论文部分内容阅读
虚拟演播室技术发展至今大约经过了30多年的历史。其前身被称为电子演播室布景（ESS），是由Eugene L在1978年提出的设想。过了10年，在汉城奥运会，日本NHK将自己研发的“Sythe VisIon”运用到新闻演播室正式开启了虚拟演播室序幕。当时所运用的技术是二维计算机图形合成系统。到了1993年，英国BBC利用合作开发了虚拟演播室系统制作电视新闻背景实现三维制作，真正实现了实用的道路。经过30多年的虚拟技术发展，从二维计算机图形实时合成系统发展到可移动图形识别系统的三维虚拟演播室系统，技术日趋完善，应用日趋广泛。但在虚拟技术广泛应用的同时，也遇到了很多问题。上海广播电视台是最早采用虚拟技术制作电视节目的国内广播电视台之一，在虚拟技术应用方面积累了一些经验，此文主要就虚拟演播室制作中各个环节要注意的问题，结合上海电视台虚拟演播室实际情况，探讨实现完美画面的实践。
一. 影响虚拟演播室画面的因素
1.虚拟场景建模
虚拟场景制作大多采用贴图和建模相结合，有些时效类比较强栏目加开框叠视频方式。在建模或贴图中，尤其应注意圆形物体和文字物体的处理，它们会占用大量的多边形，尽量用渲染后的贝占图代替它们。其次地面的处理，应注意某些细节在电脑中的场景转换成视频信号后，许多细节部分都无法显示出来。比如，上海每年市领导新年献词录制虚拟场景中的地毯处理，就出现这样的问题。场景中要合理地设置一些遮挡物，它可以产生很强的空间感和纵深感。
2.视频技术参数
传统演播室的视频调整，重点在于影调和色调的控制。在虚拟演播室同样强调此控制，但只是调整的程度控制有差异。在影调控制方面，白平衡控制，应注意避免蓝箱反射光对白平衡的影响。白平衡调整得不好，会造成掩膜信号电平变低和前景物体颜色失真。在黑平衡控制方面，调整黑电平参数，以调节暗部的细节、层次。
3.灯光布光
虚拟演播室首先尽量避免产生主持人身上的初级投影的布光方式。因为蓝箱反射光作用于阴影，通过计算机处理后，此阴影将会被色键器的蓝消除电路消除，从而影响输出的前景（主持人）的图像质量。虚拟演播室应处理好主光和逆光的光比，因为如果处理不当，可能出现投影环境的逻辑错误，而出现实际光源与虚拟光源的不一致性。另外，主光源在蓝箱上产生的次级投影也会影响计算机的图像处理。
其次虚拟演播室在主持人轮廓光处理上，为增强空间立体感的布光，必须注意逆光的合理使用。太强的逆光，使蓝箱地面现得亮白而破坏蓝箱色调的一致性，影响计算机抠蓝效果；前景在蓝箱地面上的次级投影也会影响计算机的图像处理。而不用逆光或逆光太弱，则前景（主持人）象贴在电子背景上，很死板。因此，逆光的合理使用能很好地体现人与场景的关系，从而加强纵深感，增强三维立体效果。
另一方面虚拟演演播室必须加侧光。因为虚拟系统中的色键器采用蓝色消除电路，由蓝箱反射光作用于主持人衣物边缘上的蓝色调将被蓝色消除电路去除，出来的主持人边缘变黑。因此必须加侧光以消除主持人衣物边缘上的蓝色成分。在折散光方面：尽量避免主持人服饰的反射光、透明类道具所产生的折射光对蓝箱的影响，蓝箱上的高亮点会造成合成图像的背景部分出现雾状影像。
二. 实例解析：上海广播电视台S5虚拟演播室
1. 原虚拟演播室的基本情况
上海广播电视台电视新闻中心的虚拟演播室承建于2005年，是上海广播电视台体制改革建立电视新闻中心后新建的虚拟演播室，此演播室主要承担着电视新闻中心专题节目的录制工作。
此演播室是一个不十分规则，面积约200平米、层高6米演播室。蓝箱尺寸为12M X 10M，背景蓝采用的颜色为ROSCO5722，而虚拟演播室关键三个部分：摄像机运动参数的获取和实时计算、实时色键计算、三维虚拟场景实时生成和输出系统，采用的是ULTIMATTE以色列系统，跟踪系统采用了图形识别与红外传感器结合的跟踪系统，以保证“同步”完美实现。演播室设置了三机位，摄像机为IKEGAMI，HK-388PW两台、HK-399PW一台。图形工作站采用Linux操作系统。虚拟场景制作主要由三维动画软件建立，由于软件版本较早，3D建模中比较麻烦耗时，建模中的材质、灯光、阴影的建立受到限制。演播室灯光系统，灯光吊挂系统采用钢结构葡萄架和平衡铰链杆方式，调光系统采用48路调光立柜及48路调光台各一台；灯具采用三基色可调光冷光灯28台，聚光灯12台，成像灯4台。人物抠像光比控制，支持4盏以上光源，
2. 原虚拟演播室在节目制作中存在的问题
初建成的虚拟演播室从专题节目的生产而言，基本达到了预期的目标，解决了在虚拟演播室中常见的基本问题。比如虚拟场景设置与主持人走位的虚拟的真实性；保证声画同步虚拟延时问题等等。但同时制作的节目还是存在诸多问题。除去虚拟场景制作问题外，整个节目的中虚拟场景与人物的关系总存在“浮”的感觉，合成的画面虚；其次，在虚拟灯光方面，主持人的灯光与虚拟场景存在的问题比较多，这其中涉及到的虚拟基础光的控制问题，基础光和效果光控制问题，抠像人物肤色由于蓝箱与地面反光的影响，造成蓝色的出现，由于某些灯位布光之间的冲突造成道具缺省现象等等，造成制作的节目质量打折扣。
3. 改造演播室方案及效果
为改善虚拟演播室节目质量，上海广播电视台电视视觉形象委员会专门对此进行了探讨与研究，并针对原制作的各场景专题栏目进行了逐一分析，形成了一些共识。针对原演播室的缺点于2011年12月进行了改建。
改建考虑到虚拟演播室现场灯光分前景灯光与后景灯光的区别，此虚拟演播室灯光设计采用二部分不同的设置。前景灯光采用在此演播室中心点（蓝箱中心点）上方，设置直径3M X 1M可上下移动的泛光灯箱，泛光灯箱中采用三基色（6X55W）可调光灯具12台，主要解决前景灯光中抠像部分基本照度问题，前景灯光基本照度控制在600LUX±1000LUX；抠像部分的特殊效果灯光采用设置直径6M可上下移动TRUSS（250MM X 250MM）架，TRUSS架上设置LED（L-SERIESD）灯具6台，美国等离子成像灯（SEACHANGER NEMO）灯具6台，后景及辅助灯光采用滑轨小型车加伸缩铰链杆17台，灯具采用三基色柔光灯（6X55W）6台，解决虚拟识别系统灯光及辅助灯光应用。整个蓝箱基本照度控制在800LUX±1200LUX；灯具色温采用高色温5300K，考虑到高色温灯具对蓝色色响应及更具穿透力，以此改变传统设置，建模灯光参数设置于现场灯光大致一致。通过圆形泛光灯箱的运用使得演播室基础光均匀程度得到了极大的加强，虚拟抠像画面更加透亮，更具层次感。通过此次改造，演播室无论从外观造型上还是画面效果都得到了提高。
总结S5演播室灯光工程的成功改造，不难发现若要使得画面提升，虚拟演播室灯光需做到以下要求：1，蓝箱的布光要均匀，为人物抠像产生好轮廓打下坚实的基础 2，若采用图形设别系统，虚拟网格的灯光明暗要分明，满足定位基本要求 3。处理好人物、道具中明暗对比强烈对抠像带来的困难，4，解决蓝箱灯光从地面反射后对人物、道具的影响。
三. 结束语
虚拟演播室中影响画面效果的因素有很多，本文从灯光着手，浅析了提升画面质量的一些经验，相信通过结合视频，定位等技术的完美应用，虚拟演播室画面会更逼真，视觉效果会更震撼。
一. 影响虚拟演播室画面的因素
1.虚拟场景建模
虚拟场景制作大多采用贴图和建模相结合，有些时效类比较强栏目加开框叠视频方式。在建模或贴图中，尤其应注意圆形物体和文字物体的处理，它们会占用大量的多边形，尽量用渲染后的贝占图代替它们。其次地面的处理，应注意某些细节在电脑中的场景转换成视频信号后，许多细节部分都无法显示出来。比如，上海每年市领导新年献词录制虚拟场景中的地毯处理，就出现这样的问题。场景中要合理地设置一些遮挡物，它可以产生很强的空间感和纵深感。
2.视频技术参数
传统演播室的视频调整，重点在于影调和色调的控制。在虚拟演播室同样强调此控制，但只是调整的程度控制有差异。在影调控制方面，白平衡控制，应注意避免蓝箱反射光对白平衡的影响。白平衡调整得不好，会造成掩膜信号电平变低和前景物体颜色失真。在黑平衡控制方面，调整黑电平参数，以调节暗部的细节、层次。
3.灯光布光
虚拟演播室首先尽量避免产生主持人身上的初级投影的布光方式。因为蓝箱反射光作用于阴影，通过计算机处理后，此阴影将会被色键器的蓝消除电路消除，从而影响输出的前景（主持人）的图像质量。虚拟演播室应处理好主光和逆光的光比，因为如果处理不当，可能出现投影环境的逻辑错误，而出现实际光源与虚拟光源的不一致性。另外，主光源在蓝箱上产生的次级投影也会影响计算机的图像处理。
其次虚拟演播室在主持人轮廓光处理上，为增强空间立体感的布光，必须注意逆光的合理使用。太强的逆光，使蓝箱地面现得亮白而破坏蓝箱色调的一致性，影响计算机抠蓝效果；前景在蓝箱地面上的次级投影也会影响计算机的图像处理。而不用逆光或逆光太弱，则前景（主持人）象贴在电子背景上，很死板。因此，逆光的合理使用能很好地体现人与场景的关系，从而加强纵深感，增强三维立体效果。
另一方面虚拟演演播室必须加侧光。因为虚拟系统中的色键器采用蓝色消除电路，由蓝箱反射光作用于主持人衣物边缘上的蓝色调将被蓝色消除电路去除，出来的主持人边缘变黑。因此必须加侧光以消除主持人衣物边缘上的蓝色成分。在折散光方面：尽量避免主持人服饰的反射光、透明类道具所产生的折射光对蓝箱的影响，蓝箱上的高亮点会造成合成图像的背景部分出现雾状影像。
二. 实例解析：上海广播电视台S5虚拟演播室
1. 原虚拟演播室的基本情况
上海广播电视台电视新闻中心的虚拟演播室承建于2005年，是上海广播电视台体制改革建立电视新闻中心后新建的虚拟演播室，此演播室主要承担着电视新闻中心专题节目的录制工作。
此演播室是一个不十分规则，面积约200平米、层高6米演播室。蓝箱尺寸为12M X 10M，背景蓝采用的颜色为ROSCO5722，而虚拟演播室关键三个部分：摄像机运动参数的获取和实时计算、实时色键计算、三维虚拟场景实时生成和输出系统，采用的是ULTIMATTE以色列系统，跟踪系统采用了图形识别与红外传感器结合的跟踪系统，以保证“同步”完美实现。演播室设置了三机位，摄像机为IKEGAMI，HK-388PW两台、HK-399PW一台。图形工作站采用Linux操作系统。虚拟场景制作主要由三维动画软件建立，由于软件版本较早，3D建模中比较麻烦耗时，建模中的材质、灯光、阴影的建立受到限制。演播室灯光系统，灯光吊挂系统采用钢结构葡萄架和平衡铰链杆方式，调光系统采用48路调光立柜及48路调光台各一台；灯具采用三基色可调光冷光灯28台，聚光灯12台，成像灯4台。人物抠像光比控制，支持4盏以上光源，
2. 原虚拟演播室在节目制作中存在的问题
初建成的虚拟演播室从专题节目的生产而言，基本达到了预期的目标，解决了在虚拟演播室中常见的基本问题。比如虚拟场景设置与主持人走位的虚拟的真实性；保证声画同步虚拟延时问题等等。但同时制作的节目还是存在诸多问题。除去虚拟场景制作问题外，整个节目的中虚拟场景与人物的关系总存在“浮”的感觉，合成的画面虚；其次，在虚拟灯光方面，主持人的灯光与虚拟场景存在的问题比较多，这其中涉及到的虚拟基础光的控制问题，基础光和效果光控制问题，抠像人物肤色由于蓝箱与地面反光的影响，造成蓝色的出现，由于某些灯位布光之间的冲突造成道具缺省现象等等，造成制作的节目质量打折扣。
3. 改造演播室方案及效果
为改善虚拟演播室节目质量，上海广播电视台电视视觉形象委员会专门对此进行了探讨与研究，并针对原制作的各场景专题栏目进行了逐一分析，形成了一些共识。针对原演播室的缺点于2011年12月进行了改建。
改建考虑到虚拟演播室现场灯光分前景灯光与后景灯光的区别，此虚拟演播室灯光设计采用二部分不同的设置。前景灯光采用在此演播室中心点（蓝箱中心点）上方，设置直径3M X 1M可上下移动的泛光灯箱，泛光灯箱中采用三基色（6X55W）可调光灯具12台，主要解决前景灯光中抠像部分基本照度问题，前景灯光基本照度控制在600LUX±1000LUX；抠像部分的特殊效果灯光采用设置直径6M可上下移动TRUSS（250MM X 250MM）架，TRUSS架上设置LED（L-SERIESD）灯具6台，美国等离子成像灯（SEACHANGER NEMO）灯具6台，后景及辅助灯光采用滑轨小型车加伸缩铰链杆17台，灯具采用三基色柔光灯（6X55W）6台，解决虚拟识别系统灯光及辅助灯光应用。整个蓝箱基本照度控制在800LUX±1200LUX；灯具色温采用高色温5300K，考虑到高色温灯具对蓝色色响应及更具穿透力，以此改变传统设置，建模灯光参数设置于现场灯光大致一致。通过圆形泛光灯箱的运用使得演播室基础光均匀程度得到了极大的加强，虚拟抠像画面更加透亮，更具层次感。通过此次改造，演播室无论从外观造型上还是画面效果都得到了提高。
总结S5演播室灯光工程的成功改造，不难发现若要使得画面提升，虚拟演播室灯光需做到以下要求：1，蓝箱的布光要均匀，为人物抠像产生好轮廓打下坚实的基础 2，若采用图形设别系统，虚拟网格的灯光明暗要分明，满足定位基本要求 3。处理好人物、道具中明暗对比强烈对抠像带来的困难，4，解决蓝箱灯光从地面反射后对人物、道具的影响。
三. 结束语
虚拟演播室中影响画面效果的因素有很多，本文从灯光着手，浅析了提升画面质量的一些经验，相信通过结合视频，定位等技术的完美应用，虚拟演播室画面会更逼真，视觉效果会更震撼。