虛擬演播室技術在電視節目制作中的應用

孫 濤，萬海偉，談鶴然

（1.杭州市蕭山區融媒體中心，浙江 杭州 311201；2.西藏廣播電視臺，西藏 拉薩 850000；3.遼寧廣播電視集團（遼寧廣播電視臺），遼寧 沈陽 110820）

0 引 言

1984年，美國VPL公司的JARON L首次提出“虛擬現實”的概念，此時虛擬現實技術還僅被用于航天、軍工等專業領域。近些年，虛擬演播室技術發展迅速，且被廣泛應用于電視節目制作中。2019年3月至2019年12月期間，用戶通過谷歌對“虛擬演播室”總共進行69 300次搜索[1]。2020年3月至2020年12月，“虛擬演播室”的搜索量增長了90%，總計132 300次，其中包括“虛擬新聞室”（同比增長190%）、“虛擬場景設計”（同比增長125%）和“3D虛擬場景”（同比增長264%）。受眾對電視節目的要求不斷提高。充分發揮虛擬演播室技術在電視節目制作中的優勢，實現電視節目效果的全面優化，能夠滿足受眾觀看高清晰電視節目的要求。

1 虛擬演播室技術的概念與工作原理

1.1 虛擬演播室技術的概念

虛擬演播室技術是電視節目制作的一種特殊技術，基于計算機技術，與系統跟蹤、節目拍攝、摳像以及三維動畫等技術相結合，制作電視節目虛擬場景。虛擬演播室技術的本質在于，對攝像機所拍人物互動圖像與計算機三維動畫進行數字化融合，同步實現人物互動和演播室內容的信息整合，最終呈現出清晰度較高的電視節目畫面[2]。

1.2 虛擬演播室技術的工作原理

虛擬演播室技術的構成主要包括攝像機、控制機、切換設備、跟蹤系統、色鍵器、虛擬背景渲染服務器以及延時器等設備，具體結構如圖1所示。

圖1 虛擬演播室技術工作原理圖

虛擬演播室技術的工作原理是：主持人站在藍箱中主持電視節目，攝像機正常拍攝，后期制作時應用色鍵技術摳除攝像機所拍攝的藍色背景圖，僅保留主持人和前景圖像；攝像機跟蹤系統對鏡頭與攝像機成像和運動參數進行實時檢測，根據參數虛構虛擬攝像機；計算機依照虛擬攝像機所提供的成像參數設計虛擬場景，同時與前景圖像形成無縫銜接的透視關系，最后通過圖像合成系統將背景圖像、前景圖像整合為一幅圖像，保證前景與背景畫面的三維透視關系、運動參數以及成像參數保持一致，使觀眾能夠觀看到逼真、自然的電視合成畫面。

2 虛擬演播室的關鍵技術

2.1 虛擬背景生成系統

不同于傳統演播室技術，虛擬演播室技術利用計算機三維動畫構建虛擬背景，其中包括拍攝所需的影像、道具等。虛擬背景中，攝像機并非僅拍攝人物及其活動區域，還會拍攝虛擬畫面后期需要應用的區域。攝像機拍攝過程中，現場背景統一選擇藍色，將藍色當作摳像基礎顏色。多組攝像機對人物素材完成多角度拍攝后，通過計算機三維動畫構建虛擬背景，再融合人物素材和虛擬背景。虛擬背景創建過程必須遵循以下原則。

（1）虛擬演播室背景長期保持光滑，且具有立體感[3]。

（2）根據構建虛擬畫面與人物移動所需范圍布置藍色背景，確保所有拍攝區域均在背景范圍內。

（3）預留放置道具的充足空間。如果某些道具無法實現藍色背景覆蓋，可將其涂為藍色，以便與計算機虛擬成像相配合。例如，拍攝人物在廚房做飯的場景時，可將幾何立體物體涂為藍色，當作虛擬灶臺所生成背景，再通過計算機生成虛擬灶臺。

2.2 攝像機跟蹤技術

虛擬演播室的攝像機跟蹤技術分為位置偵測模式、機械傳感模式以及畫面識別模式三種模式。其中，機械傳感模式先對攝像機運行參數進行精準測量，主持人可在藍色背景中活動，但所有攝像機必須配備跟蹤設備。安裝跟蹤設備后的攝像機，也會增加移動期間的定位與校正難度。畫面識別模式通過跟蹤設備協調攝像設備，工作期間無需再校準攝像設備，但必須提取畫面和數據分析，主持人活動也會受限。位置偵測模式則是將定位儀器安裝在攝像機中，通過傳感器實時傳送位置信息。

2.3 視頻色鍵合成系統

虛擬演播室技術中，視頻色鍵合成系統是通過色鍵技術分離背景圖和人物，再通過計算機將人物和虛擬背景融合起來，形成虛擬演播系統。為提高電視節目畫面品質，通過合成圖像處理技術增強畫面真實感。通常，虛擬攝像頭和現實攝像頭數量相同，唯一的差別是信號源不同。

3 虛擬演播室用于電視節目制作中的優勢

電視節目制作中應用虛擬演播室技術具有如下優勢。

（1）節約電視節目制作成本的同時，還能提升電視節目制作效率。近年來，大眾生活質量越來越高，以往電視節目已經很難滿足大眾審美需求。應用虛擬演播室技術，不僅能滿足受眾需求，而且減少了節目拍攝所需人、財、物的消耗，能夠節約電視節目制作時間，提升電視節目制作效率[4]。

（2）虛擬演播室技術能夠優化電視節目畫面感，使節目呈現效果更佳。虛擬演播室技術實時合成電視節目拍攝圖像和三維動畫，提升電視節目像素清晰度。

（3）虛擬演播室技術有助于電視節目制片方發揮創造力與想象力。制片方通過虛擬演播室技術制作電視節目，通常不會受空間、時間以及資金等條件束縛，可自由發揮想象力，從而創作出與受眾審美需求相符合的電視節目。

4 虛擬演播室技術在電視節目制作中的應用

4.1 新聞類電視節目

通過虛擬演播廳拍攝新聞類節目，必須注重新聞時效性，緊抓時代熱點和時代發展方向。通常，新聞節目制作方都擁有拍攝演播室，但考慮到電視節目收益與成本，會將虛擬演播室當作重點拍攝環境。新聞類節目的功能主要在于傳遞新聞資訊，將精準、實時的新聞資訊傳遞給受眾。拍攝新聞電視節目期間，主持人的信息傳播任務艱巨，這是新聞節目的重要組成部分。應用虛擬演播室技術拍攝過程中，要先利用攝像機位移技術拍攝人像，再摳取與捕捉人像，同時攝像機傳感器模擬拍攝虛擬背景，合成主持人和虛擬背景，形成全新的新聞類電視節目[5]。

新聞類電視節目需要異地采訪，由于受空間、時間等限制，新聞類節目的異地拍攝成本較高，該情況下可發揮虛擬演播室的作用。電視節目制作方利用人像摳像機器處理所接收的外地數據信號，對其摳像后，向虛擬演播室發送所有數據，并導入虛擬演播室，將背景切換為虛擬演播室，即可保證主持人如同置身新聞現場。2022年兩會期間，央視網推出《兩會C+時刻》節目，打造極具“科技感”的虛擬演播室，融合實時面部+動作捕捉、實時渲染、深度學習等多種技術，實現數字虛擬主播、嘉賓和虛擬場景共同融合，打造極具“視覺穿透力”的虛實場景。

4.2 綜藝類電視節目

與新聞類電視節目相比，綜藝類節目具有娛樂性、靈活性以及生動性特征，制作節目時更重視視覺體驗與節目感染力。綜藝類節目劇情起伏線比較大，經常會將出乎意料的節目效果和劇情變化帶給觀眾，因此綜藝節目的受眾范圍更廣泛，感染力也更強。為制作出優秀的綜藝節目，制片方可以科學利用虛擬演播室技術，通過平臺系統裝飾綜藝類電視節目，以優化電視節目呈現效果[6]。例如，河南電視臺通過虛擬演播室技術制作娛樂節目，憑借傳統文化類節目奇妙游系列成功出圈，同時引入科技手段，聯合七維科技打造了拓展現實（Extended Reality，XR）沉浸式演播室。虛擬演播室建成后，河南電視臺采用XR技術進行藝術創作，通過新科技在演播室打造虛擬仿真沉浸式場景，省去了前期置景時間，提高了拍攝效率。河南衛視基于七維科技提供的XR技術屢屢拍攝出圈作品，如《七夕奇妙游》《非凡十年 出彩中原》《梨園春》等。科技的加入，既符合去娛樂化的要求，也能夠使節目亮點頻出，吸引到更多的電視觀眾。通過虛擬演播室技術切換節目場景的過程中，應充分利用視頻、音頻以及圖片等，不斷提升娛樂電視節目地觀賞體驗，同時增強各節目環節的緊密性與串聯性。

4.3 訪談類電視節目

拍攝訪談類電視節目，需要重點把握節目空間轉換問題，保證節目主持人與嘉賓、現場等無縫銜接，適時調整拍攝角度，確保人物發言過程中鏡頭空間充足，防止出現圖像偏移或者畫面失衡等問題。布置訪談類節目拍攝現場時，主持人與嘉賓之間需要留有足夠的社交距離，防止因訪談畫面太遠或太近而造成主持人與嘉賓尷尬。通過虛擬演播室技術，制片方可在訪談類節目演播室加入墻畫、花瓶、贊助物品等裝飾性道具，以緩解訪談中的緊張氛圍。訪談類節目還可以利用虛擬演播室技術，使主持人置身于焦點現場，以增加訪談節目的真實性[7]。例如，2022年4月，中央電視臺知名電視節目《焦點訪談》全新改版。改版之后的《焦點訪談》節目實現了全面虛擬場景直播化，演播室內不再有主播臺，主持人置身于一個虛擬場景中，給人一種強烈的現場感。此次《焦點訪談》演播室改版也是央視寬屏改版之后，《焦點訪談》首次全程使用虛擬制景錄制串聯。《超V對話》節目作為國內首檔VR虛擬訪談節目，結合5G網絡更新換代帶來的巨大紅利，與行業重量級嘉賓一起探索VR、AR以及5G對未來生活、娛樂、工作、教育等方面帶來的變革。節目采用VSWORK虛擬空間應用，將節目場景設定在遙遠的外太空飛船中，與嘉賓共同體驗外太空之旅。主持人和嘉賓的角色采用照片建模，擬真還原本人的真實容貌，讓“面對面”溝通看起來更真實、更沉浸。量與呈現效果的同時，促進電視節目制作高效發展。

5 結 語

新媒體時代下，電視節目制作中應用虛擬演播室技術，可突破時間和空間限制，基于電視節目制作需求，開發出最佳場景效果。通過拓展電視節目制作范圍與拍攝方法，拍攝出極具創意且內容豐富的電視節目，在節約節目拍攝成本的同時，也提升了電視節目呈現效果，為觀眾帶來娛樂性、新穎性以及創意性節目觀看體驗。除此之外，電視節目制片方還需要進一步挖掘與創新虛擬演播室技術，在提升節目質