外国虚拟演播室.docx
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外国虚拟演播室
Z编码器。
这种跟踪方式原理很简单，即在摄像机的镜头上、液压摇摆
头上装有精确的编码器，可以精确地检测相应参数，通过RS-232
或RS-422端口送给控制计算机，要获得正确的透视合成效果，
使虚拟背景的立体透视关系实时地跟上真实摄像机拍摄的状
二维虚拟演播室系统中虚拟摄像机应跟踪真实摄态变化。
机械跟踪系统的优点：
每台摄像机需要一个跟踪器，采集精
度高、工作稳定；数据处理速度快，没有延时；演播室的尺寸及
形状没有限制；摄像机可自由摇移、俯仰、变焦及聚焦；利用移
动车、升降架、吊臂也可移动摄像机进行拍摄；演员在蓝色舞台
范围内可以任意速度自由移动，在合成拍摄过程中可以很容易
处理阴影。
机械跟踪系统的缺点：
摄像机种类受限；不能手持；确定摄像
机初始位置；每台设备需配备一套跟踪系统，增加了系统成本。
（2）图像分析识别方式。
基于图形识别技术的虚拟演播室，
是在演播室的蓝幕上画上两种蓝色深浅不同、线条粗细不等、线
间空格不均匀的网络图案。
真实摄像机在摄取前景图像的同时，
也摄取了网格图案的影像，将这一图像数字化后送入同步跟踪
的图形处理计算机，利用图像分析法，参照摄像机起始参数，根
据网格图案的变化，计算出摄像机左右摇摄、上下俯仰摄及视角
的变化，用这些参数的变化量去控制图形计算机生成虚拟背景系与真实摄像机中看到的一致。
图像分析识别方式的优点：
摄像机无需安装附加装置，镜头
不需要校准；无需滑轨，可以随意自由移动摄像机。
虚拟演播室是建立在高速图形计算机和视频色键基础上发
展起来的演播室技术。
虚拟演播室系统（TheVirtualStudioSys－
tem，简称VSS是近年来随着计算机技术飞速发展和色键技术）
不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。
它是传统色键
抠像技术的改进，是自动跟踪技术和计算机合成图形处理技术
道具、灯光、场地在电视领域中应用的产物。
它突破了传统布景、
等演播室制作工艺的限制。
虚拟演播室无需很大，可是却为制作
人员提供了无限的自由创造空间。
虚拟演播室系统一般由联机和脱机两个部分组成。
联机部
分包括：
演播室色键合成系统；跟踪系统，能够检测和提供摄像
机参数、表演者位置参数；场景生成系统；合成系统。
脱机部分包括：
虚拟场景的设计和生成，如场景的整体设计
和建模渲染等。
虚拟演播室工作原理：
在虚拟演播室中演员在一间蓝室里
进行现场表演，摄像机采集前景视频信号，同时摄像机上的跟踪
系统实时提供摄像机移动的信息，这些数据被送至一个图形计
算机，三维计算机图形发生器实时产生一个逼真的虚拟环境，以
蓝色屏幕为背景拍摄的摄像机图像，经延时后与选自计算机的
虚拟背景以相同时码进行工作，并通过色度键控器“联合”在一
起，实时产生一个组合的图像。
1
1．1
虚拟演播室系统涉及的技术
摄像机运动参数的获取
摄像机的运动参数包括镜头运动参数（变焦zoom；聚焦fo－
cus；光圈Iris，）机头运动参数（摇移pan；俯仰tilt，）以及空间位置参数（地面位置X、和高度Z等。
Y）
虚拟演播室系统中较为流行的跟踪技术主要有机械跟踪和
图形识别两种方式：
（1）机械跟踪方式。
为测量摄像机的镜头运动参数，需要在
Y、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、
的变化，使虚拟摄像机中看到场景中物体位置的变化及透视关
浅谈国外虚拟演播室技术
别图像分析识方式的缺点：
数字视频中数据流量大，需数亿次的图形计算，导致图像
滞后7~15帧的延迟；虚拟演播室系统必须使用视频和
音频延迟硬件以达到摄像机图像和工作站制作的背景图像同
步；演员必须总是保持在图案墙之前，很难舒服地接受虚拟环
境；演员的活动必须缓慢，这样才不会丢失跟踪信息;当参考点
不在当前视野时，跟踪系统会失去方向；当摄像机散焦或摄取画
面中图像信息量过少时，系统无法正常工作。
1.2
背景的生成———强大的图形计算机系统
这项技术关键是让背景画面随前景图像的运动而运动。
背
景多为计算机生成的三维图像，即虚拟演播室。
虚拟场景的制作：
虚拟演播室的背景图像可以是来自录像机
或摄像机的活动图像，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机创作出的二维或三维图形，即虚拟场景。
制作人员可以用开放的平台及软件（例如Softimage、MAX等建立三维场景。
1.3
虚拟演播系统的软件结构
系统的用户界面由安装工具及现场制作工具组成。
（1）安装工具用于确定各种虚拟场景的部件、模型、材质、
频物体、动画等。
另外，用户可以预设许多表单，每一个表单都包
括一系列的操作指令，用以在节目拍摄过程中进行演示。
这些操
作可包括摄像机的切换、三维场景的改变、触发一个动画等。
这
些表单存储在内存中，每一个都可用鼠标按钮一触即发。
事实
上，这些表单组成节目制作的序列表。
安装工具完成的结果是一
个数据库，包括所有模型及序列信息。
（2）现场工具可以合成来自安装工具的信号及来自现场摄
像机的信号。
用户通过用户界面控制节目流程，这个用户界面允
许他们选择所期望的任一时刻的特技及操作。
另外，预定的序列
表可以图形化，并且用户可以选择任一预先确定的表单来完成。
1.4
蓝室设计和灯光
蓝室设计：
虚拟演播室的摄像室一般是由一面或多面蓝
（1）：
墙和蓝色的地板组成的“蓝室”对蓝色舞台没有实际的物理尺，
寸限制，真实蓝背景的大小取决于有多少演员在虚拟场景中活
动。
正面临近的墙的角度应大于90度，更容易打灯光，并且墙壁之间也不会互相反射。
地板应该足够大地包括阴影，否则落在真实背景之外的阴影将被剪除。
（2）灯光：
在虚拟演播室中通常用冷光源；蓝色舞台需要被
照得非常均匀；灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地
面上而不是背景墙上。
灯光设置应注意的问题：
①由于地板与墙相对于光源有不
同的方向，因而会有不同的光强，且沿边界的部分将表现的最为
明显。
所以把墙与地板间设计成一个弧度，比起直角来，能减弱
光线上的差异，以获得更理想的效果。
②影子问题，演员及真实
道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空
灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与间。
为了更好地提取阴影，
背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。
影子的方向也要和虚拟
空间中的光源方向一致。
③为表现虚拟背景中反光地板上的影
子效果，可在蓝室地板上铺设蓝色透明塑料。
如果要求演员或真
实道具的影子投射到虚拟空间的墙壁上，就要在蓝室中相应于
墙壁的位置上放一个大的蓝色物体以产生阴影效果。
2
虚拟演播室技术的发展及目前存在问题
虚拟演播室技术最初只是用于演播室节目的制作，但现在
它的应用范围有了很大的扩展，特别是在体育节目的报道及广
告方面，出现了以虚拟演播室技术为基础的一些新技术，如虚拟
数字重放系统及虚拟广告系统等。
虚拟重放系统可提重放系统、
队员及球的动态三维图像，并改变虚拟摄像机的拍摄视供球场、
轨点。
数字重放系统主要可在视频图像上直接描画各种箭头、
迹、路线和标志。
虚拟广告系统可将演播室制作的虚拟广告牌插
入到赛场或表演场地上。
虚拟演播室技术缺点：
1>虚拟背景的逼真性还不能令人满意。
2>运动参数的获取，不论采用何种方式，都存在局限性。
3>虚拟演播室对节目制作人员也提出了新的要求。
它的创作也更加复杂，不再是一两个人就能充分使用好的系统，它需要导演、创意者、美术设计者、二维建模者、演员及虚拟系统的操作者等人员的通力配合。
虚拟演播室的优势：
1>它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景。
2>由于场景的制作、修改、创作出更丰富、保存等都在计算机上进行，因此可降低节目制作费用，节省空间，提高演播室的利用率。
美国E&&S公司的Minset、加拿大Discreet（后来被Autodesk收购）、Logic公司的Vapour以及以色列RT-SET公司的Larus虚拟演播室系统等，另外，Accom、BBC、Trinity、ORAD、Radamec等公司也有虚拟演播室系统面世。
1993年，以色列ORAD推出了世界上第一套真三维虚拟演播室，此后另外一家以色列厂商RTSet也推出了基于传感器跟踪技术的真三维虚拟演播室，此后的10年中，虚拟演播室厂商陆续推出自己的产品，西班牙的BrainStorm，BBC英国广播电视公司的虚拟演播室，法国PSY等等，以及2000年之后中国大洋、奥维迅、新奥特也相继推出自己的虚拟演播室产品，虚拟演播室要求实时图形图像渲染技术很高，并要求配合方便，使用便捷的虚拟演播室跟踪技术，经过市场的淘汰，演变，所剩余继续发展虚拟技术的厂商逐渐减少，2008年之后，一些无跟踪的虚拟演播室技术开始推向专业市场，被称为无轨跟踪虚拟演播室，此类虚拟演播室没有摄像机跟踪技术，无法获得真实摄像机的运动参数，图形工作站也无需按照摄像机的运动实时渲染25帧/秒的画面，因此此种方式的虚拟演播室适合学校，电教室等等非专业用户的使用。
作为数字演播室发展新技术，虚拟演播室技术已成为了当今数字电视演播室新技术的热点。
在1993年IBC展览会上虚拟演播室技术首次亮像，并在各种电视转播中得以实现。
目前，中央电视台，各省级电视台节目，教育行业，企业大量采用了此技术，该技术是未来电视行业低碳，减排发展的趋势。
几种虚拟演播室系统简介
采用机械跟踪方式的虚拟演播室主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM两种型号
1）RT-SETTM公司的Larus虚拟演播室系统适用于节目现场直播。
它是在现场直播时能够将现场视频和三维虚拟场景进行实时合成的强有力的系统。
三维图形能在图形制作中不断地更新，并根据演播室摄像机运动的位置显示出正确的透视图，LarusTM虚拟演播室系统包括了一系列完整的制作工具，能确保连续不断播出的质量。
操作者能轻松地在制作过程中创建或修改场景、特技和动画。
它可使用任何当今通用的软件包来建立数据库；该系统的另一个特点是具有用灯光提示演员走位的功能。
2）RT-SET公司的OtusTM虚拟演播室系统是一种先进的现场视频到母带制作的虚拟技术。
OtusTM通过RT-SET的先进技术，将标准播出和视频制作演播室转变成为一种经济的应用方式――即现场视频到母带的应用方式。
OtusTM具备有数据库透视变化、不受限制的摄像机移动、可连接无数台摄像机等先进的功能。
RT-SET的虚拟演播室系统有以下特点：
1）摄像机的运动不受任何约束和限制，可以X、Y运动、俯仰运动。
沿X轴旋转，提升，聚焦和变焦，而在聚焦和变焦时图像处在正确的透视位置；对演播室的尺寸和形状毫无限制。
利用“演播室绘图工具”可高效地虚拟物体放置在实际演播室界线内，可以与市场上任何轨迹传感跟踪器相连接，可实时操作活动视频信号在虚拟物体上的投影。
2）RT-SET所有的系统配置都基于相同的源码，一个系统可方便地升级至更高级的系统或进行单纯的软件升级，并可根据演播室已有设备、所需设备及系统的使用要求等情况重组配置。
任一摄像机都可被安装在一个具备摇移／俯仰等控制台上或一个运动控制平台上。
这些配置可被分为三个类型：
（1）顶级配置包括RT-SET软件及电路的最高、最新版本、全面的运动控制系统、不限数量的演播室摄像机、一台带两个CPU（或更多）的SGIOnyx2、以及两个（或更多）Sirius视频板的工作站。
这个配置的特点包括在摄像机或三维场景之间渐隐或切换、动画、相互作用的视频、特技及其它。
系统可实时操作。
（2）高级配置与顶级有着相似特点，但是可以节省设备的数量。
它可以使用一个带Sirius板的单CPUOnyx，运动控制不再必须包括在内。
另外，摄像机的运动及数量可以明显少于那些在顶级配置中的要求。
此系统也可实时进行操作。
（3）经济型配置的最大不同之处在于它不以实时进行操作；它被设计成后期应用的系统。
此配置使用价格低廉的电路及低档计算机平台，并只允许最多三个摄像机。
同时也可以在这三种配置之间进行组合。
SGI在拍摄过程中不断跟踪、接受摄像机位置信息，同时工作站中的图形处理器实时处理三维场景，为摄像机提供一个新视角的三维画面，处理的结果通过SGI视频板以视频格式输出。
虚拟演播室系统的视频及键输出到传统的演播室切换台及类似的设备中，同时提供一个视频同步信号。
在高级配置以上，允许现场视频通过SGISirius送进虚拟演播室。
这个视频可做为背景或三维场景的一部分在虚拟演播室内重放，同时还可制作花样繁多的特技效果。
输入的视频可以是任何一种视频格式。
系统可以很容易地与演播室已有的设备进行合成。
采用图像分析识别方式的虚拟演播室系
1）ORAD公司（以色列）的Cyberset系统
该虚拟演播室系统是当前唯一基于图形识别的虚拟演播室系统,是依靠DVP处理器及一台Ony×2个人工作站为基础，再配以蓝色背景网格及专用软件，从而将被摄者与电脑制作的三维图像融为一体。
该虚拟演播室系统能够与任何类型和任何数量摄像机配合使用，甚至能与任何数量的演播室，包括与异地演播室配合使用。
摄像机的镜头可采用任何型号普通镜头，并且不必进行特别的调校。
该虚拟演播室能与多种软件配合使用。
并且能够在播出中进行布景、物体、灯光及特殊效果的修改。
该虚拟演播室系统在带有一堵“网格编码墙”的演播室中工作，这种编码模式由两种不同亮度的蓝色交叉排成网格组成。
当启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，进行精密计算，自动实时分析并调整虚拟背景，使它的视角与摄像机的视角完美配合.
2）RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统
RT-SET的Ibis是一种低价位的、易于维护的虚拟演潘室系统。
它采用先进的2D即插即用式系统，只需最简单的安装。
系统平台是以SGIO2制图工作站为基础，以50Hz／60Hz速率进行操作，Ibis系统的所有硬件和软件将来都可升级至RT-SET的Larus系统，而不会有损失和浪费。
此系统不需要特殊培训，甚至在制作中也无需专业的操作人员。
它不需要复杂的3D模型工具，并且可以从任何标准的图形软件节目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的图形。
即便非常大的图像也可在系统中被方便地合成及使用，并同时保持广播级质量。
在使用Ibis进行制作的过程中，摄像机的运动不受限制，即在使用色键的同时，摄像机也可进行摇移、俯仰、快速变焦及聚焦运动。
RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统与传统色键比较有许多不同之处，。
由于它的独特性、极高分辨率的背景能力及逼真的边缘效果，Ibis具有灵活、逼真特点的2D虚拟设置系统。
对于象新闻和体育比赛这类节目来说，它尤为适用。
通过结合先进的技术并降低成本，RT-SET的Ibis可把标准的蓝背景演播室转换成动态虚拟演播室。
IBIS这种经济的、简单易用的基本的虚拟演播室为摄像师、制片人及导演提供了一种增强功能的最佳选择。
Ibis的主要特性:
（1）无限制的摄像机运动，包括摇移、俯仰、快速聚焦及变焦；自动景深支持，提供真实复合图像；背景图像可比在屏幕上显示的图像大得多，可为4,096×4,096像素，可用虚拟背景扩大并覆盖实景中的非蓝背景，并且不会丢失逼真的背景图像，这可支持很大范围的摇移、俯仰及快速聚焦运动；可以方便地与RT-SET的Larus（3D直播虚拟演播室系统）进行连接。
此优点极适合转播车和小型演播室。
（2）带划像和DVE特点的现场视频源的窗口可以任何尺寸被放置在设定中的任一位置。
它可被划像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系统接受高分辨率的图像，前景和背景图象可以与一个Alpha键控器连接以便使物体放在素材之前或之后。
（3）直观的并可自己进行扩展的界面，可在一个窗口内连接所有功能；插入式界面可连接内部设备和制图SFX；在虚拟设定中可选DVE界面用于多视频窗口。
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