融媒体时代虚拟演播技术在电视节目制作中的应用研究

姚文峰 陈丽娜

（作者单位：西平县融媒体中心）

融媒体时代，虚拟演播室技术可以打破电视节目制作中存在的时空区域限制，提升电视节目自身的观看效果，同时也能够缩减电视节目制作成本[1]。基于此，文章主要对虚拟演播室技术进行研究和分析，以期对虚拟演播室技术在电视节目制作中的应用实现全方位的了解和把握。

1 虚拟演播技术分析

1.1 概述

虚拟演播技术，是一种新型的电视节目制作技术，可以实现演播室真实内容和计算机虚拟制作场景的有效融合应用，是计算机虚拟成像技术和传统色键技术优势的融合交互发展呈现，使电视节目质量可以得到有效提升。色键抠像技术主要是传统电视节目制作过程中利用的技术，具有一定缺点，在节目的前景和后景制作方面，产生的头饰效果相对较差，给人以前景、后景漂浮的感觉和体验，有一种违和感，对于此问题，可以利用虚拟演播技术进行弥补。虚拟演播技术在实际应用中需要及时进行相机拍摄参数数据的记录和存储，利用跟踪技术实现对参数的调整，保证前景和后景之间具备符合要求的透视效果，同时可使用计算机技术实现对虚拟场景的个性化制作研究，结合前景拍摄到的画面信息，实现前景和画面的同步变化，在电视的输出效果方面达到更好的状态。虚拟演播技术在演播室进行应用的过程当中主要借助于U型或者L型的蓝箱，在实现三维合成状态下，可以借助色键技术对主持人的画面进行抠像处理，还可以借助于捕获摄像机的运动轨迹和所处位置实现对主持人在演播室的位置变化捕捉，主持人能够保持合理的方式和三维背景相融合，最终创造出更具真实感的画面和镜头。区别于传统的拍摄方式，虚拟演播室的拍摄过程需要借助于数字摄像技术。拍摄过程中，摄像机的视频信号需要借助延迟期实现色键处理，最终生产一个主信号。此种方式为常用的二维虚拟演播室技术，现阶段更多地应用三维虚拟的演播室技术，也就是在立体图像的技术基础上，在实时推拉摇移等多个渲染功能的基础上营造出一种完美的虚拟空间体系系统[2]。

1.2 技术应用系统构成

虚拟演播技术在实际应用操作的时候，系统内部主要包含三个部分，即摄像机跟踪系统、虚拟场景生成系统及视频色键合成系统。

对于摄像机跟踪系统，演播室的摄像机在拍摄的过程中可以实现多台摄像机的同时运动化拍摄，区别于传统的演播室拍摄，主持人在出现位置的移动之后，不会改变对应的位置环境。现阶段的摄像机跟踪系统内部应用可以突破局限性，摄像机处于动态的运行中也可以对拍摄到的画面视角和画面内容进行动态化改变。对于摄像机跟踪技术来说，主要是利用多种定位方式进行图像识别和参数的捕获，比如机械传感图像识别、红外线跟踪超声波定位，将捕获得出的参数数据传输到计算机内部从而生成一个背景画面，最终实现真实摄像拍摄的任务和软件虚拟摄像机同步的目标，达到真实的三维效果。

对于虚拟场景生成系统，主要是利用图形工作站渲染制作而成，利用现场摄像机内部存储的参数进行虚拟摄像机的搭建，并根据模型要求进行合成重构，以此形成一个虚拟背景的图像序列，借助于渲染机实时产生和前景透视关系相关的二维或者三维场景。比如在某城市的电视台演播室内部，可以利用iArtist制作软件进行前景的制作包装，将其在虚拟播放软件中进行播放。

对于视频色键合成系统，主要是借助于色键技术实现人物和背景的分离，在计算机的合成下，可以实现虚拟演播系统的搭建构造。融媒体时代，如果要实现成本的最大化节约，确保电视节目的制作在可视化程度方面更加精确，可以借助Vmatte HD高清色键器4.2版进行虚拟演播室的搭建，确保多机位、多通道的内容设定。其中，色键器硬件部分可以进行4组色键参数的记忆和存储操作，在机位切换之后，整组参数都可以实现下一帧视频的回扫切换，利用MBS_Remote软件与应用程序接口（Application Program Interface,API）进行接口的控制，在实际应用的过程中可以实现和4部摄像机位的同步参数调整和背景的切换。通过此种方式，1台色键器的功效和4台机器的效果一致，且在机器开机的过程中可以实现自动还原关机前用的机位与色键参数的一系列操作。

2 应用虚拟演播技术的必要性

首先，虚拟演播技术的主要原理是利用摄像机拍摄蓝色幕布前的真人的行为，结合摄像机与对应的跟踪系统实现图像的抓拍，并将其实时传输给计算机图形工作站，最终利用计算机技术来融合拍摄任务和虚拟的三维场景。虚拟演播技术具备一定的特点，对于现实存在的或者不存在的都可以借助于计算机技术来进行融合。在此种背景下，成品视频的创意场景要素可以根据创作者的想法实现随意的增加或者减少。另外，虚拟演播技术可以使得电视节目和创作者的理念更加吻合，利用电视节目场景和背景内容的更改设计，实现电视节目创作意识的良好传播，激发更多人群的兴趣和共鸣，提升电视节目的艺术水平[3]。其次，虚拟演播技术具备强大的场景更换能力，此种强大的场景更换能力可以使得电视节目更具创意和表现形式。再次，虚拟演播技术可以降低成本，对制作过程当中涉及的拍摄空间要求和拍摄场景的要求也可以实现缩减。不需要对创作者的设计场景做出实际布置，可以借助于小房间或小场景的拍摄方式对人物资料进行采集，成品视频内所需要的任务场景也可以利用计算机合成的方式来构成。可以说，虚拟演播技术能够大大提升视频拍摄的效率，降低视频拍摄的成本。

3 虚拟演播技术的功能

3.1 构建虚拟影子

虚拟演播技术在构建虚拟影子方面具有显著的作用。虚拟影子是一种特殊效果，它在电视节目制作中广泛用于增强视觉效果和吸引观众的注意力。通过虚拟演播技术，制作人员可以为文字、物体或人物添加虚拟影子，从而使它们在屏幕上看起来更加立体和逼真。虚拟影子的形状、方向和长度可以根据实际情况进行调整，从而达到更好的视觉效果。这种技术在广告制作和舞台演出中尤其常见，可以使广告产品或演员在画面中更加突出，并增强演出的视觉冲击力。

3.2 构建虚拟人物

虚拟人物形象在各个领域中均有着广泛的应用，通过虚拟技术可构建虚拟人物形象，对人体各个部位进行仿真模拟。在计算机的控制下，虚拟人物的身体和行动控制犹如现实中的个体，能够自如活动，栩栩如生。而且虚拟人物能够与现实中的人进行无障碍交流和沟通，有助于为广大受众和使用者提供更加高级的感官享受，从而提高电视节目的收视率。

3.3 构建虚拟场景

通过虚拟技术，将虚拟场景分成若干板块并分别应用，可多元化调整节目制作参数，使观众的听觉与视觉感受得以提升。同时，还能够利用虚拟场景导入二维虚拟场景，提高节目的收视率。

3.4 视频剪辑与合成

电视节目的最终呈现需要将无数条视频剪辑并合成在一起，通过抠像技术可有效整合背景与人物，最终可保证所呈现视频的完整性。但制作过程中必须严格把控系统数值，高效且合理地变换虚拟场景中的位置，保证画质效果。

4 电视制作中的虚拟演播关键技术及其应用

4.1 摄像机跟踪技术的应用

摄像机跟踪技术（Camera Tracking），也称为摄像机匹配或相机追踪，是一种利用计算机视觉算法，通过对视频或图像序列中的特征点进行识别和跟踪，从而估计摄像机在拍摄过程中的运动和位置的技术。该技术常用于虚拟演播技术中，将虚拟元素与真实拍摄内容进行精确的融合。摄像机跟踪技术在电视节目制作中发挥着重要作用，为制作人员提供了许多创意和操作上的便利[4]。

摄像机跟踪技术在电视节目制作中的具体应用主要包含以下几个方面：第一，虚拟场景与真实拍摄结合。利用摄像机跟踪技术，制作人员可以将虚拟场景与真实拍摄的素材进行无缝融合。通过准确跟踪摄像机的运动，计算机可以确定虚拟场景的视角和相机参数，从而使虚拟场景看起来与真实拍摄的场景完美契合，产生出逼真的效果。这在电视新闻、天气预报等节目中广泛应用，使得主持人似乎身处在虚拟的场景中进行报道，增强了节目的视觉吸引力。第二，角色与虚拟场景互动。在一些综艺节目或儿童节目中，摄像机跟踪技术可以让真实的主持人或演员与虚拟角色进行互动。通过准确跟踪主持人的运动，虚拟角色可以与其在虚拟场景中进行实时的互动，创造出有趣的效果，增强节目的娱乐性和互动性。第三，广告和宣传片制作。在广告和宣传片中，摄像机跟踪技术常用于将虚拟产品或特效与实际拍摄场景结合，使广告效果更加生动和引人入胜。例如，汽车广告中可以将虚拟的汽车与真实道路进行融合，展现出车辆的动态驾驶场景。

4.2 蓝箱技术的应用

蓝箱技术（Blue Screen Technology），也称为“蓝幕技术”或“蓝背景技术”，是一种利用特殊的蓝色背景幕布和计算机合成技术，将真实拍摄的主体与虚拟背景进行合成的技术。蓝箱技术使用时，摄影棚的背景幕布通常为鲜艳的蓝色或青绿色（也称为“蓝幕”或“绿幕”），这些颜色在人物或物体中很少出现，因此可以通过计算机合成技术将其替换成任意虚拟场景或特效。

蓝箱技术在电视节目制作中有广泛应用，包括但不限于以下方面：其一，虚拟场景生成。蓝箱技术可以用于创建虚拟场景，让演员或主持人在蓝色背景前表演，然后在后期制作中通过计算机合成将其放置在各种虚拟环境中，进而在有限的摄影棚内创造出各种不同的场景，比如城市街道、森林、海洋等，而无须实际前往现场拍摄。其二，特效制作。蓝箱技术也是电影和电视剧中常用的特效制作手段之一。例如，在动作片中，可以使用蓝箱技术来打造飞行、激烈战斗等场景，不必实际进行危险的特技表演。同时，通过蓝箱技术，可以为角色添加各种特殊能力或改变其外貌。其三，天气预报。蓝箱技术在天气预报节目中也得以广泛应用。气象主持人站在蓝色背景前，然后在后台通过计算机合成技术，将气象图、天气情况及各种特效效果融合到背景中，使得主持人似乎置身于一个生动的气象环境中，能够增强节目的吸引力和信息展示效果。

4.3 色键技术的应用

色键技术（Color Keying Technology）也被称为“Chroma Keying”或“Green Screen Technology”，是一种在后期制作中使用的特效技术，主要利用颜色差异实现将一个特定颜色的背景（通常是绿色或蓝色）替换为其他图像或视频的技术。在电视节目制作中的拍摄阶段，通常使用绿色或蓝色背景幕布，称为“色键幕”。被拍摄主体（演员或物体）很少使用相近颜色，以确保背景与主体之间的颜色差异明显，演员或物体在色键幕前表演或摆放，摄像机记录这一过程。在后期制作阶段，使用计算机合成软件（如Adobe After Effects）对拍摄的视频进行处理，制作人员将选择一个特定的颜色（通常是绿色或蓝色）并把它替换成所需的虚拟场景、特效或图像。最后，应用计算机将选定的颜色（比如绿色）与虚拟图像进行合成，从而将虚拟元素融合到原始视频中，形成最终效果。

4.4 虚拟场景技术的应用

虚拟场景生成技术是指利用计算机图像合成技术，通过计算机生成虚拟的场景或环境，然后将真实拍摄的素材与虚拟场景进行无缝融合的技术。这种技术在电视节目制作中扮演着重要的角色，为制作人员提供了丰富多样的场景选择和视觉效果，同时也大大降低了制作成本和拍摄难度[5]。虚拟场景生成技术通常基于计算机图形学和计算机视觉技术使用，制作人员首先使用专业的三维建模软件或场景生成软件创建虚拟场景，这些场景可以是建筑、风景、城市、外太空等。在后期制作中，制作人员可以根据需要对虚拟场景进行调整、增添特效和细节，使其与真实拍摄内容完美融合。比如在电视新闻节目制作过程中，虚拟场景生成技术常用于实现记者或主持人站在虚拟场景中进行报道，制作人员可以灵活地切换各种场景，增强可视化效果。

5 结语

虚拟演播技术在电视节目制作中发挥着重要的作用，为节目带来了更多的创意和可能。随着我国信息技术的不断发展，虚拟现实技术必将继续推动电视节目制作向更加高级、创新的方向发展，并带来更多精彩的节目内容，吸引更多观众，提高节目的收视率。