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中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0246-01
虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS）是近年来随着计算机技术飞速发展而出现的一种新的电视节目制作系统。其原理是将摄像机拍摄的图像通过色键技术融入随摄像机镜头变化的虚拟场景中，以扩展电视节目制作的空间。
一、 虚拟演播室系统构成
典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数拾取、计算机、背景材料库、键控器等组成。如图1所示。
虚拟演播室节目制作系统
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进行数字化的实时合成，使演员的表演与虚拟场景达到同步变化，从而实现前景与背景的完美结合。
在蓝背景中的主持人由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而上图所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。因此，需要确定真实摄像机的位置參数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。然后，前景图像（包括主持人和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制进行合成。
二、 虚拟演播室系统的特色
虚拟演播室节省了传统的基于搭配真实布景的电视节目制作中设计、材料、施工、场地等昂贵费用，克服了传统布景不宜随便搬动，灵活性差，场地不能重复利用的缺点，满足了电视节目制作与播出的高时效性要求。
三、 虚拟演播室关键技术
虚拟演播室技术主要包括摄像机跟踪技术、虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和色键技术等
1、 摄像机跟踪技术
为了能够使真实摄像机与虚拟场景中的摄像机运动完全同步，最关键的是要正确获得摄影机的运动参数，包括镜头运动参数，如变焦、聚焦、光圈的变化，镜头推拉、俯仰、平摇过程中平稳过渡的变化参数，以及空间位置参数的变化。
因此，跟踪技术可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和运动参数，这些参数提供给图形发生器对保证前后景之间的联动和前后景之间的遮挡关系、实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
2、虚拟场景技术
虚拟演播室中的场景、道具通常由计算机产生，可以实现常规演播室中不能实现的更大的空间背景和现实生活中不可能见到的景观。虚拟场景可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机三维软件及材质创作的二维或三维图形。随着计算机的计算、绘图和视频处理能力的提高，我们可以采用更开放的平台及软件，例如3dmax建立三维场景。
3、蓝背景技术
蓝背景技术又称蓝箱技术，是指虚拟演播室中的摄像机所拍摄的通常是以蓝色（绿色）为背景的主持人画面，其全部蓝色区域将被合成到计算机三维软件生成的虚拟场景中。
虚拟演播室的摄像室一般是由一面或多面蓝墙和蓝色的地板所组成的“蓝箱”，要求背景平滑，通常采用一墙一地、二墙一地、三墙一地地设计。在舞台的大小本身没有尺寸限制，但背景的大小可以得到更大摄像机视角范围的办法。需注意，正面临近的墙角应大于90度，这将更容易打灯光，并且墙壁之间也不会互相反射。当摄像机取远景时，不仅需要播音员身后是蓝色，地板也要求是蓝色的。地板应该足够大得包括阴影，否则落在真实背景之外的阴影将被剪除。在蓝背景中应尽量采用圆滑的角落，因为对折角打光会比较困难，需要在键控器上进行额外的调整来均匀明暗差异。
虚拟演播室系统虽然不局限于蓝色，但蓝色有几个优点：一是亚洲人的黄皮肤比较适合在蓝背景下键出；其次，物体周围的蓝色弱色调没有绿边弱色调显眼；三是演员们在蓝色环境中工作要比绿或红色环境中愉快。
4、灯光布光技术
在布光上，要使照射到蓝背景上面的光线均匀，蓝背景上不能有反光，使用纯正的色键蓝色，以保证最好的色键效果。
虚拟演播室灯光通常采用三基色柔光灯，这种灯发光均匀、阴影小、发热少、色温恒定而均匀，使主持人肤色自然真实。节目中的主持人通常会有一定的活动区域，因此，对前景主持人一般采用区域布光。传统的新闻类演播室一般都运用三点式布光原理就能满足电视灯光的要求，而虚拟演播室技术采用的是色键技术进行抠蓝处理，因此，要消除蓝色对前景主持人的影响就必须立体布光。
先前景布光，后蓝箱布光。因为三基色柔光灯发光面积大，对前景主持人布好光后，必将在蓝箱上产生一定的光照度。因此，前景照度符合要求后，再对蓝箱墙面进行适当补光就能满足色键抠蓝的要求。
在通常情况下，蓝色舞台需要被照得非常均匀。在虚拟演播室中通常用冷光。大多数经常使用的冷光类型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果没有冷光，有时可以用蜡纸盖住标准演播室的灯光来代替。建议亮度是120瓦左右。
灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上，地面上的阴影使观众看到真实物体与虚拟地面结合的仿真效果。
地面的辅助光。如果没有来自下面的灯光，只能靠蓝背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分。这将影响键的效果。演员及真实道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空间。影子的方向要和虚拟空间中的光源方向一致。为表现虚拟背景中地板反光的影子效果，可在蓝室地板上铺设蓝色透明塑料。
5、色键技术
虚拟场景不仅有背景，还有前景，如桌子、讲台等，演员甚至可以进入一个虚拟物体中去。画面中真实的、虚拟的物体间的关系比较复杂，要想实现完美自然的叠加，就需要具有特殊功能的高级色键技术，因此，产生了一种被称为Z轴深度键的新技术。目前主要有基于层次级和像素级的深度键。层次级深度键技术将物体分别归类到数目有限的深度层中去，所以，演员在虚拟场景中的位置无法连续变化。像素级深度键技术把构成虚拟场景中的每一个像素都赋予相应的Z轴深度值。虚拟物体、真实物体和演员可以动态地相互遮挡，从而增加了虚拟场景的真实感。
虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS）是近年来随着计算机技术飞速发展而出现的一种新的电视节目制作系统。其原理是将摄像机拍摄的图像通过色键技术融入随摄像机镜头变化的虚拟场景中，以扩展电视节目制作的空间。
一、 虚拟演播室系统构成
典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数拾取、计算机、背景材料库、键控器等组成。如图1所示。
虚拟演播室节目制作系统
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进行数字化的实时合成，使演员的表演与虚拟场景达到同步变化，从而实现前景与背景的完美结合。
在蓝背景中的主持人由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而上图所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。因此，需要确定真实摄像机的位置參数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。然后，前景图像（包括主持人和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制进行合成。
二、 虚拟演播室系统的特色
虚拟演播室节省了传统的基于搭配真实布景的电视节目制作中设计、材料、施工、场地等昂贵费用，克服了传统布景不宜随便搬动，灵活性差，场地不能重复利用的缺点，满足了电视节目制作与播出的高时效性要求。
三、 虚拟演播室关键技术
虚拟演播室技术主要包括摄像机跟踪技术、虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和色键技术等
1、 摄像机跟踪技术
为了能够使真实摄像机与虚拟场景中的摄像机运动完全同步，最关键的是要正确获得摄影机的运动参数，包括镜头运动参数，如变焦、聚焦、光圈的变化，镜头推拉、俯仰、平摇过程中平稳过渡的变化参数，以及空间位置参数的变化。
因此，跟踪技术可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和运动参数，这些参数提供给图形发生器对保证前后景之间的联动和前后景之间的遮挡关系、实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
2、虚拟场景技术
虚拟演播室中的场景、道具通常由计算机产生，可以实现常规演播室中不能实现的更大的空间背景和现实生活中不可能见到的景观。虚拟场景可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机三维软件及材质创作的二维或三维图形。随着计算机的计算、绘图和视频处理能力的提高，我们可以采用更开放的平台及软件，例如3dmax建立三维场景。
3、蓝背景技术
蓝背景技术又称蓝箱技术，是指虚拟演播室中的摄像机所拍摄的通常是以蓝色（绿色）为背景的主持人画面，其全部蓝色区域将被合成到计算机三维软件生成的虚拟场景中。
虚拟演播室的摄像室一般是由一面或多面蓝墙和蓝色的地板所组成的“蓝箱”，要求背景平滑，通常采用一墙一地、二墙一地、三墙一地地设计。在舞台的大小本身没有尺寸限制，但背景的大小可以得到更大摄像机视角范围的办法。需注意，正面临近的墙角应大于90度，这将更容易打灯光，并且墙壁之间也不会互相反射。当摄像机取远景时，不仅需要播音员身后是蓝色，地板也要求是蓝色的。地板应该足够大得包括阴影，否则落在真实背景之外的阴影将被剪除。在蓝背景中应尽量采用圆滑的角落，因为对折角打光会比较困难，需要在键控器上进行额外的调整来均匀明暗差异。
虚拟演播室系统虽然不局限于蓝色，但蓝色有几个优点：一是亚洲人的黄皮肤比较适合在蓝背景下键出；其次，物体周围的蓝色弱色调没有绿边弱色调显眼；三是演员们在蓝色环境中工作要比绿或红色环境中愉快。
4、灯光布光技术
在布光上，要使照射到蓝背景上面的光线均匀，蓝背景上不能有反光，使用纯正的色键蓝色，以保证最好的色键效果。
虚拟演播室灯光通常采用三基色柔光灯，这种灯发光均匀、阴影小、发热少、色温恒定而均匀，使主持人肤色自然真实。节目中的主持人通常会有一定的活动区域，因此，对前景主持人一般采用区域布光。传统的新闻类演播室一般都运用三点式布光原理就能满足电视灯光的要求，而虚拟演播室技术采用的是色键技术进行抠蓝处理，因此，要消除蓝色对前景主持人的影响就必须立体布光。
先前景布光，后蓝箱布光。因为三基色柔光灯发光面积大，对前景主持人布好光后，必将在蓝箱上产生一定的光照度。因此，前景照度符合要求后，再对蓝箱墙面进行适当补光就能满足色键抠蓝的要求。
在通常情况下，蓝色舞台需要被照得非常均匀。在虚拟演播室中通常用冷光。大多数经常使用的冷光类型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果没有冷光，有时可以用蜡纸盖住标准演播室的灯光来代替。建议亮度是120瓦左右。
灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上，地面上的阴影使观众看到真实物体与虚拟地面结合的仿真效果。
地面的辅助光。如果没有来自下面的灯光，只能靠蓝背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分。这将影响键的效果。演员及真实道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空间。影子的方向要和虚拟空间中的光源方向一致。为表现虚拟背景中地板反光的影子效果，可在蓝室地板上铺设蓝色透明塑料。
5、色键技术
虚拟场景不仅有背景，还有前景，如桌子、讲台等，演员甚至可以进入一个虚拟物体中去。画面中真实的、虚拟的物体间的关系比较复杂，要想实现完美自然的叠加，就需要具有特殊功能的高级色键技术，因此，产生了一种被称为Z轴深度键的新技术。目前主要有基于层次级和像素级的深度键。层次级深度键技术将物体分别归类到数目有限的深度层中去，所以，演员在虚拟场景中的位置无法连续变化。像素级深度键技术把构成虚拟场景中的每一个像素都赋予相应的Z轴深度值。虚拟物体、真实物体和演员可以动态地相互遮挡，从而增加了虚拟场景的真实感。