虚拟演播室技术的相关形式和技术功能探讨论文
摘 要：虚拟演播室近年发展起来的一种独特的电视节目制作技术，是全新的现代信息技术发展与传统演播室技术共同发展的产物，技术成份、优越性和功能决定了这项技术具有强大的发展空间和广阔前景。
关键词：摄像机跟踪技术；计算机虚拟背景；色键技术
引言：虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称 VSS）是在高速图形计算机和视频色键技术的基础上而形成的新型技术，它的实质是将计算机制作的虚拟三维场景与电视摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实时合成，使人物与虚拟背景能够同步变化，使两者有一种天衣无缝的融合，在电视画面上收到了在演播室虚拟的的那种新的环境和气氛，从而使画面获得完美的合成。
1.虚拟技术在应用过程中的优势
1.1高精度高准确的跟踪
跟踪是考核虚拟演播室的关键指标之一，是使虚拟环境中的前景和现实的场景不会分开一种技术，让人看上去不会是两个环境。跟踪的方法有很多，主要就是使用光栅旋转编码器、网格识别、辅助摄像机光图形接力等几种跟踪方式，任何一种跟踪方法，跟踪的自由度都必须独立，相互之间不能牵连。跟踪也要形成自身的系统，和前景色键无关，跟踪也必须是物理摄像机对虚拟摄像机间的直接赋值与控制，不能通过中间环节进行。
1.2对影视节目的创作水平有了显著的提高，拓展了创作人员的想象空间。
传统演播室录制的节目，常常需要营造一个丰富的场景，制作人员就得耗费大量物力、人力去搭建一个场景，而这种制作出来的场景只能提供给几个特定的节目使用，使用率不高，浪费严重，制作人员也要受到很多的限制，有很多有创意有特色场景无法达到预期的效果，而虚拟演播室就能够使这个创作空间得到最充分的发挥，虚拟场景是在计算机内形成的，不受时间和空间的限制，能制作出很多宏大的场景，创造出传统演播室无法比拟的场景，使节目在制作中创造更加真实的效果，变得更加丰富多彩，关键是还节省了人力、物力和财力，大大的降低了制作成本。
1.3数字特技功能的丰富发展
信息技术的发展让现代影视制作有了新的发展契机，同时也提高了节目的观赏性、可看性，数字特技让传统节目制作中无法实现的场景成为现实，在数字特技功能面前，只有你想不到的，没有它做不到的，虽然有些夸张，但他确实给导演及美术师提供了充分的创作空间，丰富了演播室的节目。
2.虚拟演播室的技术关键在于把虚拟背景与前景完美的融合在一起,它通常由摄像机的跟踪、计算机虚拟背景的生成、色键技术三个组成部分
2.1摄像机的跟踪
摄像机追踪技术是虚拟演播室系统来最重要的.部分之一，摄像机的跟踪要精确的获取摄像机当前的位置、方向和镜头等参数,并把这些参数传递给用于生成三维背景画面的计算机,让虚拟摄像机和真实摄像机同步。摄像机追踪技术通过获取演播室中的动作参数以及实际位置参数，从而才能判断出演员或主持人、摄像机、计算机虚拟场景之间的相对位置关系，能够使系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。如果把摄像机固定在一个位置上，踪系统只能测量摄像机的俯仰和摇移动作，不能测量到X、Y、Z的位置改变，这样会使背景显得平板。只有正确地测量到摄像机的参数，虚拟背景才不会产生“跳跃”现象，并且不会使画面失去真实感。虚拟演播室的追踪系统要求特别精确，即便是0.01°的误差也有可能导致背景与前景之间发生明显漂移和抖动。一个高质量的虚拟演播系统一定要认真对每个镜头的进行校正，不能依赖于普通的镜头表。
目前有两种方式可获得摄像机的这些运动参数，即机械跟踪方式和图像分析识别方式。
（1） 机械跟踪方式
这种跟踪系统是在摄像机镜头上安装镜头运动参数编码器，以及摄像机位置X、Y、Z编码器，编码器能够将检测到的摄像机的上、下、左、右摆动的细微角度，推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降等传感部位的运动数据，通过一个“传感器”装置传输到“校准器”，信息数据通常通过一些串行接口类型如RS-232或RS-422传送给计算机。机械跟踪方式是直接对摄像机的各种运动参数进行测量。
（2）图形分析识别方式
是利用图像分析识别技术在拍摄期间同步控制并检测摄象机的各项运动参数，包括位置参数（X、Y、Z），水平转动参数，垂直转动参数和变焦参数，所有这些参数都被转化成位置参数，这就使得摄像师能够在拍摄过程中随意移动摄象机，而且也不需要特殊的摄像机
图形识别可以说是一种“运动估测算法”，通过对前后帧画面的相对运动进行核算和测量，得到摄像机的位置和镜头参数。在计算机所拍摄的画面正常的进行运动和变化时，要充分考虑到背景图像合成的问题，如果单独的使用常色键技术中的简单蓝色背景幕布，必须在蓝色幕布上增添一些稍浅颜色的网格，使整个蓝色幕布（蓝箱）的布光要尽量均匀协调，避免在背景中的画面产生混乱的问题。
2.2计算机虚拟场景技术
虚拟演播室中的场景、道具都是由计算机生成的，计算机是一个小型计算机网络，主机为网络中心，它是虚拟演播室的控制中心，是虚拟演播室节目制作的“导演台”。在常规演播室中很难做到的庞大而且复杂的背景，以至于许多现实生活中人们不可能见到的景观，都可以在虚拟演播室中得以发挥实现。这样既能够使演播室能制作出完善、宏大、丰富、的背景，同时也为那些背景制作人员提供了更广阔的发展和创造空间。ニ孀臥C机的计算能力、视频处理能力和绘图能力的极大提高，给广大用户更大更广阔的选择空间。通过计算机的三维虚拟演播室系统需处理大量的纹理贴图、三角形、视频插入等，可以在任何一个角度去看场景，并根据实际需要进行修改，这也是为什么虚拟演播室受到极力推广的原因。随着计算机的发展进步，技术已经在相关软件的支持下，虚拟场景将会有更大的发展空间。
三维虚拟场景产生有两种方式：
(1)预生成三维方式 (2)真三维方式
2.3色键技术
传统演播室的色键技术是一种图像合成技术，它把色调与蓝箱色调的差值形成键控电压波形。由于使用蓝幕背景，因此在景物体和演员身上就会有一些蓝色的干扰成分，通过计算机的处理，对前景进行非常复杂的消蓝控制，这样才不会使前景产生的颜色失真。抠掉虚拟背景中与前景图像相关的部分，再加上一些蓝箱上的图像，这样就可将前景图像与虚拟背景图像在色键控制器中合成一幅以假乱真的彩色图像，成功的虚拟场景不仅有背景，还有前景，如主持台等道具，主持人甚至可以进入一个虚拟物体中去，或者消失其中。画面中真实的、虚拟的物体间的关系非常复杂，要想实现场景完美，就需要具有特殊功能的高级色键技术，因此，产生了一种被称为Z轴深度键的新技术。Z轴深度技术可以细分到三维场景中，对每个像素的三维场景进行修改，真实物体、虚拟物体、还有演员可以动态地相互遮挡，使虚拟场景更加真实完美。
3.总结
当前，虚拟演播室技术已经在现代节目制作当中已经得到了非常广泛的使用，人们经常可以看到由这种技术制作的文艺娱乐播报、音乐节目、杂志、生活时尚类节目等很多种节目。但随着数字视频、传感器和计算机技术的发展，虚拟演播室必将会在电视节目制作中发挥愈来愈大的作用。虚拟演播室技术无疑是电视节目制作技术的一种革命性飞跃，充分体现了电视技术对当代最新的数字技术、计算机技术兼容并蓄的特点，相信在未来的影视制作中，它终将成为最有力的节目制作工具。
相信它终将会成为一种最为有力的节目制作工具。
参考文献：
[1]杨宝民，朱一宁．分布式虚拟现实技术及其应用[M]．北京：科学出版社，2000．
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[4]张茂军．虚拟现实系统[M]．北京：科学出版社，2001．
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