虛擬演播室是一種全新的電視節(jié)目制作工具，虛擬演播室技術(shù)包括攝像機(jī)跟蹤技術(shù)、計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)、色鍵技術(shù)、燈光技術(shù)等。虛擬演播室技術(shù)是在傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)和視頻合成技術(shù)，根據(jù)攝像機(jī)的位置與參數(shù)，使三維虛擬場(chǎng)景的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過(guò)色鍵合成后，使得前景中的主持人看起來(lái)完全浸盡于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的三維虛擬場(chǎng)景中，而且能在其中運(yùn)動(dòng)，從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強(qiáng)的電視演播室效果。

虛擬演播室的產(chǎn)生，給視頻節(jié)目制作、電視廣播帶來(lái)了一場(chǎng)革命。

三維虛擬演播室的跟蹤技術(shù)有4種方式可以實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)格跟蹤技術(shù)、傳感器跟蹤技術(shù)、紅外跟蹤技術(shù)、超聲波跟蹤技術(shù)，其基本原理都是采用圖形或者機(jī)械的方法，獲得攝像機(jī)的參數(shù)，包括攝像機(jī)的X、Y、Z、（位置參數(shù)）Pan、Tilt、（云臺(tái)參數(shù)）Zoom、Focus（鏡頭參數(shù)） 由于每一幀虛擬背景只有20ms的繪制時(shí)間，所以要求圖形工作站實(shí)時(shí)渲染能力非常強(qiáng)大，對(duì)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有更多的限制，一般適合電視臺(tái)，對(duì)節(jié)目制作要求較高的用戶使用。

另一種方法是預(yù)生成三維背景，即要制作好背景的三維模型，然后預(yù)先定義好攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)設(shè)置，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成每臺(tái)虛擬攝像機(jī)的視圖畫(huà)面，運(yùn)用色健將前景和相應(yīng)的虛擬背景結(jié)合起來(lái)。這種方式可以生成比較真實(shí)的虛擬背景，對(duì)圖形工作站實(shí)時(shí)渲染能力要求不高，攝像機(jī)只可以切換機(jī)位（攝像機(jī)機(jī)位須事先與背景調(diào)整好比例和透視關(guān)系），不可以做其他的運(yùn)動(dòng)，這樣的虛擬演播室適合學(xué)校以及電教，投資較小，要求不高的用戶使用。

虛擬演播室中攝像機(jī)在拍攝過(guò)程中有平移X、縱移Y、高度移Z、水平角、俯仰角、鏡頭變焦ZOOM， 聚焦FOCUS等變化，這些參數(shù)的改變會(huì)引起所攝圖像視野與視角的改變，為了模擬人物所 在的三維環(huán)境，計(jì)算機(jī)須根據(jù)這些參數(shù)不斷調(diào)整三維視圖。而攝像機(jī)跟蹤部分的作用正是 收取攝像機(jī)的位置信息和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地跟蹤真實(shí)攝像機(jī)，以前景與計(jì)算機(jī)背景“聯(lián) 動(dòng)”。

由于這種“聯(lián)動(dòng)”是以高速計(jì)算機(jī)運(yùn)算的結(jié)果，而這種運(yùn)算永遠(yuǎn)需要一個(gè)運(yùn)算時(shí)間，所 以這種“聯(lián)動(dòng)”是有時(shí)間差的。只是設(shè)計(jì)者限制這種時(shí)間差在一個(gè)人眼不易察覺(jué)的范圍 內(nèi)，因此要求前景攝像機(jī)只能在一個(gè)有限的速率內(nèi)改變位置參數(shù)。

目前虛擬演播室的攝像機(jī) 跟蹤系統(tǒng)主要有攝像機(jī)參數(shù)圖形識(shí)別和以傳感器為基礎(chǔ)的跟蹤系統(tǒng)兩種方式。同時(shí)這也是虛擬演播室兩大類別的主要區(qū)別之處。
（1）攝像機(jī)參數(shù)圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)
圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)又稱網(wǎng)絡(luò)跟蹤系統(tǒng)，作為一頂圖像處理的基本 識(shí)別技術(shù)，利用已知特殊圖形定位攝像機(jī)參數(shù)已有十多年的發(fā)展歷史。攝像機(jī)參數(shù)圖形識(shí)別 跟蹤系統(tǒng)的基本原理是需要一個(gè)畫(huà)有特殊網(wǎng)格的藍(lán)色背景幕布，它將攝像機(jī)所 拍攝的畫(huà)面送到數(shù)字視頻處理器中進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)詼畫(huà)面中網(wǎng)格各具的不同特征 和透視關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得出有關(guān)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
在虛擬演播室發(fā)展的初期這頂技術(shù)應(yīng)用 于虛擬演播室中的攝像參數(shù)定位，具有的一面，它省去了傳感器跟蹤系統(tǒng)所必然帶來(lái)的 對(duì)云臺(tái)的改裝，并可使一套識(shí)別跟蹤系統(tǒng)與多個(gè)攝像機(jī)相連，但它的先天不足也使其在應(yīng)用 上遇到了許多問(wèn)題。
，由于一套識(shí)別跟蹤系統(tǒng)只能同時(shí)跟蹤并處理一個(gè)方位信號(hào)，因而在原理上圖形識(shí) 別跟蹤系統(tǒng)就只能為場(chǎng)景生成系統(tǒng)提供一個(gè)機(jī)位的參數(shù)，從而使場(chǎng)景生成系統(tǒng)只能生成一個(gè) 主輸出畫(huà)面。如果場(chǎng)景生成系統(tǒng)有能力生成并合成一個(gè)或一個(gè)以上的預(yù)監(jiān)畫(huà)面，為能跟蹤除 主輸出之外的一個(gè)或一個(gè)以上的攝像機(jī)參數(shù)就須相應(yīng)地增加識(shí)別跟蹤系統(tǒng)，也就是說(shuō)，如 果想要同時(shí)監(jiān)視4個(gè)攝像機(jī)的合成畫(huà)面，除了要有4套背景生成及合成系統(tǒng)外，還須配置 4套圖形識(shí)別跟、
虛擬演播室發(fā)展到現(xiàn)在，對(duì)預(yù)監(jiān)機(jī)位甚至是雙畫(huà)面特技的要求越來(lái) 越強(qiáng)烈，而利用圖形識(shí)別跟蹤技術(shù)所能達(dá)到效果很難讓人滿意。另外，由于該技術(shù)的核心是 一套圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)，一旦圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)出現(xiàn)故障就將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰而無(wú)法播 出，所以利用這種技術(shù)進(jìn)行直播是相當(dāng)危險(xiǎn)的。同時(shí)，圖形識(shí)別跟蹤技術(shù)產(chǎn)生的系統(tǒng)延時(shí)一 般也傳感器跟蹤系統(tǒng)，給攝像師的操作和演員的表演都帶來(lái)了難度。
二，圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)通常要在藍(lán)幕上用不同的顏色標(biāo)注識(shí)別圖形，因而對(duì)虛似演播 室背景燈光的要求也就相應(yīng)提高，同時(shí)為了能將藍(lán)幕和網(wǎng)格同時(shí)用色鍵器鍵除，色鍵器的鍵 閾值就須相應(yīng)提高并加速，從而使色鍵器很難實(shí)現(xiàn)如透明體、煙霎，陰影等效果。而陰影 作為人手與虛擬場(chǎng)景結(jié)合的關(guān)鍵因素，卻是虛擬播室效果真實(shí)感的重要標(biāo)志。
三，圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)在所識(shí)別的畫(huà)面中要求至少有一個(gè)可識(shí)別的圖形（如網(wǎng)絡(luò)）才 能定位攝像機(jī)參數(shù)，因此當(dāng)攝像機(jī)鏡頭推上或人手遮擋使畫(huà)面中沒(méi)有可識(shí)別圖形時(shí)，圖形識(shí) 別跟蹤系統(tǒng)根本不能工作，這也就是說(shuō)單純利用這種系不能進(jìn)行人物特寫(xiě)的拍攝。目 前的解決方法是求助機(jī)械傳感系統(tǒng)，也就是要在鏡頭上安裝機(jī)械傳感器才能完成特寫(xiě)的拍 攝。但其實(shí)一旦安裝了鏡頭傳感器，只要再安裝云臺(tái)傳感器就能構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器跟蹤 系統(tǒng)，圖形識(shí)別已毫無(wú)意義。
四，在參數(shù)釆集精度上圖形識(shí)別跟蹤系統(tǒng)也受很大的限制，攝像機(jī)距離藍(lán)幕過(guò)遠(yuǎn)或過(guò) 近以及攝像機(jī)自身的分辨率都會(huì)影響參數(shù)精度，特別是當(dāng)背景被虛焦時(shí)，易帶來(lái)畫(huà)面的抖動(dòng)。
2）攝像機(jī)參數(shù)傳感器跟蹤系統(tǒng)
隨著虛擬演播室技術(shù)的誕生和發(fā)展，攝像機(jī)參數(shù)傳感器跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)也得到了迅1速的 發(fā)展，其參數(shù)精度、參數(shù)釆集速率都足以滿足虛擬演播室技術(shù)的要求，在與云臺(tái)和鏡頭的配 合安裝上也有多種方式可供選擇，并且其成本和價(jià)格也在逐步降低。特別是目前許多云臺(tái)和 遙控云臺(tái)上安裝了能滿足虛擬演播室要求精度的參數(shù)傳感器，甚至一些鏡頭生產(chǎn)廠商為能擴(kuò) 大銷售也開(kāi)始在其鏡頭上安裝傳感器，我們甚至可以預(yù)見(jiàn)，隨著演播室和虛擬演播室自動(dòng)化 的發(fā)展，攝像機(jī)參數(shù)傳感器跟蹤系統(tǒng)很可能成為演播室云臺(tái)和鏡頭的標(biāo)準(zhǔn)配制。
攝像機(jī)參數(shù) 傳感器跟蹤系統(tǒng)要求對(duì)每個(gè)在虛擬演播室中使用的機(jī)位都安裝傳感器，這種方式固然令系統(tǒng) 造價(jià)隨著機(jī)位的增加而提高，但其優(yōu)勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的。由于每個(gè)機(jī)位都有傳感器，虛擬演 播室的主控系統(tǒng)可以同時(shí)獲取每個(gè)機(jī)位的參數(shù)，因此有可能為每個(gè)機(jī)位提供虛擬背景與合成 畫(huà)面。

虛擬演播室的場(chǎng)景是計(jì)算機(jī)生成的圖形，根據(jù)圖形是二維和三維，虛擬場(chǎng)景也有二維和 三維之分?根據(jù)三維模型生成方式，三維場(chǎng)景有真三維系統(tǒng)和二維半系統(tǒng)?所謂真三維系統(tǒng) 是指由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成三維虛擬場(chǎng)景，場(chǎng)中燈光的強(qiáng)弱、位置以及物體的位置和大小都可以 實(shí)時(shí)變化，當(dāng)能獲取攝像機(jī)位置參數(shù)時(shí)機(jī)位也可移動(dòng)。該系統(tǒng)由于物體、燈光甚至機(jī)位都可 以移動(dòng)，畫(huà)面會(huì)顯得比較生動(dòng)，適合用于綜藝、科技類節(jié)目以及效果要求復(fù)雜的體肓、天氣 預(yù)報(bào)節(jié)目。

但是這種設(shè)備一般造價(jià)較高，并且受到計(jì)算機(jī)處理能力限制，三維虛擬真實(shí)模型 不可能無(wú)限復(fù)雜，即虛擬場(chǎng)景的總效果受到限制。所謂二維半系統(tǒng)是指事先由三維處理軟件 生成好場(chǎng)景畫(huà)面，再由計(jì)算機(jī)根據(jù)攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行貼圖，場(chǎng)景中燈光的強(qiáng)弱、位置以及物體 的位置和大小都不能變化，攝像機(jī)位置也不能移動(dòng)。二維半系統(tǒng)的物體，燈光以及機(jī)位都是 固定的，但因?yàn)閳?chǎng)景是提前誼染好的，其效果可以任意發(fā)揮不受計(jì)算機(jī)處理能力的限制，并 且造價(jià)較低，非常適用于場(chǎng)景靜止的新聞、訪談等節(jié)目的制作，應(yīng)當(dāng)說(shuō)能滿足大多數(shù)節(jié)目制作的要求。

使用虛擬演播室系統(tǒng)不僅節(jié)約了巨額的硬件投資，減少人員配備、提高了制作效率，而且可實(shí)現(xiàn)穿越地球、人與卡通握手、火山在腳下爆發(fā)、隨時(shí)下雨下雪等在傳統(tǒng)演播室無(wú)法實(shí)現(xiàn)的拍攝效果，使電視節(jié)目的拍攝做到了不受時(shí)空和創(chuàng)意的限制。

虛擬演播室系統(tǒng)可輕而易舉地使和嘉賓足不出戶置身于原子結(jié)構(gòu)的微觀世界或浩瀚的宇宙太空，置身于各種新聞發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)，置身于現(xiàn)場(chǎng)的觀眾當(dāng)中， 進(jìn)行講解和采訪。同時(shí)可實(shí)時(shí)的將重要的文本、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頃資料實(shí)時(shí)地顯示在虛擬大屏幕電視墻或任意的場(chǎng)景道具上，使欄目更加生動(dòng)。

使用虛擬演播室系統(tǒng)制作節(jié)目，不僅可實(shí)時(shí)完成芳目主持人與三維場(chǎng)景道具的立體合成，而且在任意形狀的多個(gè)窗口或任意物體表面上播放的視頻內(nèi)容、動(dòng) 畫(huà)、實(shí)時(shí)字幕、臺(tái)詞等能夠充分與節(jié)目主持人解說(shuō)內(nèi)容的時(shí)間長(zhǎng)度和節(jié)奏自動(dòng)適 配，使節(jié)目拍攝、編輯和后期包裝在拍攝時(shí)一次性實(shí)時(shí)完成。

虛擬演播室系統(tǒng)的實(shí)時(shí)虛擬恃效、實(shí)時(shí)虛擬燈光、實(shí)時(shí)環(huán)境影射、實(shí)時(shí)地面鏡像、實(shí)時(shí)霧化、內(nèi)外場(chǎng)景的實(shí)時(shí)合成等視覺(jué)感受使節(jié)目創(chuàng)作效果更加誘人。

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