三維虛擬演播室在MOOC制作中的應(yīng)用*

◆劉京洙 馬金鐘

作者：劉京洙，工程師，延邊廣播電視臺(tái)，研究方向?yàn)殡娨暪?jié)目編輯；馬金鐘，延邊大學(xué)副教授，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)資源開(kāi)發(fā)、教師信息化專(zhuān)業(yè)發(fā)展（133000）。

隨著數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)也得到大幅度提高，尤其是如今的真三維實(shí)時(shí)場(chǎng)景的合成以及嵌入式場(chǎng)景的生成給視頻制作帶來(lái)新的視覺(jué)感受。本文從三維虛擬演播室的技術(shù)特點(diǎn)、MOOC的教學(xué)設(shè)計(jì)要求兩方面探討三維虛擬演播室與MOOC制作相結(jié)合的教學(xué)價(jià)值，并以課程的制作實(shí)例探究MOOC課程制作中采用三維虛擬演播室的制作過(guò)程和教學(xué)效果。

1 MOOC的發(fā)展及其制作技術(shù)

MOOC也譯作慕課，即大規(guī)模開(kāi)放在線課程。該教學(xué)形式2011年興起于美國(guó)，并在2012年迅速引發(fā)全世界的關(guān)注，其三大平臺(tái)Udacity、Coursera、Edx分別由斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院與哈佛大學(xué)創(chuàng)辦，截至目前已經(jīng)近千門(mén)課程上線，吸引了世界數(shù)百萬(wàn)學(xué)習(xí)者的目光，也給那些渴望學(xué)習(xí)的人帶來(lái)更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)[1]。2013年，國(guó)內(nèi)的部分高等院校和企業(yè)，如清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交大、北京航空航天大學(xué)等先后推出自己的平臺(tái)及MOOC課程，新東方、果殼網(wǎng)、智慧樹(shù)等企業(yè)也相繼都推出MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)。MOOC最典型的一個(gè)特點(diǎn)是課程是由一系列教學(xué)視頻組成的，也就是說(shuō)，制作視頻是制作MOOC的最基本形式。

至此，關(guān)于MOOC的制作技術(shù)的研究開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。多年電視課程制作的實(shí)踐表明，結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論，結(jié)合現(xiàn)代的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠制作出讓學(xué)生更加愿意參與學(xué)習(xí)、可以更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)課程。

MOOC的制作過(guò)程基本可以分為前期準(zhǔn)備、撰寫(xiě)腳本、PPT課件制作加工、錄制教師授課情景、后期制作、輸出為流媒體文件這些環(huán)節(jié)。對(duì)于教學(xué)場(chǎng)景一般是選擇在教室，這也是以前視頻公開(kāi)課常用的辦法，但這樣的教學(xué)效果往往不是很理想，所以作為技術(shù)人員，更傾向于使用專(zhuān)業(yè)演播室進(jìn)行錄制。在任課教師充分準(zhǔn)備后（即做好教學(xué)設(shè)計(jì)、確定好每次講解的知識(shí)點(diǎn)），在演播室準(zhǔn)備多臺(tái)攝像機(jī)（一般兩臺(tái)即可）布置好相應(yīng)的燈光、錄音設(shè)備，保證畫(huà)面的亮度、錄音的良好信噪比，無(wú)雜音。MOOC教學(xué)視頻因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)播出，所以質(zhì)量可以說(shuō)定位比較高，像廣播電視中的訪談節(jié)目。此外，還要配置專(zhuān)業(yè)液晶監(jiān)視器、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)夾話筒，其原因是盡可能保證后期編輯畫(huà)面相互使用過(guò)程中不產(chǎn)生色差及良好的兼容性。

但是，這種完全的實(shí)景拍攝有時(shí)候不能帶來(lái)良好的視覺(jué)效果，比如語(yǔ)言教學(xué)中談到購(gòu)物場(chǎng)景時(shí)，這種實(shí)景就不容易表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)就缺乏足夠的吸引力。那么怎樣才能改變這種狀況，讓教學(xué)視頻體現(xiàn)出類(lèi)似真實(shí)生活場(chǎng)景的對(duì)話呢？顯然，現(xiàn)代的視頻技術(shù)中三維虛擬演播室可以一展身手。

2 三維虛擬演播室的技術(shù)特點(diǎn)

虛擬演播室技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，融合了計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)與傳統(tǒng)演播室色鍵摳像以及多媒體、三維和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合媒體技術(shù)[2]。利用虛擬演播室，可以將系統(tǒng)中的三維虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)攝像機(jī)拍攝的人物活動(dòng)圖像實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)合成，而且通過(guò)傳感技術(shù)、嵌入技術(shù)，可以使人物與虛擬背景的變化在空間縱深、景別大小、比例對(duì)比方面都能實(shí)現(xiàn)完美融合。

三維虛擬演播室通常由高清攝像機(jī)（一般2～4臺(tái)）、攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)（有單通道和多通道之分）、圖形工作站以及色鍵合成器等部分組成。攝像機(jī)的作用是攝取藍(lán)色幕布前真實(shí)的人或物，其跟蹤系統(tǒng)主要用于獲取攝像機(jī)與人或物在演播區(qū)中的實(shí)際位置參數(shù)和動(dòng)作參數(shù)；圖形工作站存儲(chǔ)了大量場(chǎng)景，也可以實(shí)時(shí)生成新的場(chǎng)景；色鍵合成系統(tǒng)則將攝像機(jī)獲取的前景和計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景合成為一個(gè)新的虛擬場(chǎng)景。有些公司自主研發(fā)的強(qiáng)勁、高效的Mariana三維渲染引擎，為三維虛擬場(chǎng)景、三維虛擬圖文應(yīng)用提供功能強(qiáng)大的渲染平臺(tái)，給人以更加酷炫的視覺(jué)感受。

目前，三維虛擬演播室得到技術(shù)更新，比如在演播現(xiàn)場(chǎng)增加了嵌入技術(shù)，可以通過(guò)藍(lán)屏摳像方式在演播區(qū)設(shè)置多個(gè)嵌入屏幕，可以讓觀眾實(shí)時(shí)觀看切入的資料性視頻畫(huà)面，增加了現(xiàn)場(chǎng)的融入感。

3 MOOC的制作實(shí)例分析

利用三維虛擬演播室制作視頻課程，首先是對(duì)課程各教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)，就是分離出哪些教學(xué)內(nèi)容需要采用實(shí)景與虛擬場(chǎng)景結(jié)合的方式。大致分為演播室場(chǎng)景建模、藍(lán)箱拍攝制作、后期效果合成。演播室建模前，設(shè)計(jì)師要根據(jù)前期的資料收集繪制出場(chǎng)景的平面圖，并通過(guò)三維建模軟件在計(jì)算機(jī)中繪制出場(chǎng)景模型。如果不是建模，也可以事先準(zhǔn)備好相關(guān)場(chǎng)景的視頻素材。作為MOOC創(chuàng)作者，要對(duì)電視構(gòu)圖、鏡頭語(yǔ)言有比較深入的了解，能夠很好地結(jié)合藍(lán)屏摳像技術(shù)，將教學(xué)的對(duì)話場(chǎng)景充分地展現(xiàn)。

對(duì)于藍(lán)箱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[3]。

一是要設(shè)計(jì)好藍(lán)箱的位置。教師及相關(guān)教學(xué)行為都會(huì)在藍(lán)箱區(qū)域完成，所以藍(lán)箱設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到演播室的高度和活動(dòng)區(qū)域的寬度，避免出現(xiàn)畫(huà)面“穿幫”，即現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)搖到藍(lán)色背景以外。

二是應(yīng)保證藍(lán)箱內(nèi)光照均勻，避免出現(xiàn)黑斑和白斑。布光是在演播室上方安放30多個(gè)三基色熒光燈，并用照度計(jì)對(duì)所拍攝區(qū)域進(jìn)行照度測(cè)試，以保證均勻布光。布光中要注意合理調(diào)配燈光，使前景與虛擬背景的照明亮度及方向匹配。同時(shí)也要處理好主講教師或者其他教學(xué)人員的影子問(wèn)題，主持人及真實(shí)道具在藍(lán)箱中投下的影子也要隨主持人及道具一起進(jìn)入虛擬空間。另外，演播室應(yīng)該使用冷光源，因?yàn)樗{(lán)箱的主色調(diào)為藍(lán)色，而且冷光源不會(huì)使整個(gè)教學(xué)空間溫度過(guò)高而影響教師的教學(xué)狀態(tài)。

錄制視頻采用的是松下AJ-PHX393MC高清攝像機(jī)，并采用1920×1080分辨率錄制成AVI文件，可以采用大洋、Edius7.0等高清編輯系統(tǒng)進(jìn)行后期處理，包括視頻畫(huà)面的剪輯、特效的制作、字幕的疊加、片頭片尾的制作，最后采用H.264編碼成MP4格式文件用于發(fā)布或供學(xué)生下載學(xué)習(xí)。

據(jù)調(diào)查，國(guó)外每門(mén)MOOC課程的制作費(fèi)用在2萬(wàn)～4萬(wàn)美元不等，全部來(lái)自于基金的投入[4]。國(guó)內(nèi)MOOC的制作資金支持多數(shù)來(lái)源于學(xué)校的投入，而且個(gè)別學(xué)校資金短缺，投入較少，很難保障高質(zhì)量MOOC的拍攝與制作，對(duì)于普通教師想制作自己的MOOC難度就更大。本文研究的借助三維虛擬演播室技術(shù)可以在花費(fèi)較少的情況下創(chuàng)作出視覺(jué)效果很好的課程。這從很大程度上減輕了學(xué)校的負(fù)擔(dān)，也給更多教師帶來(lái)機(jī)會(huì)，為更多課程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課程覆蓋奠定了技術(shù)條件。

4 結(jié)論

通過(guò)利用三維虛擬演播室進(jìn)行MOOC制作的方法，不僅能得到比較完美的課堂教學(xué)效果，有利于吸引學(xué)生的目光和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且也能夠節(jié)省制作時(shí)間及大量的置景費(fèi)用，節(jié)約后期合成的時(shí)間，有效地提高工作效率。這對(duì)于當(dāng)前大力發(fā)展高校聯(lián)盟MOOC、開(kāi)發(fā)校內(nèi)SPOC，以此推行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的教學(xué)改革，三維虛擬演播室無(wú)疑起到非常重要的作用。有理由相信，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，三維虛擬演播室系統(tǒng)必會(huì)有更大的發(fā)展空間，隨之發(fā)展的MOOC制作技術(shù)也會(huì)日臻完善。

借鑒MOOC思想，極大地發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的作用，也是現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)理念的一次更新。中國(guó)式MOOC必將在新技術(shù)的推動(dòng)下不斷取得新發(fā)展，不斷走向國(guó)際化的教育視野，在教育信息化的道路上邁出堅(jiān)實(shí)的腳步?！?/p>

[1]宋靈青.MOOC時(shí)代教師面臨的挑戰(zhàn)與專(zhuān)業(yè)發(fā)展研究[J].中國(guó)電化教育,2014(9):139-143.

[2]李偉.虛擬演播室技術(shù)在教學(xué)視頻資源建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].科技視界,2015(3):119-120.

[3]榮旻,沈佳茹.虛擬的力量:電視節(jié)目制作中的真三維虛擬演播室技術(shù)應(yīng)用及效果分析[J].電視工程,2009(1):40-44.

[4]陳學(xué)慧,趙魯濤,等.MOOC類(lèi)課程影音制作方法研究[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2014(8):69-72.