中最重要的组件之一。它通过高分辨率的LED 面板来显示虚拟场景、背景、道具和特效。LED 显示屏通常安装在虚拟演播室的墙面、地板或天花板，为主持人和观众提供逼真的虚拟环境。通过实时渲染和显示，LED 显示屏能够呈现高质量的图像和动画效果。

1.2.2 渲染服务器

渲染服务器是虚拟演播室系统中负责图形渲染的核心组件。它具备强大的计算能力，通过实时渲染算法将虚拟场景的三维模型、纹理和光照等信息转化为逼真的二维图像。渲染服务器需要高性能的图形处理单元（Graphics Processing Unit，GPU）和大容量的内存来实现实时渲染，以保证图像的质量和流畅性。

1.2.3 合成服务器

合成服务器负责将不同的图像和视频元素进行合成，以创建虚拟场景的最终图像。它可以将虚拟场景与实时视频流或预先录制的视频素材进行融合，使主持人和虚拟角色与虚拟环境无缝地交互。合成服务器需要运行复杂的图像合成算法，处理实时视频流，以实现高质量的合成效果。

1.2.4 相机追踪系统

相机追踪系统用于追踪真实摄像机的位置和姿态，并将这些信息传递给虚拟演播室系统，以便系统能够相应地调整虚拟场景和角色的视角。相机追踪系统可以通过传感器、红外技术或计算机视觉算法来实现，确保虚拟场景与真实拍摄场景保持一致，提供更真实的观看体验。

1.2.5 灯光系统

灯光系统在虚拟演播室中起到关键作用，通过调节光照和阴影来增强虚拟场景的真实感。灯光系统包括各种类型的灯具和控制设备，用于控制光源的亮度、颜色、方向和效果。在虚拟演播室系统中，灯光系统与其他组件密切配合工作。它与渲染服务器、合成服务器和相机追踪系统进行实时通信，根据虚拟场景和摄像机角度的变化，自动调整灯光设置，以保持虚拟环境的一致性和连贯性。

1.2.6 摄像系统

摄像系统由多个摄像机组成，用于捕捉主持人、演员和虚拟角色的动作和表情。摄像系统可以采用不同类型的摄像机，包括固定摄像机、运动摄像机和跟踪摄像机。摄像系统与虚拟演播室系统的其他组件密切协作，与相机追踪系统、灯光系统和渲染服务器实时通信，根据摄像机的位置和角度调整虚拟场景的渲染和灯光效果，以保持虚拟环境与实际拍摄的一致性。

1.2.7 音响系统

音响系统在虚拟演播室中用于提供声音效果和音频增强。它包括扬声器、音频控制设备和混音台等组件，实现声音的立体定位和环绕音效，使观众获得沉浸式的听觉体验。音响系统通过将声音信号与虚拟场景的动态调整进行同步，实现声音的定位和环境反馈。音响系统与其他组件配合工作，例如与合成服务器和渲染服务器实时通信，确保声音与虚拟场景的一致性[2]。

2 虚拟演播室系统的应用

2.1 虚拟演播室系统在LED 虚拟制作中的应用

LED 虚拟制作是一种利用虚拟演播室系统的先进技术，在电影、虚拟音乐会、广告拍摄和晚会等领域创造出逼真的虚拟场景。通过LED 显示屏、渲染服务器、相机追踪系统等组成的虚拟演播室系统，可以实现高度沉浸式的视觉效果和互动体验。以下是两个具体应用的示例。

2.1.1 VP 摄影棚

VP 摄影棚（Virtual Production Studio）是将实时渲染和虚拟现实技术应用于电影制作的创新解决方案。通过在虚拟演播室系统中创建高度逼真的虚拟场景，演员可以在虚拟环境中表演，并实时观看虚拟场景中的呈现。这种实时的视觉反馈使得导演和摄影师能够更好地控制拍摄效果，并减少后期制作的工作量。例如，迪士尼的电影《曼达洛人》使用了VP 摄影棚技术，通过虚拟演播室系统创建了许多逼真的虚拟环境，使得电影场景看起来真实而惊人。制作团队使用3D 建模软件设计虚拟场景，包括外星行星、太空船和城市等元素。这些场景经过精细的建模和纹理处理，能够确保与剧情的一致。

2.1.2 XR 延展影棚

XR 延展影棚（Extended Reality Studio）是在虚拟演播室系统中结合了虚拟现实和增强现实技术的创新应用，能够使音乐会、晚会的制作团队在虚拟场景中创造出令人惊叹的视觉效果和互动体验。将虚拟演播室系统与虚拟音乐会和虚拟晚会相结合，观众可以享受到逼真的虚拟现场体验。一个著名的例子是Travis Scott 在2020 年举行的虚拟音乐会“Fortnite Astronomical”，通过虚拟演播室系统和增强现实技术，创造了令人震撼的虚拟现场体验，吸引了数百万观众参与。音乐会制作团队使用虚拟演播室系统创建虚拟舞台，设计了舞台布景、灯光效果和特殊效果等元素。这些虚拟元素可以根据音乐会的主题和概念进行定制设计。XR 延展影棚中的LED 显示屏被用作虚拟舞台的背景。显示屏可以构建完整的虚拟环境，如绚丽的太空、奇幻的世界或现实世界的场景。这些显示屏通过实时渲染技术将虚拟舞台的图像实时显示出来，为观众提供沉浸式的视觉体验[3]。

2.2 虚拟演播室系统在虚拟现实新闻报道中的应用

虚拟演播室系统在虚拟现实新闻报道中的应用正在快速发展。通过结合虚拟现实技术和实时渲染，虚拟演播室系统可以为新闻报道提供沉浸式、生动逼真的视觉体验。

2.2.1 创造沉浸式环境

虚拟演播室系统能够为新闻报道创造出沉浸式的环境，使观众能够亲身体验新闻事件的现场感。通过使用虚拟现实头显和控制器，观众可以在虚拟场景中自由移动，并且可以与虚拟对象进行互动。以中央广播电视总台推出的虚拟现实新闻报道《走进克里姆林宫》为例，制作人员通过虚拟演播室系统与三维建模，还原克里姆林宫的建筑特色，使得参观者能够360°沉浸式地参观克里姆林宫。

2.2.2 虚拟重现历史事件

虚拟演播室系统可以利用虚拟现实技术和实时渲染功能，重现历史事件，向观众展示逼真的场景和情境。通过虚拟演播室系统的应用，观众可以亲身体验历史事件，了解历史背景和事件发展的细节。以央视新闻客户端虚拟现实新闻报道《带你到战地——央视独家VR 呈现被炸毁的叙利亚》为例，新闻机构利用虚拟演播室系统向大众呈现战争后的叙利亚场景，向观众展示了当时的紧张气氛和事件的历史意义。通过虚拟演播室系统，观众可以穿戴虚拟现实头显，用手机等终端选择自己的视角，沉浸式地体验战争带给城市、人们生活的影响，感受到历史事件带来的巨大影响[4]。

2.3 虚拟演播室系统在文艺演出中的应用

虚拟演播室系统在文艺演出中的应用，为艺术家和观众提供了全新的创作和欣赏体验。它将虚拟现实技术与传统文艺演出相结合，创造出令人惊叹的视觉效果和沉浸式体验。

咪咕文化第十四届音乐盛典“咪咕汇”是全球首场5G+4K/8K+XR 云演艺盛典，充分融入5G、4K/8K、拓展现实（Extended Reality，XR）、全息影像等技术。全会场布置4K 摄像机、8K 摄像机、自由视角摄像机、8K VR 摄像机累计71 个，利用虚拟演播室系统为观众打造了一个富有创意和视觉冲击力的表演舞台[5]。2021 年，爱奇艺推出云演出产品“虚拟之城”沉浸式演唱会。演唱会总共分为《昼·造梦》和《夜·闪耀》两场，这是全球首次将影视级LED 写实化虚拟制作和XR 技术同时应用于演唱会直播，通过3 个XR 虚拟机位、10 个直拍机位完成多角度的拍摄与实时场景渲染，打造了十余个虚实变幻的舞台场景[6]。

3 结 语

虚拟演播室系统作为一种创新的多媒体交互环境，为文艺演出、新闻报道等领域带来了巨大的变革和创作空间。通过结合虚拟现实技术、实时渲染和互动功能，虚拟演播室系统提供了更丰富、更具沉浸感的观赏体验。它不仅拓展了艺术家的创作想象力，还为观众带来了全新的互动和参与方式。