虛擬演播室系統(tǒng)

第9章虛擬演播室系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)標(biāo)了解虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)知道虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的類型及及特點(diǎn)理解虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的工作原原理了解虛擬擬演播室室系統(tǒng)采采用的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)掌握虛擬擬演播室室的布光光方法學(xué)會(huì)運(yùn)用用虛擬演演播室制制作電視視節(jié)目一、虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)：：是一系列列高新技技術(shù)的匯匯集，這這些技術(shù)術(shù)包括計(jì)計(jì)算機(jī)技技術(shù)、計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)、、傳感技技術(shù)、人人體工程程學(xué)、人人機(jī)交互互理論、、多媒體體技術(shù)等等。在美國(guó)一一家雜志志社評(píng)選選影響未未來十大大科技水水平時(shí)，，因特網(wǎng)網(wǎng)位居第第一，虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)名名列第二二。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)，，又稱為為“靈境境技術(shù)””、“虛虛擬環(huán)境境”、““賽伯空空間”等等一、虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)（VR）：是一種高高端人機(jī)機(jī)接口，，包括通通過視覺覺、聽覺覺、觸覺覺、嗅覺覺和味覺覺等多種種感覺通通道的實(shí)實(shí)時(shí)模擬擬和實(shí)時(shí)時(shí)交互。。構(gòu)成VR系統(tǒng)的五五個(gè)典型型組成部部分如下下圖所示示：VR引擎軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)用戶I/O設(shè)備一、虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)三維空間間中的活活動(dòng)對(duì)象象有六個(gè)個(gè)自由度度，其中中三個(gè)用用于平移移，三個(gè)個(gè)用于旋旋轉(zhuǎn)。如如果在活活動(dòng)對(duì)象象上捆綁綁一個(gè)笛笛卡兒坐坐標(biāo)系（（如下圖圖所示）），那么么它平移移將沿著著X，Y和Z三個(gè)軸，，沿這些些軸的旋旋轉(zhuǎn)分別別稱為偏偏航、俯俯仰和滾滾動(dòng)。當(dāng)當(dāng)對(duì)象高高速運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，需需要能迅迅速地測(cè)測(cè)量出由由這些參參數(shù)定義義的六維維數(shù)據(jù)集集。XZY偏航滾動(dòng)俯仰一、虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)：：是要?jiǎng)?chuàng)建建一個(gè)酷酷似客觀觀環(huán)境又又超越客客觀時(shí)空空、能沉沉浸其中中又能駕駕馭其上上的和諧諧人機(jī)環(huán)環(huán)境，也也就是一一個(gè)由多多維信息息所構(gòu)成成的可操操縱的空空間，其其目標(biāo)就就是真實(shí)實(shí)的體驗(yàn)驗(yàn)和方便便自然的的人機(jī)交交互。能能夠達(dá)到到或部分分達(dá)到這這樣目標(biāo)標(biāo)的系統(tǒng)統(tǒng)就稱為為虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)。一、虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)任何一個(gè)個(gè)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)都可以以用三個(gè)個(gè)“I”來描述其其特性，，這就是是沉浸（（Immersion），交互互（Interaction）和想象象（Imagination）。（如如下圖所所示）沉浸交互想象3I二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室：是一套由由計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)、、電視攝攝像機(jī)（（裝有跟跟蹤器））、三維維場(chǎng)景發(fā)發(fā)生器、、色鍵器器以及視視音頻切切換臺(tái)等等構(gòu)成的的電視節(jié)節(jié)目制作作系統(tǒng)。。其實(shí)質(zhì)是是將計(jì)算算機(jī)產(chǎn)生生的虛擬擬三維場(chǎng)場(chǎng)景與攝攝像機(jī)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拍攝攝的演員員（或節(jié)節(jié)目主持持人）表表演的活活動(dòng)圖像像進(jìn)行數(shù)數(shù)字化的的實(shí)時(shí)合合成，使使演員（（或節(jié)目目主持人人）的表表演（前前景）與與虛擬場(chǎng)場(chǎng)景（背背景）達(dá)達(dá)到同步步的變化化，從而而實(shí)現(xiàn)前前景與背背景的完完美結(jié)合合。二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)：：一般有共用式結(jié)結(jié)構(gòu)和獨(dú)立式結(jié)結(jié)構(gòu)兩種共用式結(jié)結(jié)構(gòu)：它是采用用共用虛虛擬場(chǎng)景景生成系系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)方式式，多個(gè)個(gè)攝像機(jī)機(jī)機(jī)位共共用一套套虛擬場(chǎng)場(chǎng)景生成成系統(tǒng)，，在前景景機(jī)位切切換的同同時(shí)，在在虛擬場(chǎng)場(chǎng)景生成成系統(tǒng)中中完成場(chǎng)場(chǎng)景的切切換。但但有延時(shí)時(shí)現(xiàn)象。。獨(dú)立式結(jié)結(jié)構(gòu)：它是采用用一對(duì)一一的通道道化結(jié)構(gòu)構(gòu)方式，，每一個(gè)個(gè)攝像機(jī)機(jī)對(duì)應(yīng)一一個(gè)圖形形和圖像像處理通通道，每每個(gè)通道道都包括括一套攝攝像機(jī)跟跟蹤系統(tǒng)統(tǒng)、延時(shí)時(shí)器、虛虛擬場(chǎng)景景生成系系統(tǒng)、色色鍵混合合器，每每個(gè)通道道輸出的的信號(hào)都都是前景景、虛擬擬場(chǎng)景已已經(jīng)合成成好的視視頻信號(hào)號(hào)，可以以直接在在特技切切換臺(tái)上上與別的的通道輸輸出的視視頻信號(hào)號(hào)之間作作特技切切換。杜杜絕了延延時(shí)現(xiàn)象象。二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室的組組成：主要由攝攝像機(jī)、、攝像機(jī)機(jī)跟蹤系系統(tǒng)、計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形工作作站、色色鍵合成成器4個(gè)部分組組成。攝像機(jī)延時(shí)圖像識(shí)別或機(jī)械跟蹤圖形工作站矩陣色鍵合成器控制信號(hào)合成圖像FGMBG二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室工作作原理：：是把攝像像機(jī)拍攝攝到的以以藍(lán)色幕幕布為背背景的畫畫面作為為前景，，用一臺(tái)臺(tái)超級(jí)實(shí)實(shí)時(shí)圖形形計(jì)算機(jī)機(jī)中的三三維動(dòng)畫畫軟件生生成的三三維動(dòng)作作圖形作作為虛擬擬場(chǎng)景，，通過跟跟蹤器系系統(tǒng)把采采集到的的攝像機(jī)機(jī)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)實(shí)實(shí)時(shí)傳送送給計(jì)算算機(jī)圖形形工作站站，計(jì)算算機(jī)圖形形工作站站經(jīng)大量量運(yùn)算后后，產(chǎn)生生與實(shí)際際攝像機(jī)機(jī)拍攝的的實(shí)景畫畫面相匹匹配的虛虛擬場(chǎng)景景。再通通過深度度鍵和色色鍵將前前景與虛虛擬場(chǎng)景景合成為為一個(gè)圖圖像輸出出。三、虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的分類從硬件平平臺(tái)分類類：可分為基基于PC平臺(tái)的系系統(tǒng)和基基于UNIX平臺(tái)的系系統(tǒng)。從工作原原理分類類：可分為二二維虛擬擬演播室室系統(tǒng)、、三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)、真三三維虛擬擬演播室室系統(tǒng)以以及為適適應(yīng)高清清晰度電電視系統(tǒng)統(tǒng)而開發(fā)發(fā)的HD虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)關(guān)鍵技技術(shù)：攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)、計(jì)算算機(jī)虛擬擬場(chǎng)景生生成技術(shù)術(shù)、藍(lán)箱箱技術(shù)、、燈光技技術(shù)和無無限藍(lán)箱箱技術(shù)等等。攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)：攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)是虛擬擬演播室室中一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技技術(shù)，它它可以獲獲取攝像像機(jī)在演演播室中中的實(shí)際際位置參參數(shù)和動(dòng)動(dòng)作參數(shù)數(shù)，從而而判斷攝攝像機(jī)、、演員或或節(jié)目主主持人、、計(jì)算機(jī)機(jī)虛擬場(chǎng)場(chǎng)景之間間的相對(duì)對(duì)位置關(guān)關(guān)系，幫幫助系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真真實(shí)攝像像機(jī)與虛虛擬攝像像機(jī)的鎖鎖定。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)主要有有圖形識(shí)識(shí)別、機(jī)機(jī)械傳感感、紅外外線傳感感和超聲聲波傳感感4種方式。。圖形識(shí)別別方式：：是通過對(duì)對(duì)攝像機(jī)機(jī)所攝圖圖像的形形態(tài)識(shí)別別和分析析來間接接確定真真實(shí)攝像像機(jī)的各各種運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)。。它可以以對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫面進(jìn)進(jìn)行精確確的計(jì)算算，獲得得攝像機(jī)機(jī)的各項(xiàng)項(xiàng)（多達(dá)達(dá)8個(gè)）運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)機(jī)械傳感感方式：：是通過有有攝像機(jī)機(jī)的橫搖搖、俯仰仰、變焦焦、聚焦焦、光圈圈的機(jī)械械轉(zhuǎn)動(dòng)位位置安裝裝咬合齒齒輪來測(cè)測(cè)量攝像像機(jī)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)（一般般為4個(gè)參數(shù)）），當(dāng)攝攝像機(jī)機(jī)機(jī)頭運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，各各個(gè)傳感感器可以以檢測(cè)到到齒輪的的旋轉(zhuǎn)角角度變化化，并對(duì)對(duì)變化量量進(jìn)行編編碼。編編碼數(shù)據(jù)據(jù)通過接接口送到到主機(jī)，，主機(jī)根根據(jù)真實(shí)實(shí)攝像機(jī)機(jī)的機(jī)位位，在虛虛擬場(chǎng)景景中計(jì)算算出這一一機(jī)位的的虛擬背背景，并并在虛擬擬背景疊疊加真實(shí)實(shí)人物，，從而制制作出虛虛擬演播播室節(jié)目目。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)紅外線傳傳感方式式：是通過在在攝像機(jī)機(jī)上面安安裝紅外外線接收收反射器器，在演演播室各各個(gè)控制制點(diǎn)安裝裝多個(gè)紅紅外線發(fā)發(fā)生器，，利用紅紅外線測(cè)測(cè)距原理理，實(shí)時(shí)時(shí)測(cè)量表表演者和和攝像機(jī)機(jī)在演播播室中的的位置，，獲得機(jī)機(jī)位運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)，，紅外發(fā)發(fā)射裝置置可安裝裝于表演演者身上上和攝像像機(jī)上，，而接收收裝置（（兩個(gè)或或更多））可安裝裝于藍(lán)色色幕布的的上方。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)超聲波傳傳感方式式：是通過在在攝像機(jī)機(jī)上面安安裝超聲聲波接收收反射器器，在演演播室各各個(gè)控制制點(diǎn)安裝裝多個(gè)超超聲波發(fā)發(fā)生器，，利用超超聲波測(cè)測(cè)距原理理獲得機(jī)機(jī)位運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)，，一般是是在演播播室頂部部安裝超超聲波發(fā)發(fā)射和接接收桿，，每根桿桿有多個(gè)個(gè)發(fā)射和和接收點(diǎn)點(diǎn)，向下下發(fā)射超超聲波。。在攝像像機(jī)頂部部安裝3個(gè)金屬點(diǎn)點(diǎn)和陀螺螺儀，金金屬點(diǎn)用用于反射射超聲波波信號(hào)，，陀螺儀儀用于模模糊定位位，主要要是用在在攝像機(jī)機(jī)傾斜和和翻轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)的定位位。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)計(jì)算機(jī)虛虛擬場(chǎng)景景生成技技術(shù)：是產(chǎn)生虛虛擬演播播室中的的場(chǎng)景、、道具的的技術(shù)。。在常規(guī)規(guī)演播室室中不可可能做到到的復(fù)雜雜而寵大大的背景景，甚至至許多現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活活中人們們不可能能見到的的景觀，，都可以以通過虛虛擬場(chǎng)景景生成技技術(shù)，在在虛擬演演播室中中實(shí)現(xiàn)。。一般來說說，三維維虛擬場(chǎng)場(chǎng)景可以以由預(yù)生成三三維方式式和真三維方方式來產(chǎn)生。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)藍(lán)箱技術(shù)術(shù)：藍(lán)箱也稱稱為藍(lán)背背景，它它是主持持人活動(dòng)動(dòng)的實(shí)際際場(chǎng)景及及虛擬制制作的基基本依據(jù)據(jù)。藍(lán)箱箱的好壞壞，直接接關(guān)系到到色鍵摳摳像的質(zhì)質(zhì)量。藍(lán)藍(lán)背景可可采用藍(lán)藍(lán)幕布，，但最好好采用藍(lán)藍(lán)背景漆漆。藍(lán)箱箱的設(shè)計(jì)計(jì)，主要要應(yīng)考慮慮以下三三個(gè)方面面的問題題：（1）空間結(jié)結(jié)構(gòu)（2）制作工工藝（3）藍(lán)背景景漆四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)燈光技術(shù)術(shù)：虛擬演播播室燈光光系統(tǒng)是是建立在在新型的的三基色色柔光燈燈的基礎(chǔ)礎(chǔ)之上的的，這種種燈發(fā)光光均勻、、陰影小小、發(fā)熱熱少、色色溫恒定定而均勻勻，光布布在主持持人臉上上自然而而逼真。。色鍵技術(shù)術(shù)：虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)的摳像像是由色色鍵器來來完成的的，色鍵鍵器的主主要作用用是把背背景生成成裝置實(shí)實(shí)時(shí)生成成的、和和前景有有正確位位置及透透視關(guān)系系的背景景圖像與與前景圖圖像合成成，使虛虛擬背景景與真實(shí)實(shí)前景達(dá)達(dá)到完美美結(jié)合。。無限藍(lán)箱箱技術(shù)：：無限藍(lán)箱箱技術(shù)通通過外部部生成的的鍵信號(hào)號(hào)，將前前景視頻頻圖像中中非藍(lán)箱箱內(nèi)的景景物濾除除，使攝攝像機(jī)的的運(yùn)動(dòng)可可以不受受實(shí)際藍(lán)藍(lán)箱尺寸寸的限制制。五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)光纖網(wǎng)HD矩陣多功能切換臺(tái)視頻延時(shí)器主掩膜控制色鍵器特技處理控制燈光控制物件編輯動(dòng)畫控制編輯傳感器同步時(shí)基三維造型場(chǎng)景合成器同步時(shí)基傳感器麥克風(fēng)調(diào)音臺(tái)放機(jī)錄機(jī)內(nèi)置調(diào)音臺(tái)2路音頻回放2路音頻采集字幕系統(tǒng)視頻輸出視頻輸出主輸出本地HD非線性回放非線性采集非線性編輯系統(tǒng)視頻輸出2路音頻回放2路音頻采集主機(jī)位參數(shù)主彩色場(chǎng)景主掩膜場(chǎng)景機(jī)位1機(jī)位2……RETTALLYV遙控P＆T,Z＆F鍵信號(hào)VVVVAAV大洋MagicSet虛擬演播室系統(tǒng)工作原理圖五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)功能特點(diǎn)點(diǎn)：主要特點(diǎn)點(diǎn)之一是是高度的的系統(tǒng)集集成性。。它把所所有功能能模塊都都集成在在了一臺(tái)臺(tái)高性能能PC圖形、圖圖像工作作站內(nèi)。。系統(tǒng)所所需要的的外部信信號(hào)僅為為必需的的同步時(shí)時(shí)基和攝攝像機(jī)視視頻。這這在組建建系統(tǒng)時(shí)時(shí)可以使使信號(hào)通通路連接接最為簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，最最大限度度的減小小了信號(hào)號(hào)損失，，特別是是針對(duì)現(xiàn)現(xiàn)有演播播室改造造時(shí)，對(duì)對(duì)現(xiàn)有演演播室信信號(hào)通路路上的改改動(dòng)和破破壞很小小。系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部的的視頻信信號(hào)都是是以4:2::2的數(shù)據(jù)流流的方式式傳遞，，在保證證了不會(huì)會(huì)有任何何信號(hào)損損失的同同時(shí)也提提高了系系統(tǒng)的可可靠性，，再加上上系統(tǒng)采采用了非非線性方方式的視視頻采集集和回放放，保證證了系統(tǒng)統(tǒng)在存儲(chǔ)儲(chǔ)媒介上上也不會(huì)會(huì)有信號(hào)號(hào)損失，，使整個(gè)個(gè)系統(tǒng)在在信號(hào)質(zhì)質(zhì)量上