虚拟演播室技术
一、虚拟演播室概述 二、虚拟演播室系统构成 三、虚拟演播室关键技术 四、虚拟演播室运行流程 五、虚拟演播室使用注意
一、虚拟演播室概述
1、虚拟演播室
虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS）是传统演播室色键 抠像技术与计算机虚拟现实相结合的一 种新的电视节目制作系统，主要由计算 机硬件、软件、现场摄像机、摄像机跟 踪器、图形图像发生器、色键器以及视 /音频切换台等组成。
摄像机的运动参数包括镜头运动参数(变焦、 聚焦、光圈)、机头运动参数(摇移、俯仰)以 及空间位置参数(地面位置X、Y和高度Z)等。
这些参数的获取对虚拟演播室系统来说是至
关重要的，它会直接影响到合成图像的效果。
在二维虚拟演播室中，一般只需要跟踪摄像 机的镜头运动参数(变焦、聚焦)和镜头运动 参数(摇移、俯仰)，而在三维虚拟演播室中， 还需跟踪摄像机的空间位置参数(X、Y、Z)。
二、虚拟演播室系统构成
１、蓝场实景现场
虚拟演播室与传统演播室大不相同，它 是以计算机三维动画“虚拟”出的场景取 代道具实景为主要特征。摄像机所拍摄的 现场已不是一般意义上的主持人或演员活 动的地方，而是虚拟画面应用空间的组成 部分，它的实际意义仅仅是其空间场地尺 寸的大小。
现场所有布景全部由单一的蓝色所取代， 以作为将来抠像的基准色。图像的前景是 不同机位的摄像机拍摄到的主持人的画面 素材。主持人所在的实景现场的全部蓝色 区域将被合成到计算机三维动画生成的虚 拟场景中。
图形发生器根据主机传来的摄像机运动数 据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运 动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前 景同步。有的图形发生器的运算需要数帧 左右的时间，因此，摄像机拍摄的画面也 必须有一个同样帧数的延时，这样才能确 保真实场景与虚拟场景的吻合。
3、虚拟演播室功能
便于发挥主创人员的创意。虚拟演播室 的背景画面可以是真实拍摄的场景，也 可以是用计算机创作出的图像。节目人 员可以充分发挥艺术想象力来构思场景 而不受外景或搭景条件的限制，在有限 的空间里实现无限的创意。
实现其他技术难以完成的特技。例如物 体可以不顾重力原理而悬浮在空间、一 个物体可以从另一物体中往上升、视频 图像可以在任一平面上显示出来、场景 可由动态物质构成、分子大小的物体能 立即变成巨大的物体、以数据为基础的 所有信息可作为一层视频信号实时地进
虚拟人物表演。在真人身上各重要关节 处装传感器，传感器的各组数据传到工 作站中用于控制已制成的虚拟动画人物 的关节活动，使它完全实时地模仿表演 者的动作。
虚拟动画人物与真人同时出现在同一个虚拟 背景中，并相互配合，互换位置和交谈。这 在已往的演播室制作过程中是无法想象的， 也会给节目带来新奇感和神秘感，从而最大 程度地娱乐观众。
目前常用的摄像机跟踪系统主要有机械传感 器和图形识别方式。
３、计算机部分
虚拟演播室系统配备的计算机既有基于 Windows NT系统平台的PC机，也有基于 Unix系统的图形工作站。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 跟踪器传来的摄像机运动数据。
虚拟演播室技术的关键：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，这样它所拍摄的"虚拟场 景"的镜头变化和实际摄像机拍摄的主持 人的镜头变化一致，将他们进行色键效
果处理之后，得到的画面才真实自然。
3、虚拟演播室功能
制景费用低廉、更换布景方便。虚拟演 播室技术的应用使真实演播室可以变得 非常简单，演播室面积无需太大，只要 铺满兰幕就行，省去了复杂的搭景和灯 光照明，而且换景便利、快捷，可大大 缩短节目制作周期。
入演播室等。
应用举例
英国EPO公司制作二战中被毁的一座大型教 堂的建筑结构的录像。教堂尚未重建，但用 超级计算机制作出教堂的立体画面，用一台 虚拟的摄像机从各个角度做推拉、旋转等动 作拍摄。30分钟画面用了6～8周时间，一座 宏伟的教堂便“出现”了。
应用举例
虚拟采访。利用从外地传来的被采访者在蓝 色幕布前的信号，先经过一次抠像再进入虚 拟演播系统。通过插入的视频可将被采访者 与演播室中的播音员实时结合在一个虚拟背 景中，两个人物可以面对面的交谈和表演， 对观众来讲就好象真的把被采访者请到了演 播室中一样。
２、摄像机及跟踪系统
虚拟演播室专用摄像机数量通常为二到 三个。专用摄像机区别于传统摄像机， 除了镜头和云台以外，均配有运动检测 和识别系统，即摄像机跟踪器。
虚拟演播室能否正确判断摄像机、主持 人及虚拟背景之间的相对位置关系，是 实现前、背景图像完全同步联动、再现 起初的透视关系的关键。摄像机跟踪系 统就是用来检测和提供摄像机运动参数 和演员位置参数的系统。

2、与传统色键抠像区别
传统色键抠像过程：演员位于蓝色背景 前，摄像机拍下前景信号(演员)并馈入 色键器，然后与从录像机或者计算机输 出的视频信号(背景)进行混合。特点： 当摄像机位置移动或镜头推拉使前景变 化时，背景不能随之变化，前景和背景 互不关联，因此前景人物好象飘浮在背 景上，合成画面生硬。
与传统的人工搭建的舞台或演播场地相比， 虚拟三维场景应用于演播室可以说是演播 室技术的一次革命。不仅制作成本大大降 低，制作周期缩短，虚拟场景的可随意更 改的特性，极大地满足了导演的创作需要。
虚拟演播室用的实景现场虽然简化成了单 一的蓝色，但决不是任何东西都不需要了。 如果节目中要表现主持人从楼梯上走下来， 那么现场也必须设置一些涂成蓝色的几何 块状物体作为“楼梯”,以便与电脑中生成 的楼梯相配合。
虚拟演播室技术：背景画面的变化与前 景的变化同步，甚至前景人物能穿插于 背景物体之中，两者紧密联系形成有机 的融合，即背景图像随摄像机镜头的运 动而随之相应变化。因此系统中需图形 计算机与摄像机的追踪系统相连，以实 时得到摄像机的瞬时位置信息。有无摄 像机追踪系统和图形计算机，是传统抠
像和虚拟演播室的主要区别。