虛擬演播室場景的光感表現探析

郜杰

摘要：現階段虛擬演播技術已經被廣泛應用于我國廣播電視臺，但是人們在應用的過程中，往往更關注的是其真實感的表現程度。對此，本文結合多年工作經驗，并在仔細研究參考文獻的基礎上，從演播室場景光感的角度出發，進一步探究幾種在實時渲染空間環境之下虛擬場景真實感表現的實現方式。

關鍵詞：虛擬演播室;光感表現;烘焙技術;編程

最近幾年來，隨著我國色鍵處理技術水平的提升、攝像機跟蹤定位技術的愈發成熟，以及計算機圖形學領域的快速發展，間接促使了廣播電視臺虛擬演播技術得到了更多實踐及應用。對此，本文接下來將從光感表現的角度入手，著重分析幾種提升虛擬場景表現的光感效果增強方式。

一、光效貼圖促進虛擬場景光感表現

一般來說，我國影視作品制作所呈現出的近乎真實的虛擬場景，通常都是在三維模型建立的基礎上，再應用Renderman等合適的離線渲染器，同時選擇光線追蹤、全局光照等光照算法技術，在單幀處理后再進行后期合成應用，如此看來，雖說制作出真實的虛擬場景的制作周期相對較長、處理工序繁多，但是形成的虛擬場景可以假亂真[1]。但是，我國絕大部分地區的虛擬演播室系統幾乎都是實時渲染引擎，因而不可采用離線渲染技術，以及各種光照算法技術，只能創建簡單的光照模型，所以便導致虛擬演播室場景在真實感效果上不盡如人意。對此，基于實時渲染引擎的工作特質，有學者研究出光效貼圖技術。其工作原理是利用貼圖來模擬光效。應用頻率較高的是帶通道的光效圖，它可以通過虛擬引擎的時間線來高效制作出紋理動畫，從而進一步模擬出流光效果。這一方式相對簡單通用，最終光感效果取決于工作人員對光效圖的整體把握程度。對此，應當采用光感呈現效果最佳的環境貼圖，因為其可以最大程度的模擬反射的光照效果。

二、烘焙技術促進虛擬場景光感表現

其次，可以體現虛擬場景光感效果的第二種方式是烘焙技術。由于我國廣播電視臺的虛擬演播系統的實時渲染引擎軟件，只能夠單一地反映出虛擬場景中物體的地理位置及材質信息，而在離線建模軟件所具備的光照渲染屬性卻不能展開相應處理，所以最終致使虛擬場景和離線渲染的設計表現成果大相徑庭。對此，烘焙技術的出現則可以完美解決這一問題，其不同于光效貼圖方式，其是虛擬場景的真實渲染效果，不但取決于自身的材質貼圖，同時光照陰影的影響也極為重要。烘焙技術是通過對3ds Max、Maya進行渲染單元設計，從而把虛擬場景中蘊藏的全部光影信息，離線渲染到虛擬空間中物體的紋理、材質等方面上去，進而促使電視臺虛擬演播室在導入虛擬場景時，不僅可以表現出物體的紋理材質，而且還能攜帶完整光影效果[2]。因此，采用烘焙技術，可以將實時渲染的虛擬場景達到近乎逼真的良好設計效果。但是需要注意的是，演播室每一個離線渲染器對于烘焙技術的支持不盡相同，而據調查得知我國大部分廣播電視臺僅僅支持在簡單光照模型基礎上的掃描線算法，如此一來便導致無法良好應用光能映射、追蹤以及散焦等離線渲染技術，最終呈現出的光感設計效果必定是真實感不佳。但是，通過研究相關文獻資料，對Vray渲染器系統的效果圖，以及通過烘焙技術處理后的實時渲染引擎當中的渲染效果進行細致分析，發現即便預先設置了40M的光子圖，但是Vray渲染器系統卻仍舊需要花費五分鐘時間來渲染單幀，這足以推斷出離線渲染算法技術不能與實時渲染引擎結合起來工作。另外，由于發現經由烘焙技術處理后的虛擬場景，在電視臺演播室中的光感表現效果與Vray渲染器效果相似，所以只需要工作人員科學調節渲染參數，并進行烘焙技術處理，必定可以創建出具有良好真實感的虛擬場景。

三、GPU編程促進動態實時光感表現

從本質上來分析，我們發現廣播電視臺虛擬演播室的渲染引擎系統，與其他三維游戲安裝的圖形引擎是一樣的，因此在展現金屬反射、玻璃珠折射等相對復雜的光感效果時，完全可以只用實時渲染引擎來設計便可[3]。但是與此同時，我們也可以充分借鑒其他領域在統一渲染引擎系統的基礎上，采用了何種技術、又獲得了何種光感表現效果。Cryengine2這一游戲引擎，以其強大真實感的圖形部分被人們所贊美，如渲染出的虛擬水面仿若真實世界，令人感嘆。而之所以能夠得到如此逼真的虛擬場景，完全是在GPU編程技術的基礎上而發展的。最后，從NVIDIA官方手冊中的可編程圖形處理流水線模型，可以看出GPU編程技術是依據物體的入射角度與物體表面法線方向，來科學計算出反射光線，從而將其投射應用到環境貼圖上。所以與其他光感表現技術不同，GPU編程技術是根據事物的地理方位、反射率等方面做出相應改變，因而所表現出的虛擬場景光感效果更為真實、具體。

四、結論

綜上所述，即便對于我國廣播電視臺虛擬演播室系統所呈現的表達效果的評價機制不同，但是無一例外，社會大眾都是最為注重真實感的體現。對此，本文主要對增強虛擬演播室差昂家光感表現的方式展開了分析，發現光效貼圖、烘焙技術以及GPU編程技術，在提升虛擬場景光感表現效果上的作用是最顯著的，而其中，GPU編程技術的操作方式相對復雜。但是無論如何，創新出更多的光感效果制作技術，以此來提升電視臺節目虛擬場景的真實感，需要我們每一個人付出更多的努力和心血。

參考文獻：

[1]軒獻.虛擬演播室場景的光感表現[J].影視制作，2010，16（01）：45-47.

[2]劉宇.淺析虛擬演播室技術及其應用[J].電子世界，2014（18）：399.

[3]林紅.虛擬演播室技術優點及關鍵技術研究[J].中國傳媒科技，2017（11）：64-65.