对虚拟演播室关键技术的浅识文档格式.docx

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用虚拟演播室系统,应注意和要求其初始化定位不

可限定物理摄像机在演播室的摆放位置,不必依赖

于第三方参考目标定位,不能限定节目主持人的位

置,不需人工测量和计算,能随架随用,迅速快

捷,最好一键搞定.要可使多个机位和任意多个节

目主持人在任意位置进行瞬间初始化定位,并可同

时对所有主持人作正确跟踪.

2.准确,不打滑的高精度跟踪

跟踪是考评虚拟演播室的重要指标之一,如果

跟踪不好,前景与背景就会产生脱节或停顿,给人

以"

两张皮"

的感觉,失去了虚拟演播室的意义.

跟踪方式有多种,常用的有网格识别和光栅旋转编

码器,辅助摄像机光图形接力等多种跟踪方式.经

比较认为,后一种方式性能较为优越.但不管跟踪

方式如何,要求跟踪自由度相互独立,不能"

牵一

发而动全身"

;

跟踪要自成系统,它应和前景及色

键无关;

跟踪必须是物理摄像机对虚拟摄像机间的

直接赋值与控制,不要通过中间环节.

衡量跟踪性能要从精度,灵敏度,频响三个方

面着手.对跟踪精度的要求是:

任意轴向实际旋转

角度与采集处理得到的旋转角度要精确一致;

任意

方向的位移与采集处理得到的位移值要与物理摄像

机一致;

物理摄像机的变焦值与虚拟摄像机的变焦

值要与物理摄像机一致;

跟踪误差不累积.对跟踪

灵敏度的要求是:

摄像机作任意方向轻微变化时,

虚拟场景都要产生相应的变化,反应要灵敏,不能

有迟钝现象.对跟踪频响的要求是:

摄像机作任意

方向快速运动时,虚拟场景要反应快捷,实时.

高精度的跟踪指标应为:

①10m范围内移动,

静态误差≤lmm;

②任意角度旋转,静态误差≤0.

1302.;

③移动分辨率0.02mm,旋转分辨率0.

001.;

④移动频响1M,旋转频响8M.

此外还应考虑以下一些要素:

①摄像机机位数

目应可扩展,每个机位可自由地对虚拟摄像机进行

跟踪,同时可实现对机位前后,左右,上下移动和

作者简介:

李冰,第四军医大学教育技术中心教授;

安川林,第四军医大学教育技术中心高级工程师;

王文军,第四

军医大学教育技术中心助工.

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变焦,平摇,俯仰,旋转等任意运动的高精度跟踪

和高速度跟踪;

②摄像机在演播室里可360度任意

旋转和移动地实现高速度高精度跟踪;

③系统跟踪

不受舞台灯光,电磁波,声波及热光源的影响;

④

节目主持人在蓝箱中任意走动时跟踪精度和跟踪速

度不受影响;

⑤多个主持人同时在蓝箱中活动时,

每个主持人均能与虚拟场景保持正确的跟踪关系;

⑥多个虚拟大屏幕,多个虚拟物体,多个虚拟特效

在跟踪中均能与虚拟演播室,节目主持人保持正确

的空间位置关系和空间透视关系;

⑦每个摄像机对

虚拟场景的跟踪完全独立;

⑧经过任意多次的切

换,每个摄像机对虚拟场景的跟踪效果都丝毫不受

影响

3.实时,多通道的逼真三维演染

实时渲染也是考评虚拟演播室的重要指标之

一

.渲染效果好,场景才能逼真,才能做到以假乱

真.具体应考虑:

（1）接受通用软件建模,无需任

何修改.3DMAX,MAYA等软件已在教育技术工

作者手中熟练运用,所以,虚拟演播室应借助于大

家已经普遍接受的3DMAX,MAYA等工具建模;

（2）网格物体的面数要多达数十万个三角面,只有

网格物体面数足够多,贴图纹理量大,才能使场景

大气,局部精细,建模无约束,进而满足大幅面,

大场景,精细化,多特效和任意发挥的需要;

（3）

实时渲染速度要快,多机位同时实时渲染应控制在

2—4帧的时间内完成;

渲染分辨率必须是720X

576,并做到同帧场逆程实时切换;

（4）渲染后的

图像不抖动,不闪烁,不爬行,不撕裂,不拖尾,

不模糊;

渲染要有足够的过载余量;

多通道实时渲

染,通道间互锁,信号同时进入特技台,实现特技

过程中图像不跳,不抖,不静帧;

（5）色彩位数不

能低于256色;

（6）必须保证广播级技术指标;

可

以接受外同步信号,严格做到50场,秒输出;

设备

内部和外部都必须采用ⅥⅣ或SDI信号格式,以

保证广播级的图像质量;

（7）实时地将数据赋值给

虚拟摄像机的跟踪,动态无限蓝箱,景深识别系

统;

（8）设备在长期连续运行过程中无丢帧,无黑

场现象;

（9）可在复杂场景下实现动态阴影,全场

雾化,动态灯光,多路活动外视频和动画等计算量

繁重的功能;

（10）系统软件与硬件无关,随着硬

件升级换代,系统演染能力自动增强.

4.灯光,蓝箱无需荷求的高指标色键性能

色键是虚拟演播室的重要设备,要保证扣像的

人和物体色彩逼真,好的色键器是关键.从性能上

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讲,色键应对灯光布光无苛刻要求,对蓝箱和蓝箱

的光照均匀度无苛刻要求;

要保证同一参数下能同

时色键出头发,阴影,半透明体,亮蓝色,烟雾,

自然柔和的轮廓边缘和正确的肤色还原;

色键要具

有自动蓝背景识别功能;

色键还要具有操作存储和

记忆功能,保证在灯光参数不变的情况下开机就能

工作;

色键要便于使用和操作,要能对a,前景和

背景分别进行调节.

从技术上讲,

（1）色键必须具有ⅥⅣ或SDI

信号接口并使用ⅥⅣ或SDI信号,而不能使用复

合或Y/C接口,只有ⅥⅣ或SDI信号传输才能保

证广播级信号质量;

（2）色键要能对前景的HSL

和RGB进行控制;

（3）色键的a必须灰度等级连

续可调;

（4）色键必须能分别对前景的白,灰和黑

区分别作透明度处理和色相位调整;

（5）色键必须

能分别对红区和绿区分别作色相位和透明度处理;

（6）对整个前景,整个背景能作亮度,对比度和色

相位处理;

（7）色键调整应与跟踪无关.

此外还应注意:

（1）色键的键控电平,暗色调

相位,亮色调相位,边沿轮廓的自然过渡,红,

绿,蓝分量值的强弱均可在线调整,且有较大的动

态范围;

（2）每个机位在每个通道均有独立的动态

无限蓝箱参数;

（3）主持人在蓝箱中任意走动,无

需灯光跟踪,均有很好的色键效果;

（4）不同颜色

服饰的多个主持人在蓝箱中同时活动时,每个主持

人的服饰均能实现正确的色彩还原.

5.方便实用的虚拟大屏幕播放

虚拟大屏幕的灵活应用,是虚拟演播室优于传

统演播室的又一亮点,且使用率较高.因此应特别

要求:

（1）虚拟演播室中可指定任意物体表面播放

外视频和动画,多个表面能同时播放多路不同的活

动外视频和动画,视频信号端口支持SDI,ⅥⅣ,

Y/C和复合等多种格式中的任意一种;

（2）多路活

动外视频和多个动画间可进行实时的无缝切换,切

换时不延时,不跳跃,无黑场和撕裂现象;

（3）可

按时间序列对硬盘上的视频文件,图片文件和多路

活动外视频进行任意顺序和任意时间长度的手动控

制和自动组合播放;

（4）播放内容在任意时刻能进

行暂停,重启动和切换操作,并且操作中无黑场,

抖动或撕裂现象;

（5）在进行手动播放操作时,每

段视频画面的长度能自动与节目主持人的解说词

长度相匹配;

（6）对物体表面播放的视频,动画,

图片内容可进行所见即所得的在线拾取,编辑,预

览和实时播出;

（7）对播放视频物体缩放比例,移

动位置,旋转角度等动态DVE效果不作任何限制.

6.真实自然,神奇变幻的虚拟和特效物体

虚拟物体和特殊物体是教学演示中最富于想象

力和创造力的实用,多用功能,也应注意以下几

点:

（1）场景中可放人多个虚拟物体,虚拟特效和

虚拟灯光,每个虚拟物体,虚拟特效和虚拟灯光均

可实时地进行缩放和旋转,可沿任意复杂的曲线轨

迹作空间运动;

（2）每个虚拟物体和虚拟特效均有

自身的空间位置参数,空间姿态参数和空间缩放参

数;

（3）每个虚拟物体和虚拟特效均可支持所见即

所得的在线拾取,预览和编辑,一旦完成对关键帧

的编辑,不需生成等待,即可实时播放;

（4）对每

个虚拟物体和特效均可设置其位移,旋转,缩放,

淡入/淡出和显示/隐藏等动画效果;

（5）虚拟灯光

可为泛光和聚光灯等类型.灯光的位置,方向,范

围,过渡区域,亮度,颜色均可在线编辑,手动和

自动播放;

（6）系统具有实时动态阴影,每盏虚拟

灯光可对多个虚拟物体产生阴影,每个虚拟物体的

阴影可由指定的虚拟灯光实时产生;

（7）阴影的透

明度,色彩和亮度均可进行实时调整和动画播出;

（8）阴影的大小,方向和位置完全由物体和光源的

相对位置关系确定,真实自然;

（9）可对全场景进

行雾化处理,雾化的浓度,范围,色彩强度均可实

时调整和动画播出;

（10）每个虚拟物体,特效物

体在执行自身动画的同时可服从摄像机的跟踪控

制,也可不服从摄像机的跟踪控制,以其成为动画

标识;

（11）虚拟物体和虚拟特效可接受手动和自

动动画播放;

（12）虚拟物体和虚拟特效生成和导

人工具通用,导入方法简单,调整和编辑方便更直

观.

7.其它方面的技术要求

除了对以上关键技术的认识外,在日常使用和

日后升级,维护等方面还有以下方面需要考虑:

虚拟演播室工作起来实时性很强,而一套虚拟

演播室系统可能由多台计算机组成,计算机界面最

好集中控制,共用一套鼠标,键盘,不仅可以减少

操作人员,也可防止或减少操作人员的误操作.

虚拟演播室在导入网格物体,贴图,动画,特

效等素材时要方便,快捷,分类清晰,并可随时调

用和更换;

在线拾取和编辑时,要能做到直观方

便,实时.

虚拟演播室的操作界面上可多个场景实现同屏

实时渲染,场景可实现任意组合;

渲染应采用与

3DMAX风格一致的四视图界面,图标,功能一目

了然,顺应操作人员的习惯;

将动作和事件按统一

的时轨逻辑排序,可以方便操作;

系统拥有多达

100次的重复（Redo）和撤销（Undo）功能,以便

对操作进行修改;

对节目制作可提前设计,编辑和

调试,以文件形式存储,便于拍摄时随时调用;

设

置手动和自动播出单播和组播的控制键,以供操作

人员选择;

场景,虚拟物体,虚拟特效,灯光,雾

化,外视频,动画文件,图片文件均相互独立,可

随时进行积木式组合,方便地实现二次再创作;

所

有物体和事件只需在关键帧上进行可视化编辑,一

旦编辑完成,过程帧自动实时生成,无需任何等

待;

系统具有播出时可进行实时编辑功能,编辑时

也可进行实时播放功能;

系统设计符合广播电视节

目创作操作规范,界面简洁,功能一目了然.很短

时间内即可学会操作;

可对编辑进行保存,并可在

编辑过程中合并加载已有的文件;

系统采用cs结

构设计,任意配置下,只需一套鼠标键盘,在一个

操作界面下进行操作和编辑;

静态场景与动态场景

并存,对动态场景可任意编辑.

硬件配置档次高,易于升级换代,可靠性高.

专用图形图像工作站,正版操作系统,可靠性与稳

定性高;

专用图形,图像处理板卡与设备,内部处

理与外部输入,输出一致的YUV与SDI信号格式,

图像质量高;

程序设计,系统硬件配置,虚拟节目

创作方式均模块化,使节目再创作性强,软硬件升

级换代方便可靠;

双通道互为热备份,每个通道均

可独立地支持三个机位,即使一个通道出现故障,

也不影响系统的正常工作,使实况播出的可靠性大

大增加;

控制线,数据线,视频线和同步线均可热

插拔,摄像机可热更换,输出端设备可热更换,外

视频源可热更换;

只要工作站不断电,其它设备即

使掉电,再开启也不会使系统死机;

系统长期连续

运行不死机.

广泛的兼容性:

不需作任何改造可与现有的任

何摄像机配套使用;

信号可直接送至非线编,录像

机,特技切换台或网络设备;

对原有演播室只需作

蓝箱布置,无需对灯光作苛刻的要求,无需对环境

进行任何改造就可使用虚拟演播室;

输入的外视频

可以是任何格式的录像机,摄像机,影碟机的视频

源,无需锁相即可在大屏幕中播出;

系统可与任何

类型的外置式色键,任何的延时器,任何切换器,

任何机位移动跟踪方式的外设等联机工作;

系统可

对任何放像机,录像机,切换台的RS一422或Rs

232接口进行程序控制;

系统可以是内同步方式

工作,也可以接受外同步方式工作.

（本文责任编辑:

陈新）

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