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虚拟演播室搭建中遇到的困难及解决办法
时间:2015-07-10 11:38:51   来源:中国演艺科技网

        【中国演艺科技网讯】虚拟演播室技术因其虚拟场景的特点,可随心所欲地创意和实现演播室静态和动态场景设计,缩短了电视节目制作周期,提高了演播室利用效率,比较适用于中小型电视台的节目制作、包装需求。本文以辽宁省朝阳广播电视台为例,简要介绍虚拟演播室的应用技术。朝阳广播电视台于2010年搬迁进入新广电大楼,由于新大楼新闻演播室面积狭小,要承担多档新闻节目的录制,更换大量实景道具费时费力,节目制作不能达到最高效率运转。综合以上因素,我们经过充分论证,决定搭建虚拟演播室来满足节目制作需要。该虚拟演播室项目从场景设计到搭建投入使用仅用了20天左右,实现了新闻节目用虚拟演播室录制、所有新闻背景均由虚拟背景合成的要求。除了三档新闻节目以外,其他包装类节目也在本演播室录制,即每天要调用多达10档不同的三维场景,利用率大大提高,它已成为朝阳广播电视台节目制作的一个新亮点。

        1  工作原理及流程

        1.1 原理说明
 
        虚拟演播室是以计算机三维动画“虚拟”出的场景取代道具实景,现场布景由蓝箱取代,摄像机拍摄的画面只是图像的前景,背景则由相配的图形工作站产生。其优点是灵活,可以做出现实中无法搭建的背景效果,节省空间,不同栏目可共用同一演播室而不必更换景片;缺点是前期投入的工作较多,灯光设计师需要考虑最终合成后的画面效果,而非习惯上的所见即所得,主持人的即兴发挥也会受到一定限制。这里以蓝箱加机械跟踪方式来简单介绍虚拟演播室系统的工作原理。
 
        (1)摄像机进行前景信号(在蓝箱中活动的主持人等)的拍摄。见图1。
        (2)摄像机跟踪器将摄像机的平摇、俯仰、推拉、升降、移动等动作,转换为传感器信号,通过数据线传送到虚拟演播室三维渲染引擎。
        (3)摄像机拍摄的前景信号通过SDI输出,传送到色键器的前景信号输入端。
        (4)渲染引擎根据数据线传送来的传感器信号进行数据分析,映射到设计好的三维场景中的虚拟摄像机上,转换为相应的平摇、俯仰、推拉、升降、移动等动作,使输出的图形背景根据前景的变化同步作相应的透视变化。渲染引擎实时渲染出随镜头运动的三维虚拟场景画面,并将渲染画面信号分别以一路视频填充信号和一路键信号的方式通过SDI输出,发送到色键器的背景信号输入端和键信号输入端上。随着摄像机的运动,渲染引擎根据设计元素定义以及主持人在三维场景中的空间定位,计算出的位于主持人与摄像机之间的这一部分虚拟场景的键信号。通常所说的“垃圾遮挡”(常用于遮挡演播室上空容易穿帮的灯光设备等)也是由键信号来完成,从而实现无限蓝箱的概念。
        (5)色键器将摄像机前景信号中的蓝色部分抠掉,将填充视频信号根据键信号的键值分层填入到前景信号中,合成最终信号,送给视频切换台。见图2。
 
        1.2 工作流程
 
        (1)无论《朝阳新闻》、《新闻今报》等新闻栏目或其他栏目,均按照尺寸设计三维虚拟场景。
        (2)操作员在虚拟演播室中,对摄像机跟踪进行调整,使之与三维场景中的背景、虚拟新闻演播桌、主持人手的放置位置等定位对应。
        (3)节目录制或者播出,通过装在摄像机上的传感器跟踪信息实时传递给渲染引擎进行位置跟踪,并通过色键器合成画面,最后反馈给监视器,调整信号给总输出。
 
        2 搭建中遇到的困难及解决办法

        2.1 声画不同步问题

        由于渲染引擎需要实时处理大量的数据,导致整个系统链路中的视频有延时情况,这就需要音频系统也要做相应的处理,为了能够准确地体现主持人口形和声音的一致性,经过反复计算、论证,并在实践中校正,最后得出视频有5帧延时,相应地将声音延时200 ms,可以保证声画的同步。

        2.2 虚拟演播室的布光问题

        在虚拟演播室建设中,最初将蓝箱中的灯具设计得较多,调试后发现较多的灯光反而造成局部高光区,光线分布不均造成了阴影区,结果导致色键抠像不干净,主持人脸部有明显的轮廓线条。
 
        在实践中逐渐发现,虚拟演播室和传统演播室的布光有一定区别:虚拟演播室蓝箱要求光线分布必须均匀,不允许出现高的亮斑,主持人前景与蓝箱背景照度必须相匹配、色温必须达到一致。因此,采用了三基色冷光源灯具,有效地保证了布光的均匀、柔和,且交叉阴影小。冷光源灯管采用飞利浦原装进口件,有效地保证了光源色温和摄像机的色温一致,从而保证了良好的色彩还原效果。灯具供应商建议不加主光源,因为如果使用不当,可能造成实际光与虚拟光不一致,主光源在蓝箱上产生投影会影响渲染机的图像处理。采取在主光方面加双主光源的方法,巧妙地避免了这种情况。当然,光源必须采用三基色柔光灯,灯光比正常演播室布光角度降低5°~8°,另外远距离加地排光进行正面侧45°角补光,加侧光、侧逆光抵消一部分主光,体现出主持人空间以及轮廓,这样既保证了主持人面光,又合理地使用侧光、侧逆光,加强了画面的景深,增强了三维立体效果,也满足了虚拟演播室的布光要求。
 
        2.3 主持人脸色偏蓝,色彩保真度不够
 
搭建新演播室初期,经过渲染机渲染合成的主持人面部色彩保真度不够好,颜色偏蓝,色彩饱合度差,而不经过渲染机直接输出的图像却一切正常。经过查找原因,首先更换色键器,选择了一种质量及指标比较好的色键器,然后调整色键拐点、色相位、噪蓝控制、对比度、灰度等控制参数,并对参数进行控制比对。通过逐天比对调整参数记录,对图像较理想的参数划定区间,记入技术档案进行备份,最后达到理想效果。
 
        2.4 蓝箱维护以及道具制作问题
 
        蓝箱的品质决定了抠像的效果。每天大量使用蓝箱很难保证蓝色地面的干净,由于没有条件购进德国进口的专用抠像地毯,只能在市面上买一种专用的透明胶毡,既便宜、透明又不易磨损,踩上鞋印后容易清除,便于维护。考虑到场景中要放置一些真实的道具,专门制作了轻便的蓝色桌子。声音采集尽量采用无线话筒,如果确需有线设备,也专门添加一些蓝色护线套,这样传输线就不会体现在画面里。
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