虛擬演播室系統(tǒng)

第9章虛擬演播室系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)標(biāo)了解虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)知道虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的類型及及特點理解虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的工作原原理了解虛擬擬演播室室系統(tǒng)采采用的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)掌握虛擬擬演播室室的布光光方法學(xué)會運用用虛擬演演播室制制作電視視節(jié)目一、虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)虛擬現(xiàn)實實技術(shù)：：是一系列列高新技技術(shù)的匯匯集，這這些技術(shù)術(shù)包括計計算機(jī)技技術(shù)、計計算機(jī)圖圖形學(xué)、、傳感技技術(shù)、人人體工程程學(xué)、人人機(jī)交互互理論、、多媒體體技術(shù)等等。在美國一一家雜志志社評選選影響未未來十大大科技水水平時，，因特網(wǎng)網(wǎng)位居第第一，虛虛擬現(xiàn)實實技術(shù)名名列第二二。虛擬現(xiàn)實實技術(shù)，，又稱為為“靈境境技術(shù)””、“虛虛擬環(huán)境境”、““賽伯空空間”等等一、虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)虛擬現(xiàn)實實（VR）：是一種高高端人機(jī)機(jī)接口，，包括通通過視覺覺、聽覺覺、觸覺覺、嗅覺覺和味覺覺等多種種感覺通通道的實實時模擬擬和實時時交互。。構(gòu)成VR系統(tǒng)的五五個典型型組成部部分如下下圖所示示：VR引擎軟件和數(shù)據(jù)庫任務(wù)用戶I/O設(shè)備一、虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)三維空間間中的活活動對象象有六個個自由度度，其中中三個用用于平移移，三個個用于旋旋轉(zhuǎn)。如如果在活活動對象象上捆綁綁一個笛笛卡兒坐坐標(biāo)系（（如下圖圖所示）），那么么它平移移將沿著著X，Y和Z三個軸，，沿這些些軸的旋旋轉(zhuǎn)分別別稱為偏偏航、俯俯仰和滾滾動。當(dāng)當(dāng)對象高高速運動動時，需需要能迅迅速地測測量出由由這些參參數(shù)定義義的六維維數(shù)據(jù)集集。XZY偏航滾動俯仰一、虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)：：是要創(chuàng)建建一個酷酷似客觀觀環(huán)境又又超越客客觀時空空、能沉沉浸其中中又能駕駕馭其上上的和諧諧人機(jī)環(huán)環(huán)境，也也就是一一個由多多維信息息所構(gòu)成成的可操操縱的空空間，其其目標(biāo)就就是真實實的體驗驗和方便便自然的的人機(jī)交交互。能能夠達(dá)到到或部分分達(dá)到這這樣目標(biāo)標(biāo)的系統(tǒng)統(tǒng)就稱為為虛擬現(xiàn)現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)。一、虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)任何一個個虛擬現(xiàn)現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)都可以以用三個個“I”來描述其其特性，，這就是是沉浸（（Immersion），交互互（Interaction）和想象象（Imagination）。（如如下圖所所示）沉浸交互想象3I二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室：是一套由由計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)、、電視攝攝像機(jī)（（裝有跟跟蹤器））、三維維場景發(fā)發(fā)生器、、色鍵器器以及視視音頻切切換臺等等構(gòu)成的的電視節(jié)節(jié)目制作作系統(tǒng)。。其實質(zhì)是是將計算算機(jī)產(chǎn)生生的虛擬擬三維場場景與攝攝像機(jī)現(xiàn)現(xiàn)場拍攝攝的演員員（或節(jié)節(jié)目主持持人）表表演的活活動圖像像進(jìn)行數(shù)數(shù)字化的的實時合合成，使使演員（（或節(jié)目目主持人人）的表表演（前前景）與與虛擬場場景（背背景）達(dá)達(dá)到同步步的變化化，從而而實現(xiàn)前前景與背背景的完完美結(jié)合合。二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)：：一般有共用式結(jié)結(jié)構(gòu)和獨立式結(jié)結(jié)構(gòu)兩種共用式結(jié)結(jié)構(gòu)：它是采用用共用虛虛擬場景景生成系系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)方式式，多個個攝像機(jī)機(jī)機(jī)位共共用一套套虛擬場場景生成成系統(tǒng)，，在前景景機(jī)位切切換的同同時，在在虛擬場場景生成成系統(tǒng)中中完成場場景的切切換。但但有延時時現(xiàn)象。。獨立式結(jié)結(jié)構(gòu)：它是采用用一對一一的通道道化結(jié)構(gòu)構(gòu)方式，，每一個個攝像機(jī)機(jī)對應(yīng)一一個圖形形和圖像像處理通通道，每每個通道道都包括括一套攝攝像機(jī)跟跟蹤系統(tǒng)統(tǒng)、延時時器、虛虛擬場景景生成系系統(tǒng)、色色鍵混合合器，每每個通道道輸出的的信號都都是前景景、虛擬擬場景已已經(jīng)合成成好的視視頻信號號，可以以直接在在特技切切換臺上上與別的的通道輸輸出的視視頻信號號之間作作特技切切換。杜杜絕了延延時現(xiàn)象象。二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室的組組成：主要由攝攝像機(jī)、、攝像機(jī)機(jī)跟蹤系系統(tǒng)、計計算機(jī)圖圖形工作作站、色色鍵合成成器4個部分組組成。攝像機(jī)延時圖像識別或機(jī)械跟蹤圖形工作站矩陣色鍵合成器控制信號合成圖像FGMBG二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理二、虛擬擬演播室室工作原原理虛擬演播播室工作作原理：：是把攝像像機(jī)拍攝攝到的以以藍(lán)色幕幕布為背背景的畫畫面作為為前景，，用一臺臺超級實實時圖形形計算機(jī)機(jī)中的三三維動畫畫軟件生生成的三三維動作作圖形作作為虛擬擬場景，，通過跟跟蹤器系系統(tǒng)把采采集到的的攝像機(jī)機(jī)的運動動參數(shù)實實時傳送送給計算算機(jī)圖形形工作站站，計算算機(jī)圖形形工作站站經(jīng)大量量運算后后，產(chǎn)生生與實際際攝像機(jī)機(jī)拍攝的的實景畫畫面相匹匹配的虛虛擬場景景。再通通過深度度鍵和色色鍵將前前景與虛虛擬場景景合成為為一個圖圖像輸出出。三、虛擬擬演播室室系統(tǒng)的的分類從硬件平平臺分類類：可分為基基于PC平臺的系系統(tǒng)和基基于UNIX平臺的系系統(tǒng)。從工作原原理分類類：可分為二二維虛擬擬演播室室系統(tǒng)、、三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)、真三三維虛擬擬演播室室系統(tǒng)以以及為適適應(yīng)高清清晰度電電視系統(tǒng)統(tǒng)而開發(fā)發(fā)的HD虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)關(guān)鍵技技術(shù)：攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)、計算算機(jī)虛擬擬場景生生成技術(shù)術(shù)、藍(lán)箱箱技術(shù)、、燈光技技術(shù)和無無限藍(lán)箱箱技術(shù)等等。攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)：攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)是虛擬擬演播室室中一項項關(guān)鍵技技術(shù)，它它可以獲獲取攝像像機(jī)在演演播室中中的實際際位置參參數(shù)和動動作參數(shù)數(shù)，從而而判斷攝攝像機(jī)、、演員或或節(jié)目主主持人、、計算機(jī)機(jī)虛擬場場景之間間的相對對位置關(guān)關(guān)系，幫幫助系統(tǒng)統(tǒng)實現(xiàn)真真實攝像像機(jī)與虛虛擬攝像像機(jī)的鎖鎖定。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)攝像機(jī)跟跟蹤技術(shù)術(shù)主要有有圖形識識別、機(jī)機(jī)械傳感感、紅外外線傳感感和超聲聲波傳感感4種方式。。圖形識別別方式：：是通過對對攝像機(jī)機(jī)所攝圖圖像的形形態(tài)識別別和分析析來間接接確定真真實攝像像機(jī)的各各種運動動參數(shù)。。它可以以對運動動畫面進(jìn)進(jìn)行精確確的計算算，獲得得攝像機(jī)機(jī)的各項項（多達(dá)達(dá)8個）運動動參數(shù)。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)機(jī)械傳感感方式：：是通過有有攝像機(jī)機(jī)的橫搖搖、俯仰仰、變焦焦、聚焦焦、光圈圈的機(jī)械械轉(zhuǎn)動位位置安裝裝咬合齒齒輪來測測量攝像像機(jī)的運運動參數(shù)數(shù)（一般般為4個參數(shù)）），當(dāng)攝攝像機(jī)機(jī)機(jī)頭運動動時，各各個傳感感器可以以檢測到到齒輪的的旋轉(zhuǎn)角角度變化化，并對對變化量量進(jìn)行編編碼。編編碼數(shù)據(jù)據(jù)通過接接口送到到主機(jī)，，主機(jī)根根據(jù)真實實攝像機(jī)機(jī)的機(jī)位位，在虛虛擬場景景中計算算出這一一機(jī)位的的虛擬背背景，并并在虛擬擬背景疊疊加真實實人物，，從而制制作出虛虛擬演播播室節(jié)目目。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)紅外線傳傳感方式式：是通過在在攝像機(jī)機(jī)上面安安裝紅外外線接收收反射器器，在演演播室各各個控制制點安裝裝多個紅紅外線發(fā)發(fā)生器，，利用紅紅外線測測距原理理，實時時測量表表演者和和攝像機(jī)機(jī)在演播播室中的的位置，，獲得機(jī)機(jī)位運動動參數(shù)，，紅外發(fā)發(fā)射裝置置可安裝裝于表演演者身上上和攝像像機(jī)上，，而接收收裝置（（兩個或或更多））可安裝裝于藍(lán)色色幕布的的上方。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)超聲波傳傳感方式式：是通過在在攝像機(jī)機(jī)上面安安裝超聲聲波接收收反射器器，在演演播室各各個控制制點安裝裝多個超超聲波發(fā)發(fā)生器，，利用超超聲波測測距原理理獲得機(jī)機(jī)位運動動參數(shù)，，一般是是在演播播室頂部部安裝超超聲波發(fā)發(fā)射和接接收桿，，每根桿桿有多個個發(fā)射和和接收點點，向下下發(fā)射超超聲波。。在攝像像機(jī)頂部部安裝3個金屬點點和陀螺螺儀，金金屬點用用于反射射超聲波波信號，，陀螺儀儀用于模模糊定位位，主要要是用在在攝像機(jī)機(jī)傾斜和和翻轉(zhuǎn)時時的定位位。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)計算機(jī)虛虛擬場景景生成技技術(shù)：是產(chǎn)生虛虛擬演播播室中的的場景、、道具的的技術(shù)。。在常規(guī)規(guī)演播室室中不可可能做到到的復(fù)雜雜而寵大大的背景景，甚至至許多現(xiàn)現(xiàn)實生活活中人們們不可能能見到的的景觀，，都可以以通過虛虛擬場景景生成技技術(shù)，在在虛擬演演播室中中實現(xiàn)。。一般來說說，三維維虛擬場場景可以以由預(yù)生成三三維方式式和真三維方方式來產(chǎn)生。。四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)藍(lán)箱技術(shù)術(shù)：藍(lán)箱也稱稱為藍(lán)背背景，它它是主持持人活動動的實際際場景及及虛擬制制作的基基本依據(jù)據(jù)。藍(lán)箱箱的好壞壞，直接接關(guān)系到到色鍵摳摳像的質(zhì)質(zhì)量。藍(lán)藍(lán)背景可可采用藍(lán)藍(lán)幕布，，但最好好采用藍(lán)藍(lán)背景漆漆。藍(lán)箱箱的設(shè)計計，主要要應(yīng)考慮慮以下三三個方面面的問題題：（1）空間結(jié)結(jié)構(gòu)（2）制作工工藝（3）藍(lán)背景景漆四、虛擬擬演播室室系統(tǒng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)燈光技術(shù)術(shù)：虛擬演播播室燈光光系統(tǒng)是是建立在在新型的的三基色色柔光燈燈的基礎(chǔ)礎(chǔ)之上的的，這種種燈發(fā)光光均勻、、陰影小小、發(fā)熱熱少、色色溫恒定定而均勻勻，光布布在主持持人臉上上自然而而逼真。。色鍵技術(shù)術(shù)：虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)的摳像像是由色色鍵器來來完成的的，色鍵鍵器的主主要作用用是把背背景生成成裝置實實時生成成的、和和前景有有正確位位置及透透視關(guān)系系的背景景圖像與與前景圖圖像合成成，使虛虛擬背景景與真實實前景達(dá)達(dá)到完美美結(jié)合。。無限藍(lán)箱箱技術(shù)：：無限藍(lán)箱箱技術(shù)通通過外部部生成的的鍵信號號，將前前景視頻頻圖像中中非藍(lán)箱箱內(nèi)的景景物濾除除，使攝攝像機(jī)的的運動可可以不受受實際藍(lán)藍(lán)箱尺寸寸的限制制。五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)光纖網(wǎng)HD矩陣多功能切換臺視頻延時器主掩膜控制色鍵器特技處理控制燈光控制物件編輯動畫控制編輯傳感器同步時基三維造型場景合成器同步時基傳感器麥克風(fēng)調(diào)音臺放機(jī)錄機(jī)內(nèi)置調(diào)音臺2路音頻回放2路音頻采集字幕系統(tǒng)視頻輸出視頻輸出主輸出本地HD非線性回放非線性采集非線性編輯系統(tǒng)視頻輸出2路音頻回放2路音頻采集主機(jī)位參數(shù)主彩色場景主掩膜場景機(jī)位1機(jī)位2……RETTALLYV遙控P＆T,Z＆F鍵信號VVVVAAV大洋MagicSet虛擬演播室系統(tǒng)工作原理圖五、大洋洋MagicSet真三維虛虛擬演播播室系統(tǒng)統(tǒng)功能特點點：主要特點點之一是是高度的的系統(tǒng)集集成性。。它把所所有功能能模塊都都集成在在了一臺臺高性能能PC圖形、圖圖像工作作站內(nèi)。。系統(tǒng)所所需要的的外部信信號僅為為必需的的同步時時基和攝攝像機(jī)視視頻。這這在組建建系統(tǒng)時時可以使使信號通通路連接接最為簡簡單，最最大限度度的減小小了信號號損失，，特別是是針對現(xiàn)現(xiàn)有演播播室改造造時，對對現(xiàn)有演演播室信信號通路路上的改改動和破破壞很小小。系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部的的視頻信信號都是是以4:2::2的數(shù)據(jù)流流的方式式傳遞，，在保證證了不會會有任何何信號損損失的同同時也提提高了系系統(tǒng)的可可靠性，，再加上上系統(tǒng)采采用了非非線性方方式的視視頻采集集和回放放，保證證了系統(tǒng)統(tǒng)在存儲儲媒介上上也不會會有信號號損失，，使整個個系統(tǒng)在在信號質(zhì)質(zhì)量上