論高校虛擬演播室建設

何泰伯

(渭南師范學院傳媒工程學院，陜西渭南714000)

隨著廣播電視技術的飛速發展，虛擬演播室作為高端技術在視頻節目制作中的應用也日趨廣泛．虛擬演播室系統所要實現的功能從基本的前期制作的需要，發展到兼顧部分后期制作，如實時地添加字幕、唱詞、三維物體、透明特效物體、動畫等特效的需要，虛擬演播室技術應用也向電視臺節目錄制、氣象局天氣預報制作、教育行業視頻資源錄制、現代教育技術科研平臺、網絡教育互動平臺、教學實驗平臺、廣告影視等領域不斷擴展．

1 虛擬演播室的優勢

虛擬演播室與傳統演播室相比，具有如下幾點優勢:

1．1 自由發揮創意的平臺

虛擬演播室可以和三維軟件建立的虛擬場景完美結合，只要符合節目的要求，創作人員可以充分發揮自己的想象，場景的部件擺設、色彩、材料等都可以隨意而定，所有的場景設計元素都可以出現在節目中．

1．2 置景輕松

虛擬演播室制作場景比較簡單，只需利用現有的多種常見的三維動畫軟件建立模型，便可輕松地制作出各種逼真的三維場景，制作人員只需將這些二維或三維場景與攝像機實時采集的素材完美地結合起來就可以制作出高質量的節目，并且可以及時更換場景．［1］

1．3 空間要求小

虛擬演播室對空間的要求相對較小，它主要是通過色鍵摳像后和虛擬場景合成出一個無限大的演播空間，通過改變三維軟件所建模型場景的大小就可以隨時增加畫面空間的大小．所以，我們往往看到的畫面都已超出演播室的實際空間大小．

1．4 節省開支

有了實時的摳像和虛擬的場景的完美結合，應用虛擬演播室系統，就不需要布景制作費用．如節目需要一個古色古香屏風作為背景，就可以通過三維建模輕松實現，而且多個場景可重復、循環使用，從而節省了開支，提高了制作效率．

1．5 效果明顯

由于場景是三維虛擬的，制作者可以根據節目的需求，制作出漂亮實用的場景．這種虛擬的場景不受自然條件，如天氣、光線、地域的影響，在室內就可以制作出雨雪場景的效果，從而大大提高了節目的質量．而且最終效果，如雨雪量的大小等，人為可對其進行控制．

2 虛擬演播室的基本功能與技術指標

2．1 虛擬演播室的基本構成

虛擬演播室主要由攝像機、跟蹤系統、控制系統、三維渲染系統、色鍵等組成，其結構圖如圖1所示．

圖1 虛擬演播室系統架構

2．2 虛擬演播室的基本功能

(1)實時渲染

實時渲染主要是指利用通用的三維建模軟件建立的場景模和摳像后的視頻以及音頻通過渲染服務器實時地合成最終效果．虛擬演播室應接受3D MAX、MAYA、SOFTIMAGE XSI等通用軟件建模，并且支持的模型無需做任何修改，直接導入到虛擬演播室系統中，并和摳像后的實時視頻一起合成使用．值得注意的細節是，利用三維軟件所建三維的場景物體應有足夠多的三角面，否則就很難使場景局部精細，給觀眾呈現一個粗糙的畫面，影響畫面效果．比如特寫，如果三維建模的面太少或者貼圖分辨率低，就會出現畫面的馬賽克，這在實際的制作中是最不愿意看到的．

(2)多信號導入

為了提高場景中三維網格物體的渲染效率，同時保證系統可靠穩定，虛擬演播室一般都采用渲染工作站和操作控制工作協調工作的方式．其操作界面采用集中控制方式，一套鼠標鍵盤，操作者不需識別物理設備，只需在視窗中點擊界面菜單，由系統自動執行任務．場景中的各個視覺元素，如物體、貼圖、動畫、視頻、特效等素材導入方便，分類清晰，可隨時調用和更換．場景中三維物體的運動軌跡、旋轉角度、縮放比例、任意變形等功能的建立與編輯，特效、燈光、視頻、動畫、臺詞、圖片、字幕的添加設置與播控等所有操作完全支持在線拾取和可視化編輯，使操作的每一個動作和步驟實時顯示，一目了然，減少操作的盲目性．

(3)色鍵摳像

實時摳像是虛擬演播室最基本的功能，摳像效果的好壞也是衡量虛擬演播室質量的重要參數，而摳像效果則主要取決于色鍵．

(4)即時跟蹤

跟蹤是評價虛擬課堂攝像機調控能力的重要指標之一，如果不能高質量即時跟蹤，前景與背景必然會產生脫節或停頓，給人以前呼不能后應的感覺，甚至出現明顯的失真影像．［2］

3 高校虛擬演播室建立

3．1 高校虛擬演播室建設的基本原則

隨著高等教育信息化的進一步發展，虛擬演播室作為發展的一種新的需求，正在逐步被普及和應用到日常的教學和實驗中．對一個以教學演示和學生實驗實踐為主要任務的虛擬演播室建設項目，主要應遵循實用性、針對性、可擴展性和可靠性的建設原則．

(1)實用性原則

實用性原則主要是從虛擬演播室系統的功能來考慮．高校虛擬演播室主要滿足學生的學習實驗要求，通過實驗實踐能夠使學生對虛擬演播室系統初步掌握，并且能利用虛擬演播室平臺制作與專業相關的節目．目前，虛擬演播室系統的類型較多，相應的功能差別較大．在虛擬演播室的建設中，只要能滿足實際教學應用即可，切忌盲目追高．

(2)針對性原則

高校建設的虛擬演播室，主要是為教育教學和實驗服務的．因而，一定要結合相關專業的教學需求，在構建虛擬演播室系統時，應考慮能否滿足當前專業的發展需求．如廣播電視編導專業和廣播電視新聞專業就具有很強的專業性和目的性，在建設時，就要考慮到其發展的特點，在滿足基本的教學的同時也要考慮到為學生提供一個實習鍛煉的平臺．

(3)可擴展性原則

擴展性主要體現在后期的升級與擴充方面．首先，學校一般都是一次性投入建設成套系統，不可能后期頻繁地在設備的更換上再投入大量資金;其次，數碼技術的發展也是日新月異，新的設備要能在舊的平臺上應用，如:攝像機的更新換代、計算機設備的更新等．

(4)可靠性原則

高校往往學生人數多，設備數量有限，設備的單次運行時間可能較長．同時，由于學生對設備的熟練程度不同，在實際的操作過程中對機器設備是一種嚴峻的考驗．所以虛擬演播室系統能否在這樣的環境下持續正常工作，各項性能指標能否達到標準，是衡量虛擬演播室系統是否穩定的一個關鍵因素，也是保證正常教學秩序能否順利有序進行的關鍵因素．［3］

3．2 高校虛擬演播室建設的特點

高校虛擬演播室的建設和其他專業虛擬演播室的建設在功能要求上有較大的區別，主要表現在高校虛擬演播室的教育性需求．首先，高校虛擬演播室應用于教學，為錄制課程視頻和影視類專業教學實踐服務．所以，高校虛擬演播室與專業的電視臺虛擬演播室相比，設備投入方面不必追求高、新、貴的設備，只要參數達標，設備耐用，能滿足實踐教學需要，使學生掌握虛擬演播系統的使用技術就可以了．如:色鍵沒有必要選擇參數指標高的進口高端設備，以實用為主;其次，高校虛擬演播室相當多的是要面向課堂，要能夠滿足課程錄制時教師教案、教學素材、師生交互、人機交互的需求．所以高校虛擬演播室的建設與一般的虛擬演播室的建設相比，其特點主要有以下幾個方面:

(1)教學素材實時生成與顯示

在教學過程當中，教師為了使抽象的概念形象化，往往需要對靜態場景和物體的簡單縮放、旋轉和沿路經的運動功能．這就要求演播室系統能夠對這些場景和虛擬的物體進行實時渲染．

(2)電子教案支持在任意位置開窗口

不僅要實現任意動畫和視頻的開窗口顯示，還必須實現電子教案在場景中的任意位置以窗口的形式顯示．

(3)實時生成臺詞與圖文

必須支持教師在任意時刻，用鼠標畫出需要的任何形狀的視窗區域播放教學視頻、圖片、文字和動畫．

(4)字幕在任意畫面實時生成

必須具備任意文本字幕可實時地附著在任意物體表面及畫面，并按物體表面形狀進行變形顯示．使教學的視覺內容圖文并茂、相得益彰．

(5)圖文特技實時添加、控制

必須具備任意圖文可以按任意方式控制其顯示方式，如滾屏、閃爍、翻頁、過光等，即設即用，不需要生成等待．以方便的特技方式突出教學中的重點和難點．

(6)教學常用圖表、曲線實時調用生成

必須支持講課過程中教師在虛擬演播室提供的場景板面上實時勾畫曲線，并能動態連續顯示．板面可以做成玻璃、金屬等任意材質，曲線的粗細、材質、色彩、顯示速度等都可實時設置．三維建模工具創作的各種柱狀圖、餅狀圖、條形圖等也可以在使用時的任意時刻按照教學內容的要求數量、增長幅度等的實時編輯與調整，并能按照調整的結果實時手動或自動播出．

(7)教學現場與課堂實時切換

必須具備授課教師不用離開演播室就能與外景實時合成切換，如實時地對學生的野外寫生進行指導，實時地站在籃球場指導學生投籃技巧，站在人體內部講解器官的構造，站在宇宙太空講解天體的構造，進入原子結構的模型中講解電子沿其軌道運動等．［4］

(8)演播室教學與外景虛擬三維場地實時合成

必須具備虛擬場景與實拍場景的實時合成．如可以將虛擬的一排排大紅燈籠掛在外景地的建筑物上，可以讓虛擬的炮彈從訓練場的炮膛中飛出，并能觀察到炮彈在炮膛中受熱變形的過程．

4 高校虛擬演播室建設的方式

4．1 零起步的建設

虛擬演播室的零起步建設，是指沒有傳統演播室的基礎，整個虛擬演播室的系統設備、場地等全部是通過前期論證、考察，再招標建設的．對從零起步建設，以滿足教育教學活動為基本需求，結合經費投入的額度綜合考慮設備的檔次．既要能滿足教學演示和學生制作簡單電視節目的需求，又要保證技術的延伸性，即學生在學校掌握虛擬演播室系統技術后能與企業里面的演播室系統相通．

4．2 在原有設備基礎上的建設

虛擬演播室在原有設備基礎上建設，是指具備傳統演播室的基礎，對已有傳統演播室進行基礎改造，形成新的虛擬演播室．［5］對虛擬演播室在原有設備基礎上建設，因為要利用原有舊的演播室設備，情況比較復雜，必須要考慮新設備與原設備的兼容問題，場地裝修問題，以及燈光、音響、渲染服務器等問題．既要考慮整個系統設備的兼容性，又要考慮學生操作的簡易性，即在虛擬演播室系統建成后，學生對設備的操作不能太繁瑣、太復雜．

4．3 基于校企合作的建設方式

基于校企合作的建設方式，或者基于校臺合作的建設方式．即學校和企業或電視臺合作共建虛擬演播室，相互促進，相互學習．這樣既節省資金，又節省人力，還可以起到帶動作用，使教師、學生能夠盡快地進入到實際的制作中去，這樣對整個虛擬演播系統技術的掌握是大有好處的．授課的既可以是企業的技術人員，也可以是專業的教師．參與節目制作的既可以是企業的工作人員，也可以是學校的學生．這種雙重身份極大地激發了教師、學生和技術人員的創作熱情．所以，這種建設方式是一種靈活、節約、高效的建設方式．

［1］唐忠，陽革鋒．虛擬演播室技術在高校教學中的應用［J］．中國電化教育，2009，(7):116－118．

［2］沈淵．虛擬課堂演播室攝像機定位跟蹤技術的淺析［J］．長沙通信職業技術學院學報，2011，(6):54－56．

［3］崔海亭，楊蕾．虛擬體育演播室在高等體育院校中的應用探究［J］．中國現代教育裝備，2010，(23):26－28．

［4］孟慶華．教學用虛擬演播室的選型探索［J］．中國教育技術裝備，2010，(30):58－60．

［5］董武紹，李端強．對高校虛擬演播室建設的探討［J］．電化教育研究，2007，(2):62－64．