電視天氣節目制作系統之虛擬演播室

葉國才 張曉暉 龍威宇

摘 要：本文主要以虛擬現實和多媒體這兩大技術作為出發點來闡述虛擬現實技術建立的虛擬環境在電視天氣節目的應用。

隨著虛擬現實技術的發展，計算機通過數字通訊技術勾勒出的數字化場景就叫做虛擬場景。虛擬現實技術（Virtual Reality簡稱VR），又稱為靈境技術，它是一種以沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和構想性（ Imagination）為基本特征的計算機高級人機界面。虛擬現實是近年來迅速發展的一項多學科的綜合技術，其基本思想是通過現代的科技手段，人為地制造一個虛擬的環境。在這個虛擬場景中，人與虛擬世界可以進行自然的交互，人們在此環境中可進行看、聽、操縱等活動，能實時產生與真實世界相同的感覺，使人與虛擬環境融為一體，人們可以直接觀察與感知周圍世界以及物體的變化，與虛擬場景中的物體之間進行自然的交互。

關鍵詞：虛擬場景;虛擬系統;Vizrt的虛擬演播室系統（VSS）

一、虛擬場景

虛擬場景，通常指虛擬演播室電視節目中人物等主體活動的三維虛擬背景。在虛擬場景的創作中，虛擬場景的制作、修改、保存都在計算機中利用三維設計軟件進行，不用制作實景，省去了真實場景的搭建、拆卸、儲藏等環節，使場景制作不受實際場地的局限，隨時都可變換場景，滿足多個欄目共同使用同一演播室的需求;同時便于創意發揮，在有限的空間里實現無限的創意。創意自由產生的虛擬場景幾乎不受限制，只要符合節目要求，創作人員可任意想象、自由發揮。這樣的場景不受時間、空間、距離的限制，只要你有充分的想象力，就可以營造出獨一無二的、具有創造力的場景，從而滿足了電視節目制作省時、省錢、省場地、高效率的趨勢。

二、虛擬演播室系統的組成

影視節目制作系統中的虛擬演播室建設為3訊道高清虛擬演播系統，系統具備3個獨立虛擬通道，具備主備視音頻通道，滿足高標清天氣節目直播/錄播要求。本區域內包括切換臺、調音臺、內部通話系統、電話耦合器、畫面分割器、5臺60寸等離子顯示器以及部分周邊設備等。

演播室的輸入信號包括3臺演播室高清攝像機、2路VGA轉SDI 、3路虛擬植入、2路硬盤錄像機、2路錄像機、1路非編服務器、1路字幕機、1路包裝、4路矩陣環接，預留點評系統、外來信號等接口。所有信號源均送至切換臺參與制作。

三、Vizrt的虛擬演播室系統（VSS）

Vizrt虛擬演播室系統Viz Virtual Studio（以下簡稱VSS）是藝術級的虛擬演播室產品，為制作人員提供了不受限制、自由創作的空間。無論是復雜的二維和三維的虛擬場景，還是包括動畫和活動視頻的互動場景，都能通過直觀易用的設計界面來創建。VSS支持主流的攝像機跟蹤方案和其他為創建虛擬演播室提供摳像的外圍設備。Vizrt的虛擬演播室系統（VSS）是業界功能最完善、支持特性最多的真三維虛擬演播室系統，除標準的虛擬演播室生成虛擬場景功能之外，Vizrt的虛擬演播室系統（VSS）還支持以下更為豐富的功能。

1. 本系統具有強大的三維特效和豐富的虛擬功能：Viz Engine可以對三維物體、三維文字、三維圖片、三維曲線進行實時渲染，生成虛擬背景和虛擬前景，并可以通過虛擬演播室控制端Viz Content Pilot（VCP）在播出中進行實時更改變換，能夠在攝像機運動的情況下，保證場景渲染的平滑、穩定、無鋸齒。

Viz Engine支持兩路（甚至四路）活動視頻輸入/輸出，并支持高清視頻片段插入。攝像機聚焦虛擬三維物體/虛擬視頻窗時，虛擬物體的圖形清晰，不會產生電子放大。

本系統支持多種外部數據源導入，例如：Excel表格，TXT文檔，RSS網頁等格式，同時也支持數據庫鏈接及導入。也可以在場景中植入數據接口，每次加載了虛擬演播室場景之后，數據可以被設定為自動更新，以保證虛擬數據都能夠在最短的時間內呈現給觀眾。VSS還具備強大的三維數據可視化工具，能夠根據數據源實時地轉化為以柱狀圖、餅狀圖、直方圖等三維立體圖表，并以虛擬三維物體的方式在主持人前方或后方出現。

Viz虛擬演播室系統具有三維遮擋和360度無限藍箱功能，渲染來自任意方向的三維虛擬場景，邊緣無接縫和干擾，可以展現無限的虛擬空間。

Vizrt虛擬演播室原生支持立體三維的效果輸出，原有的三維場景不須做任何修改，就可以進行立體播出，立體效果的生成并不需要立體攝像機就可以實現。

內置高清的軟色鍵系統，提供出色的實時三維虛擬演播室摳像效果，同時也可以作為硬件色鍵器的最佳備份選擇。

圖形渲染引擎Viz Engine支持全場景實時抗鋸齒，具備硬件加速能力，采用32位真彩色，支持像素級光源，支持HDR高清動態環境貼圖。Viz支持用戶輸入的任何文字和符號及Windows的中文和英文字庫集，并且立刻在場景中生成具有三維效果的立體字，字的位置、紋理、材質、大小、方向等屬性均能夠進行實時的調整。

Viz Engine支持多種格式視頻文件的播放，如AVI、MPEG4、MPGE2、 MOV、H.264、FLASH視頻、WMV等等，并可對視頻片斷進行剪裁拼接。

VSS可實時控制播放任意多個三維動畫，并可對每個動畫分別進行控制。同時，在場景播放動畫過程中，進行機位的切換，不會出現動畫跳躍的現象：即不同的機位看到的場景動畫其運動狀態、相對位置都保持了正確的三維透視關系。動畫的播放采用基于故事板的時間線播放方式和手動觸發方式;每個動畫可以單獨觸發，支持外部設備進行觸發，例如GPI。

VSS支持對場景中的虛擬燈光，燈光的方向、發射點、顏色等參數能夠實時調整。VSS還支持軟件景深，當聚焦在主持人身上時，可以對背景進行失焦處理。

2.安全靈活的控制方式和快速修改播出：可通過場景設計軟件Viz Artist中獨有的切換邏輯功能來支持包裝元素之間切換的自定義邏輯關系，可支持多個包裝元素的獨立控制，以簡化播出控制，增加播出安全系數。

只需在普通PC上安裝虛擬演播室控制端（VCP），就可以實現將其改為控制機的目的，并可以通過多控一的方式，方便實現對虛擬場景中的任何多個物體，包括動畫、貼圖、燈光等元素，進行修改及調整。

虛擬演播室控制端（VCP）可以接受外部設備信號或外部數據對虛擬場景中的三維元素進行實時控制，根據實際需求，制作具有特定功能的互動場景，并能支持第三方硬件和軟件。

VSS可以支持虛擬場景中多路虛擬攝像機的同時實時顯示，虛擬演播室控制端（VCP）可以對虛擬攝像機進行實時操控.場景設計軟件Viz Artist和虛擬演播室控制端（VCP）均支持在本地進行場景效果預覽。

3.專業的場景設計軟件和完善的功能拓展

Viz Artist設計軟件帶有豐富的標準特效插件庫和眾多高級特效插件庫，高級粒子特效支持粒子系統，能夠實現爆炸、煙霧、火焰、雨雪、落葉等效果，并支持粒子特效的各種參數能夠實時調整與播出控制。Viz Artist的材質特效可以模擬出各種材質表面在燈光下的逼真效果，并支持實時轉動物體時，渲染出真實的折射現象。

場景設計軟件Viz Artist提供庫管理方式，允許用戶自建材質、紋理、模型、粒子等效果模塊，并且這些效果模塊保存于自定義插件中，作為“物體特效屬性”應用于其他任意虛擬場景的三維物體上。

VSS可以和Vizrt其他軟件產品進行無縫整合。如果擁有Vizrt在線地圖軟件后，可以在虛擬演播室場景中制作大量地圖相關的動畫，如顯示三維地形地貌，或者行走在高清晰衛星圖片上。在擁有Vizrt天氣軟件后，立刻就可以在虛擬演播室中制作效果令人驚嘆的天氣節目。

參考文獻：

[1]楊江平.虛擬演播室系統及其在高校教學中的作用[J].長江大學學報（自然科學版）理工卷，2010，7（02）：388-389+416.

[2]王瑤. 虛擬演播室系統在電視節目中的應用[D].東北師范大學，2007.