虚拟演播室技术特点和应用

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1、虚拟演播室技术特点和应用　　摘要虚拟演播室是一种全新的电视节目制作工具，本文对虚拟演播室技术的工作原理、关键技术和典型应用做了较为详尽的阐述。虚拟演播室技术的关键在于用摄像机的位置和镜头等变化来控制计算机中的“虚拟摄像机”，使它的位置和镜头变化与“实际”同步，将他们进行色键效果处理之后，得到的画面会更加真实自然。因此，虚拟演播室技术广泛应用在广播电视领域，本文着重介绍了在广播电视领域的典型应用。关键词虚拟演播室技术特点应用引言虚拟演播室（VirtualStudio，VS）是计算机技术在电视节目制作领域的最新应用之一，是一种

2、基于虚拟现实的电视节目制作技术，它具有制景费用低廉、更换布景方便，便于发挥主创人员创意，实现其他技术难以完成的特技的优势，因此它的出现，不但成功地展示了所有能想象到的一切，而且电视给人们带来了焕然一新的视觉效果。11为了产生出逼真视觉的场景效果，用计算机场景工作站生成的三维图像代替简单的二维图像作为演播室的“虚拟”背景，并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该背景，使之与拍摄的主持人图像（前景）同步变换，实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果，这就是三维图形学、人工智能、模式识别与计算机图形图像处理相结合的虚拟演播

3、室技术。它一般由一套计算机系统、电视摄像机（装有摄像机跟踪器）、三维场景跟踪器、色键器以及视音频切换等构成，其实质是将计算机产生的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的演员（或节目主持人）表演的活动图像图像进行数字化实时合成，使演员（或节目主持人）的表演（前景）与虚拟场景（背景）达到同步的变化，从而实现前景与背景的完美结合。1虚拟演播室工作原理不同虚拟演播室对软件的要求不尽相同，但其核心部分却大同小异。虚拟演播室主要由摄像机、摄像机跟踪系统、计算机图形工作站、色键合成器4个部分组成。摄像机主要用于摄取蓝色幕布前真实的人或物。摄像机

4、跟踪系统主要用于获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数。计算机图形工作站主要用于生成实施虚拟场景。色键合成器主要用于于将摄像机前景和计算机虚拟场景合成为一个图像。11虚拟演播室的工作原理如图1所示，把摄像机拍摄到的一蓝色幕布为背景的画面作为前景，用一台超级实时图形计算机中的三位动画软件生成的三维动作图形作为虚拟场景，通过跟踪器系统把采集到的摄像机的运动参数实时传送给计算机图形工作站，计算机图形工作站经大量运算后，产生于实际摄像机拍摄的实景画面匹配的虚拟场景。再通过深度键和色键将前景与虚拟场景合成为一个图像输出，达到以

5、假换真的效果。2虚拟演播室关键技术2.1摄像机跟踪技术摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取计算机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、演员或节目主持人、计算机虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。目前，摄像机跟踪技术主要有图形识别、机械传感、红外线传感和超声波传感4种方式，每种方式都各有优劣，分别适用于不同的应用环境，4种方式的原理和比较如下图所示。在虚拟演播室节目制作过程中，虚拟演播室专用数字摄像机通常为二到三个，摄像机配有运动检测和识别系统，即摄像机跟踪器。

6、其原理是将检测到的摄像机的推、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”，这样，理想情况下，现场摄像机与虚拟演播室中“虚拟”的摄像机被相对地锁定在一个位置上。当现场演播室摄像机运动时，虚拟摄像机受跟踪器的控制可以实时地与现场摄像机保持同步。2.2辅助摄像机技术11辅助摄像机技术是以图形识别技术为基础，可以说是图形识别系统的一种扩展。辅助摄像机是一种专用的小型摄像机，它可安装在任何一个演播室摄像机的顶部。而格子图案可以是任意颜色的，可安装于摄像师的后部、侧墙或天花板上。当演播室

7、摄像机拍摄表演者时，辅助摄像机就会拍摄到格子图案，通过格子图案的视频图像信号进行分析，就可以得到演播室摄像机的各种参数。使用辅助摄像机技术后，演播室摄像机的拍摄可不受任何限制，可实现极端推进、宽角度拍摄、室外操作级费蓝演播室应用等。2.3“垃圾色块”技术使用虚拟演播室系统制作节目时，当摄像机无意间拍摄到非蓝区域时，会出现“穿帮”现象。为了克服这一现象，出现了“垃圾色块”技术，或称为“填补彩底”技术。使用这一技术后，摄像机拍摄到的非蓝区域可自动由“垃圾色块”来填补，因此它具有“背景保护”功能，使演播的范围大大超出了演播室的蓝

8、色背景范围。另外，这种技术还可用来制作虚拟天花板。2.4计算机虚拟场景生成技术11虚拟演播室系统配备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”。它除了调用和调整事先做好的三维虚拟场景外，还负责向图形发生器传输图像数据及处理由摄像机跟踪器传来的