好莱坞的秘密虚拟演播室技术及应用0电器装置

好莱坞的秘密,虚拟演播室技术及应用

好莱坞的秘密,虚拟演播室技术及应用 2011年12月09日 来源： 人类已进入信息时代，而电视作为信息的创造、加工、传输的主要工具，近十年来发展迅猛，各电视台都试图占领本地区的电视传媒市场。由于上星频道增多，一般大、中城市观众通过有线电视网都能接收到数十套电视节目，因而仅仅依靠增加频道、增设栏目和扩大覆盖面等手段来提高收视率已远远不够。提高电视节目质量、降低电视节目制作成本将成为各电视台竞争的最大筹码。为电视制作提供无限想象和表现空间的虚拟演播室技术，适应这一需求，应运而生。 一、从传统演播室到虚拟演播室 在传统的电视节目制作中，为有一个美观多样的演播室布景，制作人员必须精心设计和搭建表演区和场景，需要耗费大量的人力、财力用在道具的购买、场景的布置和维护上，如价格昂贵又难以维护的大屏幕电视墙等，而且置成的场景无法即时更新和变换，如要改换只能重建，资源利用率低且工作周期长，即使如此，许多场景、舞台效果仍无法实现。 色键制作技术是用摄像机拍摄均匀蓝色幕布之前的人物或道具（前景），然后通过色键设备把蓝背景抠掉，换成其它背景图像。显然，前景和背景只是简单地叠加在一起。为保证色键效果的真实性，要求拍摄前景的摄像机不能移动、变化，因为背景不能随之跟踪变换；当然也不能完成摄像机之间的切换，因为背景不能保持恰当的透视效果；如果背景是活动画面，即使保持拍摄前景的摄像机不变化，仍会产生主持人好象在背景上飘浮的感觉，缺乏真实感，可见色键制作技术是有很大局限性的。 为了产生出逼真视觉的场景效果，用计算机场景工作站生成的三维图像代替简单的二维图像作为演播室的“虚拟”背景，并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该背景，使之与拍摄的主持人图像（前景）同步变换，实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果，这就是三维图形学、人工智能、模式识别与计算机图形图像处理相结合的虚拟演播室技术。 一般虚拟演播室系统的组成框图如图1所示。摄像机拍摄的主持人在带识别标志的蓝屏前表演的视频图像一路送数字图像处理部分，实时获取运动摄像的内外参数，另一路送视频延时器，以保证前景与虚拟背景在合成时严格同步；其输出送数字色键器，从带识别标志的主持人图像中去掉识别标志和蓝背景部分，并给出描述前景与虚拟背景融合比例的键信号。三维虚拟场景制作、发生工作站既能根据节目需要制作虚拟场景，又能借助三维加速卡在摄像机运动参数控制下实现变换场景；视频源1送入虚拟场景发生器，显示在虚拟场景中的虚拟大屏幕电视墙上，视频源2送入多层图像合成器，可以制作出众多的特殊效果。从以上系统结构中可以看出，虚拟演播室主要包括三个部分：摄像机运动参数的获取和实时计算、实时色键计算、三维虚拟场景实时生成和输出。

图1 通用虚拟演播室系统结构框图 二、以跟踪方式区分的虚拟演播室两大类别 虚拟演播室中的一项关键技术是如何判断摄像机、主持人、计算机“虚拟”背景之间的相对位置关系，使之实现“同步”。实现“同步”的关键是连续跟踪获得摄像机的运动参数。这些参数包括镜头运动参数（变焦、聚焦、光圈）、机头运动参数（摇移、俯仰）及空间位置参数（地面位置X、Y和高度Z）等。目前，成熟的跟踪技术主要有图形识别（Pattern Recognition）和以传感器为基础的跟踪系统（Sensor-based Camera Tracking System）两种方式。同时这也是虚拟演播室两大类别的主要区别之处。

图形识别方式需要一个画有特殊网格的蓝色背景幕布（见图2），它将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器（DVP）中进行处理，通过对该画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机的运动参数，机械传感器方式则是通过安装在摄像机云台及镜头上的传感器获得有关参数。两种方式各有其优缺点。图形识别方式的优点是对摄像机不加限制，也给予摄像师最大的自由度。缺点是要对所拍画面进行复杂的大量的数据计算，会造成较大的延时；由于只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，使主持人的活动范围受到一定的限制；为了精确跟踪计算，必须保持用于识别背景网格始终清晰，这使得摄像机景深范围受到限制，无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格，而且要使用较高质量的色键进行抠像。机械传感的方式可以弥补图形识别方式的不足，但其缺点是摄像机位置必须固定，每换一个位置都要重新进行定位调整，需要投入更多的资金购置额外的设备。为给用户提供更大的选择余地，在以某种跟踪方式为主的同时还融入了另外一种。 三、两个典型的虚拟演播室系统 虚拟演播室是一个具有高技术含量、高附加值和广阔市场前景的产品。据报道，自1991年日本广播公司（NHK）开发了一套图像合成系统以来，国外很多

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