虛擬演播室的發(fā)展

1、- -新形式電影啟蒙了虛擬現(xiàn)實(shí)思想的產(chǎn)生 回憶歷史令人深思，光學(xué)媒體的電影與電子媒體的電視的相互競(jìng)爭(zhēng)所產(chǎn)生的新形式電影怎么會(huì)成為虛擬現(xiàn)實(shí)思想產(chǎn)生的啟蒙之源？持此種疑心觀點(diǎn)的人的理  由是，光學(xué)媒體與電子媒體不僅物理屬性不同，而且二者誕生的時(shí)間相差甚遠(yuǎn)，相互之間競(jìng)爭(zhēng)既無(wú)必要，又不可能，更談不上與虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)系。圖1顯示了影視開(kāi)展的關(guān)系框圖。由圖可見(jiàn)，上述疑心是可以理解的，但并不完全符合客觀實(shí)際。 從1895年法國(guó)米埃爾兄弟創(chuàng)造無(wú)聲電影到20世紀(jì)50年代，電影“獨(dú)霸眼球的時(shí)代，電影采用20世紀(jì)30年代Walt Disney創(chuàng)造的光電管特技技術(shù)為攝制特殊鏡頭提供了技巧，這就是最早出現(xiàn)的特技

2、special effects。利用特技在電影銀幕上可表現(xiàn)仙境鬼域等趣味橫生的視覺(jué)效果，此時(shí)的電影像吸鐵石一樣，將大批電影觀眾結(jié)實(shí)地吸引到電影院的座位上。電影在出盡風(fēng)頭的同時(shí)，也誘發(fā)了人們“坐在家里看電影 的愿望。 1936年11月2日在英國(guó)亞歷山大宮首先開(kāi)場(chǎng)的黑白電視播送，1954年1月美國(guó)首先開(kāi)場(chǎng)的NTSC制彩色電視播送，使這種愿望得以實(shí)現(xiàn)。在電視開(kāi)展的初期，電視以初生嬰兒的面孔出現(xiàn)，處處模仿和借鑒電影的技術(shù)，確實(shí)不具備與電影競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。電影也從未把電視放在眼里，尤其是聞名于世界的"美國(guó)攝影師"雜志，從來(lái)也沒(méi)有低下那傲慢的頭，仔細(xì)考慮電影需要向電視學(xué)習(xí)點(diǎn)什么！ 電視在模

3、仿和借鑒電影技術(shù)的過(guò)程中，視頻技術(shù)得到迅猛開(kāi)展，電子特技誕生。1956年美國(guó)AMPEX公司研制的旋轉(zhuǎn)4磁頭播送用視頻磁帶錄像機(jī)的推出，為電視提供了傳播媒體。錄像帶出租業(yè)務(wù)的開(kāi)展和普及，改變了人們欣賞電影的方式，大批電影觀眾從電影院回到家庭的電視機(jī)前，成為電影的真正的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。在電影院上座率夕陽(yáng)西下，呈現(xiàn)一派冷落景象的形勢(shì)下，一向不重視電視的電影制片廠開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)向?yàn)殡娨暸钠?。正?dāng)電影界愁眉鎖眼，苦于找不到出路之時(shí)，局部片段用電視特技拍攝的"星球大戰(zhàn)"票房收入高達(dá)4億美元的沖擊波，強(qiáng)烈地震撼了電影界，使他們認(rèn)識(shí)到，只有借助于視頻技術(shù)，電影才能絕路逢生。就連最保守的"美國(guó)攝

4、影師"雜志編者，也在1983年出版的 “電子影像專(zhuān)刊上聲明：“把電子影像和它所有的記錄和加工技術(shù)全面包括進(jìn)來(lái)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，事實(shí)上，得趕一趕，讓我們懷著入迷和沖動(dòng)的心情共同踏上這勇敢的征途。 與此同時(shí)，電影充分利用電影影像質(zhì)量高于電視圖像質(zhì)量的有利條件，開(kāi)展新形式的特殊電影，試圖將電視觀眾拉回到電影院，與電視爭(zhēng)奪觀眾。怎樣才能對(duì)觀眾構(gòu)成巨大的吸引力呢？關(guān)鍵是要擴(kuò)大觀眾的視野，使其具有身臨其境的真實(shí)感。如寬銀幕電影、環(huán)幕電影和球幕電影等新形式電影都具有影像畫(huà)面視野廣闊、藝術(shù)表現(xiàn)力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，都能給觀眾以寬視野的深度感和環(huán)境感，但有人提出浸沒(méi)深度太淺，并建議尋找一種觀眾可以進(jìn)入新形式電影之

5、內(nèi)的方法。這樣，電影圖像及聲音給人的身臨其境之感，啟蒙了虛擬現(xiàn)實(shí)思想的產(chǎn)生，當(dāng)時(shí)人們稱(chēng)其為“靈境。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展，人們對(duì)仿真建模、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能機(jī)器人等的需求，又在客觀上推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展，成為虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)展的動(dòng)力之一。在“第三屆中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)國(guó)際周上展示了一個(gè)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)制作的動(dòng)感電影系統(tǒng)，名為“魔幻飛舟。當(dāng)你坐在飛舟上開(kāi)場(chǎng)旅行時(shí)，驚心動(dòng)魄的事件接連不斷。你感覺(jué)到你的身體與飛舟已經(jīng)成為一體，并伴隨著飛舟左右搖擺而搖晃、上下顛簸而震動(dòng)，兩手緊握飛舟扶手，生怕自己一不小心會(huì)墮舟太空。當(dāng)飛舟被撞的粉身碎骨之時(shí)，你

6、會(huì)下意識(shí)地閉上雙眼，頭腦里閃過(guò)一個(gè)念頭：“今天算交代了。這種動(dòng)感電影集視、聽(tīng)、動(dòng)、想于一體，融娛樂(lè)性、趣味性、知識(shí)性、刺激性于一身，給人以身臨其境、逼真動(dòng)人之感。這與一級(jí)方程式賽車(chē)模擬訓(xùn)練器、飛機(jī)駕駛模擬訓(xùn)練器一樣，都是源自于60年代Horton Heiling 創(chuàng)造的多感、仿真環(huán)境的原型“Sensorama"。70年代， Myron Krueger 提出了“人工現(xiàn)實(shí)Artificial Reality，描述了實(shí)際并不存在的一種概念化的環(huán)境；80年代Scott Fisher等研制了多感知、多用途的虛擬接口環(huán)境系統(tǒng)。 為什么人們對(duì)創(chuàng)造虛擬環(huán)境那么熱衷？這是由于真實(shí)世界對(duì)虛擬世界的需要。

7、一般而言有三方面的需要：其一是人與虛擬環(huán)境交互的需要(參見(jiàn)圖2 中A與B的交互)，如建造像演播中心、電視發(fā)射塔、客輪等占用空間大、資金消耗大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、不能中途退換的大型建造物，需要預(yù)先做虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，讓用戶進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)物內(nèi)參觀，并對(duì)設(shè)計(jì)和設(shè)施等進(jìn)展選擇。顯然，用戶與虛擬環(huán)境的交互，實(shí)際上是用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境與計(jì)算機(jī)通信。 其二是共用一個(gè)虛擬環(huán)境的群用戶之間交互的需要(參見(jiàn)圖2中A與D的交互)，如虛擬會(huì)議、計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)游戲和現(xiàn)代電子戰(zhàn)條件下海、陸、空聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)模擬等，都是多用戶共處于同一個(gè)計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，以計(jì)算機(jī)作為用戶之間相互交互的媒介。 其三是終端用戶通過(guò)虛擬

8、現(xiàn)實(shí)環(huán)境與發(fā)端現(xiàn)實(shí)世界交互的需要(參見(jiàn)圖2中A與C的交互)，如計(jì)算機(jī)輔助的遠(yuǎn)程醫(yī)療檢查、遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)腫瘤切除手術(shù)和遠(yuǎn)程控制那些操縱微小物體的機(jī)器人系統(tǒng)等，都是發(fā)端現(xiàn)實(shí)世界的虛擬重現(xiàn)作用于遠(yuǎn)端的現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)例。 顯然，計(jì)算機(jī)依然是終端用戶與發(fā)端現(xiàn)實(shí)世界交互的媒介。 由此可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)首先是一種現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樗梢允谷送ㄟ^(guò)視覺(jué)、色覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)和運(yùn)動(dòng)等多維感官，沉浸(Immersion)在身臨其境之感的虛擬環(huán)境之中，并能根據(jù)自己的愿望實(shí)時(shí)地操縱和改變此種  環(huán)境，與虛擬境界進(jìn)展實(shí)時(shí)交互(Interaction)，從定位、定量計(jì)算的綜合環(huán)境中獲得感性和理性的認(rèn)識(shí)，給人以一種真實(shí)的存在感。

9、但是，這種在虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度，并不是一種真實(shí)的物理世界，如把自己在虛擬環(huán)境中描述成一位大力神，能單手托起一輛載重汽車(chē)，而這在現(xiàn)實(shí)世界中是不可能做到的事，在虛擬環(huán)境中那么可以通過(guò)自由設(shè)想(Imagination)做到這一點(diǎn)，即通過(guò)想像而虛構(gòu)的現(xiàn)實(shí)。所以，虛擬現(xiàn)實(shí)是一種感覺(jué)到的現(xiàn)實(shí)，并非真實(shí)的現(xiàn)實(shí)，故稱(chēng)其為虛擬現(xiàn)實(shí)。因此，沉浸其境、實(shí)時(shí)交互、自由設(shè)想三個(gè)要素構(gòu)成了虛擬現(xiàn)實(shí)的根本特征。其中前兩個(gè)要素反映了現(xiàn)實(shí)性，后一個(gè)要素反映了虛擬性，虛擬現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)實(shí)性與虛擬性對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果。假設(shè)用邏輯關(guān)系表達(dá)，那么有：虛擬現(xiàn)實(shí)VR= 沉浸Immersion×交互Interaction×設(shè)想I

10、magination。Joe Gradeck將“虛擬現(xiàn)實(shí)形象地定義為“一個(gè)三維的交互式游樂(lè)場(chǎng)。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由計(jì)算機(jī)及其他傳感器組成的、滿足人們需要的、創(chuàng)立和體驗(yàn)虛擬世界的多維信息處理的交互系統(tǒng)，其構(gòu)成及交互類(lèi)型如圖2所示。 由圖2可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備生成一種可由用戶實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制的可感知的環(huán)境，用戶感覺(jué)這種環(huán)境好似是真的，并稱(chēng)這種感覺(jué)環(huán)境為虛擬世界。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)生成的這種虛擬環(huán)境是具有外表色彩的、可以重現(xiàn)的立體圖形或物體的模型。這些模型的形狀、大小、顏色有的具有靜態(tài)屬性，有的具有動(dòng)態(tài)屬性。它可以是真實(shí)世界的表達(dá)，即從現(xiàn)實(shí)世界中提取而成的虛擬世界，如用視頻

11、序列制成的交互式遠(yuǎn)程診斷等；也可以是自由設(shè)想的世界，即由編導(dǎo)人員描繪、編輯、合成的虛擬世界，如建筑師設(shè)計(jì)的草圖等。通過(guò)控制各種反響到用戶傳感器，使用戶浸沒(méi)在該環(huán)境之中，實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的自然、直接交互。如圖2中用戶A與虛擬世界B 的交互；用戶A也可以通過(guò)虛擬世界B與共處于同一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的其他用戶D進(jìn)展交互；終端用戶D也可以通過(guò)虛擬世界B與現(xiàn)實(shí)世界C進(jìn)展交互，即現(xiàn)實(shí)世界的虛擬重現(xiàn)作用于遠(yuǎn)端的現(xiàn)實(shí)世界。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，即是計(jì)算機(jī)應(yīng)用推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)，這已成為一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。 顯然，虛擬現(xiàn)實(shí)的概念產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代影視競(jìng)爭(zhēng)之時(shí)，并逐步成為信息科學(xué)領(lǐng)域中的新技術(shù)，由

12、于其廣泛的實(shí)用性，引起軍事、建筑、醫(yī)療、教育等多學(xué)科領(lǐng)域的重視和應(yīng)用。 虛擬現(xiàn)實(shí)與影視融合產(chǎn)生了虛擬演播室 正當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)走向?qū)嵱弥畷r(shí)，在播送影視的節(jié)目制作系統(tǒng)中存在著如下問(wèn)題：因摳像技術(shù)不完備而產(chǎn)生的背景圖像不能實(shí)時(shí)跟蹤前景圖像的變化，而使前景與背景之間的透視關(guān)系失配，最終使色鍵合成圖像失去真實(shí)感；傳統(tǒng)節(jié)目制作一個(gè)欄目要占用一個(gè)演播室空間，與日俱增的節(jié)目制作量和有限的演播室空間的矛盾越來(lái)越突出，搭建、拆卸、搬運(yùn)、儲(chǔ)藏實(shí)物道具和布景費(fèi)時(shí)間、費(fèi)財(cái)力、難防火、占空間，不僅提高了節(jié)目制作費(fèi)用，而且降低了節(jié)目制作的效率。正當(dāng)這些問(wèn)題困擾著影視節(jié)目從業(yè)者之時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在20世紀(jì)80年代進(jìn)入播送影視制作

13、的大門(mén)，與影視融合成虛擬演播室概念。由虛擬演播室概念到可實(shí)用的虛擬演播室技術(shù)，經(jīng)過(guò)了20多年的開(kāi)展,過(guò)程如表1所示。 到目前為止,在全世界已經(jīng)有10多個(gè)虛擬演播室品牌推向市場(chǎng)，按照攝像機(jī)的跟蹤方式的不同，可將這10多個(gè)品牌劃分為傳感器和圖形識(shí)別兩種方式，其中機(jī)械傳感方式占73，圖形識(shí)別方式占27；而且三維虛擬場(chǎng)景占77，二維虛擬場(chǎng)景占23，如表2所示。世界各國(guó)各大電視臺(tái)及節(jié)目制作單位已經(jīng)采用100多套虛擬演播室系統(tǒng)，其中以美國(guó)、歐洲、日本為主，如美國(guó)的電影“泰坦尼克號(hào)虛擬背景的制作，1998年法國(guó)世界杯足球賽采用虛擬演播室技術(shù)進(jìn)展電視轉(zhuǎn)播等。 在中國(guó)，中央電視臺(tái)于1998年以來(lái)，采用了4套不同

14、的虛擬演播室系統(tǒng)制作節(jié)目，電視臺(tái)、XX有線電視臺(tái)等省級(jí)電視臺(tái)也采用虛擬演播室系統(tǒng)制作虛擬背景。目前在中國(guó)的市場(chǎng)上參與競(jìng)爭(zhēng)的有Orad 、RTSET、ES等公司的產(chǎn)品，各個(gè)省級(jí)電視臺(tái)都方案采用。但是，由于國(guó)外虛擬演播室系統(tǒng)多以圖形工作站為硬件平臺(tái)，一般都在2040萬(wàn)美元之間，許多用戶因價(jià)格太貴買(mǎi)不起，到目前為止全國(guó)電視臺(tái)采用國(guó)外的虛擬演播室系統(tǒng)還不到20套?？梢?jiàn)，價(jià)格昂貴是阻礙虛擬演播室在播送電視系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要障礙。因此，急需開(kāi)發(fā)一種廉價(jià)實(shí)用的、適合中國(guó)市場(chǎng)的虛擬演播室系統(tǒng)。 為此，播送學(xué)院電視工程系在PCWindows NT平臺(tái)上，探討了利用Open GL和Direct X模擬虛擬布景軟件

15、的可能性，取得了階段性成果。實(shí)驗(yàn)證明，基于PC的虛擬演播室系統(tǒng)是可行的。 由于價(jià)格昂貴，除了美國(guó)Play公司帶有虛擬場(chǎng)景的 Trinity數(shù)字編輯系統(tǒng)因性能價(jià)格比適中而受到歡迎外，國(guó)外的虛擬演播室系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有的份額極小，為以后性能價(jià)格比更適宜的虛擬系統(tǒng)留下了廣闊的市場(chǎng)?？上驳氖窃谥袊?guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)了中國(guó)虛擬廠商的產(chǎn)品參與競(jìng)爭(zhēng)的大好局面。這些虛擬產(chǎn)品雖然尚處于初級(jí)階段，但是由于具有“鄉(xiāng)土風(fēng)味的特點(diǎn)，很可能成為中國(guó)市場(chǎng)未來(lái)的主流產(chǎn)品，并后來(lái)居上。 虛擬演播室適應(yīng)了節(jié)目制作的需要 虛擬演播室開(kāi)展的歷史極其短暫，其性能遠(yuǎn)未到達(dá)人們的期望，其價(jià)位之高令一般電視臺(tái)望而生畏。在這樣的條件下，為什么全世界會(huì)有100多家電視臺(tái)搶先采用？這是由于