增強現實技術在電視節目制作中的應用分析

□李何

隨著電視行業的快速發展，4K、8K超高清電視也在推廣普及，電視所能呈現的色彩更加豐富，畫面效果更加逼真，電視節目的視聽效果也被電視觀眾更加關注，早期的電視節目在體驗上已經不能滿足當下電視觀眾的需求。2020年11月國家廣播電視總局出臺相關意見，指出需加大虛擬現實、增強現實視頻等高新視聽內容供給。近年來隨著增強現實技術的成熟，一些電視節目結合增強現實技術，使電視節目效果有了較大的提升。增強現實技術可以把虛擬的內容疊加到現實的畫面中，達到虛實結合的畫面效果，通過這種技術可以在原有電視節目的基礎上疊加和節目匹配的虛擬內容，可以大大提升電視節目的視覺效果，為電視觀眾提供更加豐富精彩的觀看體驗，受到了廣大觀眾的青睞。

增強現實技術的應用簡介

增強現實是虛擬現實的一個分支，用戶在體驗虛擬現實時看到的完全是虛擬的內容，會讓用戶完全沉浸在虛擬的世界中，看不到真實的環境。增強現實技術可以將三維數字模型、動畫、特效等虛擬內容與現實環境疊加，用戶可以看到虛實結合的畫面，體驗到虛擬內容和現實環境結合的效果，可以增強用戶的體驗效果，達到增強現實環境的目的。增強現實技術在用戶體驗方面有著生動、立體、實時、交互等特點，用戶可以看到立體的增強現實內容，還可以進行交互，在體驗上比傳統的書籍、屏幕等媒介更具優勢。近年來增強現實技術已經被運用到了工業、教育、醫療、游戲等行業，如在工業維修中可以通過增強現實進行遠程維修指導，可以大大降低溝通成本；在教育領域中可以使用增強現實技術對抽象的知識內容進行生動立體化的展示，既能使學生在學習上更加有興趣，也能使學生更高效地掌握知識內容。2016年任天堂公司推出一款AR游戲《寶可夢GO》，這款游戲是采用增強現實技術開發的一款手機游戲，上市后受到了眾多玩家的喜愛，在多個游戲應用平臺下載榜單中名列前茅。增強現實技術有虛實結合、實時交互、三維注冊三個特征，虛擬的內容可以穩定地疊加在真實的環境上，可以各角度實時體驗到虛擬結合的畫面效果。用戶可以通過觸摸、手勢、語音等方式與增強現實內容進行交互，并可以實時地得到反饋效果。三維注冊技術可以計算虛擬內容在現實環境中的位置信息，使虛擬內容實時地與現實環境進行匹配融合。

近年來，隨著增強現實技術的成熟，全球許多公司都開始著力于增強現實相關硬件產品和軟件應用的研發。2015年1月微軟發布了HoloLens，這是一款增強現實眼鏡。2017年蘋果公司發布了ARKit，這是針對蘋果移動設備的增強現實開發平臺，開發人員可以使用這套工具為蘋果手機或平板電腦開發增強現實應用。而國內的華為、百度、騰訊等公司也都推出了增強現實開發工具。華為推出了HUAWEI AR Engine、XRKit、Reality Studio等 AR 開發工具，AR Engine可以支持環境識別、運動跟蹤、人體和人臉跟蹤，可以支持多種類型的AR應用開發。百度推出了DuMix AR開發工具，具備虛擬形象生成驅動、空間定位與顯示增強、虛擬融合渲染、視頻特效等功能，已經在教育、工業、智慧出行多個行業進行應用。騰訊推出了TAR SDK軟件開發工具包，支持圖像識別、云識別、人臉識別等功能，支持跨平臺開發。

電視節目制作中應用增強現實技術的流程

目前增強現實技術在電視節目制作中的運用方式是把虛擬制作的內容疊加在攝像機拍攝到的真實畫面中，觀眾可以看到比實際拍攝效果更豐富的畫面效果，在制作流程上可以分為前期設計、虛擬內容制作、虛實合成三個步驟。前期設計主要是根據節目的類型、風格、音樂等設計出符合節目需求的虛擬內容。虛擬內容制作是對電視節目需要的三維模型、動畫等虛擬內容通過三維數字內容制作軟件制作出來，可使用3Dmax、Maya、Blender等工具制作三維模型，綁定骨骼制作動畫，使用Substance Painter、photoshop等制作模型貼圖，然后將制作好的模型動畫輸出導入到渲染引擎工具中。近年來由于虛幻引擎在渲染效果方面有較大的優勢，能夠實時渲染較為真實的畫面效果，在增強現實類電視節目制作方面有較為成熟的配套工具，可以支持制作豐富的增強現實內容，因此一些增強現實類電視節目也開始采用虛幻引擎進行制作。模型、動畫導入到虛幻引擎后需要在引擎中編輯燈光、渲染、制作特效等工作來實現虛擬內容的美術效果，因此還需要對虛擬內容進行邏輯編程，控制虛擬內容在合適的時間顯示在設定的坐標位置上。通過在真實攝像機上的傳感裝置實時獲取攝像機的位置、角度等變化信息，然后把攝像機相關信息實時傳輸到引擎中，在引擎中模擬攝像機鏡頭實時渲染需要的虛擬內容。虛實合成是將攝像機拍攝到的實景畫面，與虛擬內容合成在一起達到虛實結合的畫面效果。

增強現實技術在電視節目中的應用案例分析

隨著增強現實技術的發展，國內外已經有許多電視節目采用了增強現實技術，如近年來的中央電視臺春節聯歡晚會、2016年央視《筑夢天宮》特別節目、2019年中央電視臺播出的北京世界園藝博覽會開幕式節目、2021年北京衛視跨年晚會。因為增強現實技術可以豐富電視節目內容，增加視覺體驗，因此這些電視節目受到了廣大觀眾的喜愛。目前的電視節目采用增強現實技術的應用方式按照節目場景類型可以分為兩種，虛擬演播室類節目是一種，另外一種是實景現場類節目。

虛擬演播室類節目。虛擬演播室是近年來增強現實技術在電視節目應用的主要形式，主要有新聞、天氣預報、科普教育、體育等類型節目。虛擬演播室一般采用部分實體元素和具有綠幕背景的場景構成，節目主持人在有綠幕背景的演播室主持節目，攝像機會拍攝到綠色背景的節目內容，經過后期摳像處理去掉綠色背景內容，然后與虛擬的背景內容合成，最后就可以呈現動態虛擬的演播室效果。

2019年CCTV-10科教頻道推出的科普節目《透視新科技》，該節目中的演播室就采用了增強現實技術，主持人身后的操作臺、機械臂、實驗臺等道具都是虛擬的內容；還可以根據不同節目內容更換與節目主題相符的虛擬道具，這些虛擬內容豐富了演播室的視覺效果；還可以實時展示節目內容，為觀眾呈現較為豐富的節目內容。The Weather Channel電視網在2018年與The Future Group合作推出了關于天氣的增強現實節目，當主持人介紹到天氣時，演播室就會呈現對應的天氣效果，讓觀眾直觀地體驗到天氣的變化，像颶風、暴雨等極端天氣還制作了非常逼真的模擬效果，讓觀眾更加深入地了解極端天氣將會造成的影響，便于觀眾提前進行預防工作。2021年CCTV-1在《中國空間站神舟十三號載人飛行特別節目》中就應用了增強現實技術，在節目中一個虛擬的中國空間站呈現在演播室里，呈現出來的空間站會隨著鏡頭的變化準確定位在演播室中，非常直觀生動地為觀眾展示中國空間站的構型，虛擬的空間站還會根據主持人的解說進行互動演示，生動地演示了神舟十三號與空間站的對接過程。Karate Combat主辦的全接觸式空手道聯賽，比賽被錄制成了電視節目，該比賽節目采用了增強現實虛實結合的制作方式，取得了非常出彩的節目效果。比賽是在有綠幕背景的場館下進行的，比賽場館的背景是制作的虛擬內容，可以根據需要制作不同風格的比賽場景，在比賽中參賽人員做出攻擊動作時，觀眾還能看到打擊特效，為觀眾呈現了一種新穎的觀看體驗。

實景現場類節目。近年來許多大型晚會、實景劇、體育類等現場類電視節目也紛紛運用增強現實技術來提升節目效果。大型現場類節目一般都在較大的演播廳或室外場地錄制，和虛擬演播室不同之處在于不具備搭建綠幕背景的條件，在結合增強現實制作電視節目時采用虛擬疊加的方式，在通過攝像機拍攝到的現實畫面上疊加上虛擬的內容。在現場拍攝的攝像機上有獲取攝像機位置、角度等信息的裝置，會實時地把攝像機的相關信息傳遞至負責渲染虛擬內容的引擎中，并在引擎中實時渲染與攝像機拍攝畫面相吻合的虛擬內容，然后將渲染的虛擬內容疊加在攝像機實拍的畫面上，實現虛實結合的畫面效果。

中央電視臺的春節聯歡晚會從2012年開始大規模運用增強現實技術，2012年春晚節目《萬物生》通過增強現實技術為節目錦上添花，在開場時舞臺上方呈現的是與歌詞對應的冬天場景，隨著歌曲的遞進舞臺中呈現出大地植物從發芽到開花結果的生長過程，讓觀眾在傾聽令人陶醉的歌聲時，還通過視覺感受到萬物生機勃勃的景象，完美地烘托出了歌曲想表達的意境，給觀眾呈現初了一場精彩紛呈的視聽盛宴。在2021年中央電視臺的春節聯歡晚會中，也有很多節目結合了增強現實技術，應用的形式更加新穎，虛擬內容制作方面采用了虛幻引擎，實現了更加真實生動的增強現實效果，增強現實技術在節目中的應用效果得到了更大的提升。

2019年中央電視臺播出的中國北京世界園藝博覽會開幕式文藝晚會，該晚會是以“美麗家園”為主題打造的一場大型園林情景光影藝術，其中許多節目都應用了增強現實技術，在節目表演時根據節目的情景需要增加了虛擬元素。晚會節目《心底的天籟》在演員表演時，舞臺周圍呈現出了與節目情節相對應的花草；晚會節目《月影的深情》開場時，一只虛擬的丹頂鶴從天空飛到舞臺中央，為晚會呈現出了絢麗的舞臺美術效果。

近年來，許多電視臺轉播的體育類賽事節目也開始應用增強現實技術。早期觀眾在電視上看到的體育賽事類節目是攝像機錄制的實際畫面效果，許多體育賽事類節目都在較大的場地進行，通常會有較多的參賽人員，加上一些項目的運動員移動速度較快，觀眾不能很好地了解比賽的具體信息，隨著增強現實技術在體育類賽事節目中的應用，可以為觀眾提供更好的觀看體驗。中央電視臺轉播的2020東京奧運會游泳賽事節目中就應用了增強現實技術，在游泳比賽開始時為每個賽道標注了運動員的國旗、國名等信息，在比賽過程中在運動員的身后標注了運動員的實時速度，在到達終點時在賽道中標注出運動員的名稱、國旗、國名等信息。通過應用增強現實技術后，觀眾可以更直觀地了解比賽的具體信息，大大提升了觀眾的觀感。

結語

近年來，已經有許多電視節目應用了增強現實技術，增強現實技術豐富了電視節目的內容，為觀眾帶來了精彩的體驗效果，起到了非常好的應用效果，為提升電視節目內容質量提供了新的思路，同時也為電視節目制作帶來了新的挑戰，需要不斷思考探索應用新的技術來提升節目效果。隨著增強現實技術的發展，5G、4K、8K超高清電視廣泛普及，虛擬內容制作工具也不斷革新，未來通過增強現實技術達到的電視節目效果會更加豐富，增強現實技術在電視節目制作上的應用也會更加廣泛。