1、虛擬演播室系統為電視制作開辟了一個嶄新的空間，它將攝像機拍攝的圖像實時地與計算機三維 圖形進行合成，從而形成一種新的電視節目制作系統。它具有一些傳統演播室無法達到的功能和 優點，可以更有效地利用演播室資源，節省大量的制景費用，還可以使制作人員擺脫時間、空間 的限制，充分發揮其想象力進行自由創造，并能完成一些其它技術做不到的特技效果。一虛擬演播室系統的分類由于專業電視設備制造領域的激烈競爭，各種新型的虛擬演播室系統在最近幾年層 出不窮，根據不同的方式，我們一般對常見的系統有著如下的分類：根據硬件平臺可劃分為基于PC平臺和基于UNIX平臺的系統早期基于UNIX平臺的系統應用得比較廣泛，如今隨著PC

2、技術的迅速發展，其CPU 的運算速度以及基于其3D圖形加速處理卡的處理能力越來越強大，因此基于PC的虛 擬演播室系統的先進程度已經與基于UNIX平臺的系統相當，并獲得大量的軟件的支 持，其未來的發展空間廣闊。而基于UNIX平臺的虛擬演播室系統，在一定程度上受 到單一的UNIX平臺的兼容性的制約，其發展速度相對較為緩慢，同時由于價格昂貴， 其市場空間相對較窄。1.根據硬件平臺可劃分為基于PC平臺和基于UNIX平臺的系統早期基于UNIX平臺的系統應用得比較廣泛，如今隨著PC技術的迅速發展，其CPU 的運算速度以及基于其3D圖形加速處理卡的處理能力越來越強大，因此基于PC的虛 擬演播室系統的先進程度

3、已經與基于UNIX平臺的系統相當，并獲得大量的軟件的支 持，其未來的發展空間廣闊。而基于UNIX平臺的虛擬演播室系統，在一定程度上受 到單一的UNIX平臺的兼容性的制約，其發展速度相對較為緩慢，同時由于價格昂貴， 其市場空間相對較窄。而三維系統可創建真三維的虛擬場景。其調用的背景是用傳統的3D建模工具（如3DMAX、MAYA 等）建立的標準虛擬場景模型序列文件*.WRL，在專業圖形加速平臺上根據攝像機的參數變化進 行實時的三維填充和渲染，因此實時渲染是三維虛擬演播室的重要特征。由于三維場景的實時渲 染需要非常大的計算量，所以，這類系統必須采用功能強大的圖形工作站或專用的高速圖形處理 器作為背景

4、生成裝置。由于三維場景是建立在實時生成的圖形平臺上，場景的大小不受限制，攝 像機可以在360空間任意旋轉運動，配合無限藍箱技術可實現全場景360空間顯示。在三維場 景中，虛擬景物既能作為真實人物的背景出現，也能作為前景出現，并且真實人物還能圍繞虛擬 場景運動，因而在視覺效果上更具縱深感，更加真實。這類系統再配合虛擬陰影及反射、像素級 深度鍵等新技術后，可達到非常逼真的真三維虛擬場景效果，是節目制作的最佳選擇。二虛擬演播室技術原理虛擬演播室系統按照工作流程可分解為三個部分：攝像機跟蹤部分、計算機虛擬場 景生成部分及視頻合成部分。1.攝像機跟蹤部分攝像機在拍攝過程中有平移X、縱移Y、景深Z、水平角

5、、俯仰角、鏡頭變焦Z00M， 聚焦FOCUS等變化，這些參數的改變會引起拍攝圖像視野與視角的改變，為了模擬人 物所在的三維環境，圖形工作站必須根據這些參數不斷調整三維視圖。而攝像機跟蹤 部分的作用正是用來拾取攝像機的位置信息和運動數據，實時的跟蹤真實攝像機，以 保證前景與計算機背景“聯動”。目前虛擬演播室的攝像機跟蹤定位系統主要有以下三 種方式：圖形識別方式、機械傳感方式、紅外線發射和接收方式。匚客圭履測基于圖形識別的系統該方式需要把一個精確的網格圖案以兩種不同的藍色繪制于藍背景上，通過攝像機 識別這種圖案并與計算機跟蹤軟件預先確定的網格模型進行對比，以確定物體與虛擬 背景的透視關系及距離。圖

6、案辨識的優勢在于無需鏡頭校準；同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝像機； 攝像機可以不用軌道進行運動。不足之處在于精確的藍色網格圖案必須被繪制在藍背 景之上；藍色網格圖案在制作色鍵過程中的陰影很難處理；藍色網格圖案很難保持良 好的鍵的質量；攝像機拍攝不能垂直于藍色網格圖案，必須偏離30角以上，否則不能 準確定位；為了保持精確的跟蹤，攝像機的焦點必須始終保證在網格上，真實的演員 會有模糊的缺點；攝像機只能有限的運動，不能搖移及俯仰出網格，否則不能定位； 攝像機必須同時觀察4個網格點以保持跟蹤，這就不可能對人物進行特寫鏡頭的拍攝， 另外由于人物必須站在網格之前，而網格大小是固定的，因此人物不能在藍背

7、景前自 由移動，這就使在虛擬環境中的人物看起來很不自然；攝像機必須緩慢移動以避免跟 蹤混淆引起跳幀；攝像機的俯仰角度受到網格角度的限制。另一方面，真實及虛擬物 體的使用也很有限，真實物體一定不能遮擋網格，否則跟蹤信號將消失。像藍色盒子 之類用于為虛擬物體提供支持的道具也一定不能遮擋網格。另外，圖案辨識需要附加的硬件，需要額外的工作站把網格坐標信息轉換為搖移、 俯仰及變焦坐標信息再提供給圖形計算機使用，因此圖案辨識的延時有時高達8至12 幀。基于機械傳感器的系統該系統通過安裝在攝像機各部分的機械傳感器來獲取各種信息參數。參數信息通過 一些串行接口類型如RS232或RS422傳送給計算機。機械跟蹤

8、的優勢在于單顏色藍背景，無需用戶繪制背景墻；很容易照亮藍色背景而 不用擔心會照亮網格；跟蹤數據沒有延時；攝像機運動不受限制，因此允許更好的攝 像機角度及更好的拍攝；演員的活動不受限制，演員在藍色舞臺范圍內可以任意速度 自由活動，因此演員更容易接受虛擬場景；攝像機搖移、俯仰及變焦信息的采集速率 可以完全跟上電視圖像的刷新頻率，無需額外的工作站處理跟蹤信息；自由使用真實 的藍色支持道具；二.虛擬演播室技術原理計算機虛擬場景生成部分虛擬演播室的場景是計算機繪制的圖形，計算機繪圖有二維和三維之分，因而虛擬場景也有 二維和三維之分，二維場景沒有厚度，只是一個平面圖形，所以二維虛擬場景只能作為背景平面，

9、出現在真實人物的后面，而三維虛擬場景中的景物具有Z方向的厚度，是立體的，以背景中的 一個長方體為例，長方體是一種六面體，其底面和背面一般是看不見的。然而隨拍攝角度的不同， 有可能看見其正面，側面和頂面。因此在計算機中，其正面、側面和頂面的圖像都分解為像素的 形式，保存在存儲器中，當攝像機處于任意的角度位置時，計算機即進行計算，獲得相應的畫面。 同時，三維的場景中，虛擬景物既能作為真實人物的前景出現，也能作為背景出現，并且真實人 物還能圍繞虛擬景物運動。當然還必須進一步考慮許多細節問題，比如燈光和陰影，當攝像機改變其取向位置時，根據 照明條件，陰影部分將發生相應的變化，背景畫面應該能夠反映出這種

10、變化。新奧特NASET系統就是按三維虛擬演播室的標準定義設計的。其調用的背景是用傳統的3D 建模工具(如3DMAX、MAYA等)建立的標準虛擬場景模型序列文件*.WRL，在Open-GL圖形平 臺上根據攝像機的參數變化進行實時的三維填充和渲染。因此它具備如下特點：Open-GL圖形平臺的像素填充率為32億像素/秒，浮點運算為760億/秒，三角型生成速 率為5700萬個/秒，顯存帶寬為8GB/s，配備3D加速緩存為DDRSGRAM/4ns/64MB。高性能的 硬件指標保證了 NASET系統可以實現三維建模并且實時的三維渲染。NASET系統中三維虛擬場景中的景物具有真正的三維屬性，隨著攝像機的移動

11、可以看 到景物的側面和背面；虛擬景物既能作為真實人物的背景出現，也能作為前景出現，并且真實人 物還能圍繞虛擬場景運動，因而在視覺效果上更具縱深感，更加真實。三維場景是建立在矢量模型實時生成的基礎上，因此，無論場景放大到什么程度，都可 以保證三維場景清晰地顯示。而二維場景即使采用反走樣技術，在場景放大到一定程度時，由于 顯示元素的缺乏，依然會出現馬賽克或圖像模糊的現象。三維場景支持電視墻的三維顯示，主要表現在電視墻可以用任意的三維方式顯示，如梯形、 弧面、柱面的變形。在不同攝像機位看到的電視墻均能保持正確的三維屬性。使用虛擬演播室系統制作節目時，當攝像機無意間拍攝到非藍區域時，會出現“穿幫”現象

12、。 為了克服這一現象，NASET系統采用了無限藍箱技術或稱為“填補彩底”技術。使用這一技術后， 攝像機拍攝到的非藍區域可自動由“垃圾色塊”來填補。無限藍箱功能使演員的活動范圍及攝像機 的取景范圍不再受藍箱大小的限制。具備無限場景功能。三維場景和二維場景本質的不同在于場景的三維屬性。二維場景使 用的是平面圖顯示，由于受到PC總線帶寬的限制，只能用圖形卡有限的顯存存放有限的場景。 在實際應用時，攝像機的推拉搖移受到場景大小的限制只能做小范圍的運動。而三維場景建立在 實時生成的圖形平臺上，場景的大小不受限制，攝像機可以在360空間任意運動，配合無限藍 箱技術可實現全場景顯示。由于真三維虛擬演播室在國內