AR虛擬技術在演播室中的應用

陶麗娜

（內蒙古廣播電視臺，內蒙古 呼和浩特 010050）

0 引言

演播室作為信息傳遞與文化創意的重要場所，一直以來都在尋求更先進、更創新的技術手段，以滿足不斷變化的觀眾需求。在這一背景下，增強現實（Augmented Reality，AR）技術的崛起為演播室行業帶來了新的可能性。AR作為一種將虛擬信息與真實場景融合的先進技術，為演播室領域的發展提供了嶄新的方向。通過引入AR技術，演播室可以實現更加豐富、沉浸式的視覺體驗，提高節目的觀賞性和互動性，也為演播人員提供了更靈活的表達方式。

1 AR虛擬技術概念和工作原理

1.1 AR虛擬技術概念

AR是一種將虛擬信息與真實世界場景融合的技術，通過將計算機生成的圖像、音頻或其他感官輸入與用戶的真實感知結合，創造出一種增強的、沉浸式的感覺體驗。與虛擬現實（Virtual Reality，VR）不同，AR并不將用戶完全置于虛擬環境中，而是在現實世界中疊加虛擬元素。AR技術主要分為“基于標記（Marker-based）的AR”和“基于位置的AR”兩大類。基于標記的AR通過識別特定的標記物體，如二維碼或圖案，來確定虛擬元素的位置和方向。

1.2 AR虛擬技術的工作原理

AR技術的工作原理涉及計算機視覺、傳感技術和圖形處理等多個領域。AR系統通常使用多種傳感器，如攝像頭、陀螺儀、加速度計等，來獲取關于用戶和環境的信息。攝像頭負責捕捉現實世界的圖像，陀螺儀和加速度計則用于追蹤設備的運動和方向。通過攝像機捕捉到真實的世界，檢測和追蹤這些真實場景中的特征點，系統能夠實時了解用戶在真實世界中的位置和方向[1]。一旦系統確定了用戶的位置和方向，接下來就是將這些信息經過圖形系統處理，生成虛擬元素并將其疊加到真實世界中，經過視頻合成技術傳輸到計算機顯示器。具體的工作原理如圖1所示。

圖1 計算機顯示器的AR實現原理圖

2 AR虛擬技術在演播室中應用的關鍵技術

2.1 實時定位與追蹤技術

為了將虛擬元素準確地疊加到真實場景中，AR系統需要實時追蹤用戶和環境的位置。系統基于傳感器數據和計算機視覺的結果，通過算法計算出用戶或相機在演播室中的精確位置和方向；運用同時定位與地圖構建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）技術對演播室的真實演員或主持人進行實時定位與追蹤。其中，SLAM技術通過不斷地在運動中建立地圖，同時進行定位，實現了對未知環境的實時定位和建圖。

2.2 計算機視覺和圖像識別技術

演播室中常常需要識別特定標記、物體或場景，以確定虛擬元素的放置位置。計算機視覺和圖像識別技術能夠通過相機標定和校準，將虛擬元素與實際場景精確對齊，并對實時圖像進行分析，識別出演播室中的關鍵特征，理解其中的物體、結構和場景。這種理解是實現虛擬元素與真實場景融合的基礎，確保虛擬元素能夠準確地放置在演播室中，從而實現精準的虛擬元素疊加。

2.3 虛擬元素生成和渲染技術

AR虛擬技術在演播室中的關鍵技術之一是生成逼真的虛擬元素，并將其與真實環境進行融合。圖形處理單元（Graphics Processing Unit，GPU）的使用以及先進的渲染技術確保虛擬元素在演播室中呈現出高質量的圖像，通過渲染引擎負責處理虛擬元素的光照、材質、陰影等效果，以使其與實際場景融為一體，與實際場景無縫銜接[2]。在演播室中，虛擬元素需要具有動畫效果，如運動、旋轉、縮放。這種虛擬元素生成技術需要支持動畫設計和實時播放，以創造更生動的視覺效果。

2.4 觀眾與虛擬元素實時互動技術

為了增強用戶體驗，AR演播室通常利用實時傳感技術追蹤觀眾的動作、表情和手勢；通過攝像頭和傳感器等設備，實時捕捉觀眾的反饋，使虛擬元素能夠根據觀眾的實際動作做出及時響應。另外，演播廳中還運用了先進的語音識別技術，使虛擬元素能夠理解并響應觀眾的口頭指令，觀眾通過語音與虛擬元素進行互動，提供更自然、直觀的交互方式，增強了用戶體驗。這些技術使得演播室節目更加動態和有趣。

3 AR虛擬技術在演播室中的優勢

3.1 提升觀眾觀賞體驗感

AR技術能夠將虛擬元素融入實際場景，為觀眾提供更為豐富、沉浸式的視覺體驗。虛擬元素可以是三維模型、實時圖表、特效動畫等。觀眾能夠在演播室中感受到更加生動、創意的節目內容，感受到更真實、更生動的視覺效果，從而提升整體觀賞體驗。

3.2 拓展內容呈現形式

利用AR技術，制作人員可以通過虛擬元素創造出更具創意和想象力的節目內容，將抽象的概念、虛構的場景以生動的方式呈現出來，創造出獨特的視覺效果，使得演播室節目更具創意性和新穎性[3]。虛擬元素可以以全新的方式融入演播室場景，使創作者在內容制作上展現更多創新性，滿足現代觀眾對于多樣化內容的需求。

3.3 增強觀眾互動性

在演播室中引入AR技術，虛擬主持人、歌手或演員可以與觀眾進行實時互動，使觀眾感受到與虛擬世界中角色的緊密聯系。觀眾還可以參與到虛擬元素的互動中，通過手勢、語音等方式與虛擬元素進行互動。這種互動性不僅增強了觀眾的參與感，也使演播室節目更富有趣味性。

4 AR虛擬技術在演播室中的應用實踐

4.1 應用流程

4.1.1 分析節目需求和創意構思

開始制作一個電視節目之前，首先需要進行需求分析和創意構思。制作團隊需要與節目組合作，通過溝通了解節目的內容、風格和要求，以便明確AR元素的融入方式，確定虛擬演播室的設計和功能需求。其次，在分析節目需求和創意構思的過程中，AR應用還需要跨學科合作，邀請虛擬現實專家、設計師、程序員等相關人員，確保AR元素的設計和創意實施都具有專業性，針對特定節目和目標觀眾進行創意構思，探索獨特的AR元素。

4.1.2 虛擬演播室的設計和建模

根據節目需求，設計師和建模師開始進行虛擬演播室的設計和建模工作。設計師根據節目的主題和風格，進行虛擬場景的設計。首先，節目組制作團隊需要實地考察并了解演播室的整體布局，確定可以用于AR元素展示的區域，考慮攝像頭安裝位置和可用空間，確保AR元素與演播室場景相協調，不僅要與真實元素融合，還要考慮到整個舞臺的燈光、背景等因素。利用GPU等技術，生成虛擬元素的圖像，并將其與實際場景進行融合[4]。最后根據節目要求和設計目標，設計虛擬元素的外觀和功能，比如交互元素與虛擬場景的合理布局、虛擬主持人的外觀和功能以及在演播廳中呈現的動畫效果，這些都需要利用三維建模軟件，將設計好的虛擬元素進行建模，確保其在虛擬場景中能夠呈現出逼真和優雅的外觀。

4.1.3 虛擬元素融合到演播場景

虛擬元素融合到演播場景是AR虛擬技術在演播室中應用的關鍵步驟。這一過程涉及選擇虛擬演播廳類型、創建虛擬演播廳、配置導播臺、添加輸入源、摳像處理、選擇背景模板、添加多媒體窗口以及配置直播間布局樣式等環節。

創建導播臺時，制作團隊首先需要考慮演播室的節目類型，選擇合適的虛擬演播廳類型，如新聞風格、娛樂風格等，使用專業的虛擬演播軟件創建虛擬演播廳，進行場景建模、AR元素布置。其次，需要在虛擬演播軟件中配置導播臺，確定導播員的操作區域和控制方式[5]。配置導播臺時，制作團隊需要添加輸入源，選擇優質的攝像頭、計算機屏幕等實際設備，以便后期使用虛擬演播軟件的自動摳像功能，將人物主持或演員從實際場景中摳像出來，為虛擬元素的融合提供基礎。最后，節目設計人員還需選擇或設計適合節目主題的虛擬背景模板，確保背景與虛擬元素能夠和諧融合，窗口的位置和大小與虛擬場景協調。這樣一來，虛擬元素就能夠成功融入演播場景中，創造出逼真且具有交互性的虛擬演播室。

4.2 應用領域

4.2.1 新聞類節目

新聞類節目具有權威性和可靠性的特點，涵蓋了政治、經濟、社會及文化等多個領域，因此新聞類節目需要具備多樣化的報道內容，確保傳遞的信息真實準確，使觀眾能夠信任報道的內容。利用虛擬演播室技術，新聞類節目可以實現實時新聞報道的創新。AR虛擬技術可以將實時數據、圖表等以虛擬元素的形式呈現在演播室中，使得觀眾更容易理解復雜的數據信息；還可以通過虛擬場景技術，將記者直接帶入新聞現場，為觀眾提供更直觀、生動的新聞報道。這種方式不僅增加了信息傳遞的直觀性，還提高了觀眾的參與感。

4.2.2 訪談類節目

訪談類節目以主持人與嘉賓為主體，通過思想碰撞與觀念分享展現豐富的內容。利用AR虛擬技術，可以為訪談類節目注入更多創新元素，比如可以創造虛擬嘉賓，使其在節目中亮相。虛擬嘉賓可以是歷史人物、虛構角色或是遠程參與的嘉賓，增添了訪談節目的趣味性和多樣性。利用虛擬演播室技術，可以為訪談設置更符合主題的虛擬背景[6]。訪談節目中，如果討論的是嘉賓的成就與突破，虛擬背景可以呈現相關場景，增強訪談的氛圍，使其更具聚焦感和專業感。這種形式可以為觀眾提供更多看點，使得整個訪談更具吸引力。

5 結語

在大數據背景下，AR虛擬技術已經在演播室中得到了廣泛應用。AR虛擬技術的實際應用豐富了演播室的舞臺，為主持人、嘉賓和觀眾帶來了更加生動和多樣化的體驗。觀眾不再僅僅是被動的接收者，而是能夠參與到節目中，與虛擬元素進行實時互動，增加了觀看的趣味性和參與感，使得節目更具吸引力。在未來的發展中，AR虛擬技術從業者們還需繼續探索和創新，從而為演播室帶來更多可能性，為觀眾們帶來更加豐富多彩的視聽體驗。