虛擬演播室的工作原理
虛擬演播室是一套由計算機軟件、主機、現(xiàn)場攝像機、攝像機跟蹤器、圖形圖像發(fā)生器、色鍵器以及視/音頻切換臺構成的節(jié)目制作系統(tǒng)。目前世界上有數(shù)十家公司已開發(fā)或正在開發(fā)這一全新的電視節(jié)目制作系統(tǒng)。如美國E&&S公司的Minset、加拿大Discreet、Logic公司的Vapour以及以色列RT-SET公司的Larus虛擬演播室系統(tǒng)等，另外，Accom、BBC、Trinity、ORAD、Radamec等公司也有虛擬演播室系統(tǒng)面世。雖然在硬件配置及軟件設計上這些公司各有千秋，但其工作原理基本相同，其主要工作流程如下：
1.藍色實景現(xiàn)場
虛擬演播室與傳統(tǒng)演播室大不相同，它是以計算機三維動畫“虛擬”出的場景取代道具實景為主要特征。攝像機所拍攝的現(xiàn)場已不是一般意義上的主持人或演員活動的地方，而是虛擬畫面應用空間的組成部分，它的實際意義僅僅是其空間場地尺寸的大小。現(xiàn)場所有布景全部由單一的藍色所取代，以作為將來摳像的基準色。圖像的前景是不同機位的攝像機拍攝到的主持人的畫面素材。主持人所在的實景現(xiàn)場的全部藍**域將被合成到計算機三維動畫生成的虛擬場景中。
與傳統(tǒng)的人工搭建的舞臺或演播場地相比，虛擬三維場景應用于演播室可以說是演播室技術的一次**。不僅制作成本大大降低，制作周期縮短，更重要的是虛擬場景的可隨意更改的特性極大地滿足了導演的創(chuàng)作需要。
需要注意的是，虛擬演播室用的實景現(xiàn)場雖然簡化成了單一的藍色，但決不是任何東西都不需要了。如果節(jié)目中要表現(xiàn)主持人從樓梯上走下來，那么現(xiàn)場也必須設置一些涂成藍色的幾何塊狀物體作為“樓梯”,以便與電腦中生成的樓梯相配合。
2.虛擬演播室專用攝像機
專用攝像機的數(shù)量通常為二到三個。虛擬演播室專用攝像機與傳統(tǒng)攝像機不同的是，除了鏡頭和云臺以外，虛擬演播室用的攝像機配有運動檢測和識別系統(tǒng)，即攝像機跟蹤器。其跟蹤方式有光學識別系統(tǒng)和機械傳感式系統(tǒng)兩種。以E&&S公司Minset 200的機械傳感式系統(tǒng)為例，其原理是將檢測到的攝像機的推、拉、搖、移、聚焦、變焦乃至升降等傳感部位的運動數(shù)據(jù)，通過一個稱為“傳感器”的裝置以9芯電纜傳輸?shù)酵瑯泳哂?/span>9芯接口的稱為“校準器”的數(shù)據(jù)校正裝置。該裝置將校準數(shù)據(jù)通過RS-422接口輸送到計算機中，這樣，現(xiàn)場攝像機與虛擬演播室中“虛擬”的攝像機被相對地鎖定在一個位置上。當現(xiàn)場演播室攝像機運動時，虛擬攝像機受跟蹤器的控制可以實時地與現(xiàn)場攝像機保持同步。RT-SET公司Larus系統(tǒng)每臺攝像機需要一臺SGI的ONYX圖形工作站支持，每臺攝像機均可通過該系統(tǒng)來控制。
3.計算機部分
虛擬演播室系統(tǒng)配備的計算機既有基于Windows NT系統(tǒng)平臺的PC機，也有基于Unix系統(tǒng)的圖形工作站。它像一個小型計算機網(wǎng)絡，主機為網(wǎng)絡中心，它是虛擬演播室的控制中心，是虛擬演播室節(jié)目制作的“導演臺”。它除了調用和調整事先做好的三維虛擬場景外，還負責向圖形發(fā)生器傳輸圖像數(shù)據(jù)及處理由攝像機跟蹤器傳來的攝像機運動數(shù)據(jù)。在這里，圖形發(fā)生器扮演著重要角色。它根據(jù)主機傳來的攝像機運動數(shù)據(jù)實時地計算出虛擬的三維電腦場景的運動，以保證其輸出的虛擬背景與真實的前景同步。需要注意的是，有的圖形發(fā)生器的運算需要數(shù)幀左右的時間，因此，攝像機拍攝的畫面也必須有一個同樣幀數(shù)的延時，這樣才能確保真實場景與虛擬場景的吻合。
虛擬演播室的應用途徑及方法
只有對虛擬演播室系統(tǒng)有深刻的了解才能充分發(fā)揮其在節(jié)目制作中的優(yōu)勢。首先，我們應當了解它能做什么，做出來的效果怎么樣。英語有這樣一句話可以很好地概括虛擬演播室的作用：“The only limit is imagination.”這句話的意思是，**的局限是能否想得到，沒有虛擬演播室做不到的。當然這似乎有點夸張，但虛擬演播室在開拓電視節(jié)目的制作領域，充分發(fā)揮人的想象力這一點上確實為我們的導演及美術師提供了充分的創(chuàng)作空間。它是將原有的電視節(jié)目制作設備與三維動畫節(jié)目制作設備結合在一起的節(jié)目制作系統(tǒng)，也是視頻制作方式的一次變革。虛擬演播室的問世，為當今電視節(jié)目制作提供了一種全新的制作觀念與方法。其具體的運作流程大致如下：
*創(chuàng)意人員擬出節(jié)目制作方案；
*導演及創(chuàng)意人員為虛擬演播室電腦虛擬三維場景的操作者“說戲”；
*動畫師或模型師在電腦中創(chuàng)建模型及貼圖；
*導演與虛擬演播室操作者合作直播或錄像；
*視頻輸出、錄制及后期制作。
1.導演或美術設計師提出制作方案
由美術設計師將導演思路制作成詳細的“劇本”（story book）。所謂詳細，是指具體到每個畫面要素怎么動，主持人的位置怎么變化，是否有虛擬場景中的特寫鏡頭等。因為鏡頭推進，意味著電腦生成的圖像放大。這就必須要求事先生成的圖像尺寸大到足夠鏡頭推進也不至于產生像素變大的現(xiàn)象。虛擬演播室運作的這種特殊性，要求導演必須就每個鏡頭細節(jié)與電腦動畫場景的制作者事先溝通，使負責實施劇本方案的制作人員能充分理解導演的意圖，將三維場景提前做好。
2.動畫制作人員用計算機創(chuàng)建虛擬三維演播室
動畫制作是隨著計算機圖形圖像學的發(fā)展應運而生的一門專業(yè)學科，隨著影視及廣告業(yè)的發(fā)展，它的作用日益重要。動畫制作直接影響著節(jié)目制作的質量。事實上，虛擬演播室已為傳統(tǒng)的電視節(jié)目制作人提出了一個新的課題：如何利用電腦這種現(xiàn)代科技豐富傳統(tǒng)的制作手段。說白了，虛擬演播室就是一個計算機圖像產生與合成系統(tǒng)，是用計算機將演播室的觀念物化，在制作手段上突破了傳統(tǒng)制作手段的一些束縛，使演播室不再受時間和空間的局限。具體的虛擬演播室軟件操作者稱為“動畫師”(animator)或“模型師”(modeler)。他們在整個虛擬演播室節(jié)目制作中對演播室的*終效果起著舉足輕重的作用，他可以是導演或美工本人，也可以是專業(yè)的動畫制作者。
3.動畫師與導演的配合
動畫師或模型師的職責是預先完成節(jié)目中所需的電腦三維場景，包括場景中用到的所有貼圖。目前，幾乎所有的虛擬演播室軟件本身并不帶有建模及繪畫的軟件包，多數(shù)是利用已有的三維或二維動畫、圖形圖像制作軟件來創(chuàng)建模型及模型中需要的貼圖，如3D Studio MAX、 Softimage 3D、Lightscape和Photoshop等。這些軟件中做好的模型和貼圖有的需經過圖像格式的轉換，再存入虛擬演播室系統(tǒng)的專用目錄下，然后才能從虛擬演播室軟件環(huán)境中讀出。大量的矢量數(shù)據(jù)經過生成后產生的標準倍數(shù)位圖(power of 2，如256x512、512x1024等)，作為虛擬環(huán)境要么直接存入圖形發(fā)生器中使用，要么貼在簡單的幾何矢量模型上。正是由于復雜的場景已預先在其他軟件中制作完成，節(jié)省了大量運算時間，所以虛擬演播室才能實現(xiàn)實時演播效果。
現(xiàn)階段幾乎所有的虛擬演播室應用軟件還處在發(fā)展初期。有些軟件還存在著一定的局限，尚不能完全滿足節(jié)目制作與**的需要。盡管這一技術發(fā)展很快，相信不久即將有相應的更新的軟件版本問世，但至少在現(xiàn)階段，需要制作人員在技術細節(jié)上與導演配合。制作人員從傳統(tǒng)的單一的執(zhí)行導演意圖的技術員轉變成為參與節(jié)目前期總體方案設計的創(chuàng)作者之一。這種變化是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然結果，無疑提高了現(xiàn)代電視節(jié)目制作人的業(yè)務要求，同時也擴大了導演的工作職能和范圍。對這種要求的變化，我們每個電視工作者特別是制片人與導演必須有充分的認識。否則可能適得其反，即：由于前期制作的局限，而影響現(xiàn)場導演的即興發(fā)揮。例如，如果導演希望虛擬場景中的某個部分動起來，如標志從墻上飛起來，主持人前的主持臺自己移走，地面某個部分騰空而起等，就必須將這些帶有“動作”的物體提前與電腦模型師講明，由模型師將這些有動作的物體用電腦創(chuàng)建時就將它們分別作為單個文件單獨儲存。這與導演看著監(jiān)視器指揮調整現(xiàn)場鏡頭中的畫面的傳統(tǒng)方法是不同的，這也正是虛擬演播室制作電視節(jié)目的主要特點。
4.虛擬演播室控制員
與傳統(tǒng)演播室相比，主持人或演員所處的現(xiàn)場已不再是五顏六色的舞臺，取而代之的是一個全部涂成藍色的房間。攝像師的拍攝對象主體只剩下了主持人或演員。機位的運動取決于電腦中建立的虛擬場景。攝像師通過監(jiān)視器看到畫面的效果，導演則坐在電腦終端前與虛擬演播室軟件的具體操作者來共同控制整個節(jié)目。如果畫面“穿邦”，即現(xiàn)場攝像機搖到藍色背景以外，虛擬演播室軟件能根據(jù)需要自制出虛擬藍色背景。至于控制虛擬演播室軟件的操作者的稱謂，目前學術界尚無統(tǒng)一的準確說法，國外習慣稱之為“Operator”,這也是傳統(tǒng)說法的借用。虛擬演播室電腦機位上的操作者（暫且稱之為“虛擬控制”）已不再是一般意義上的電腦操作人員。虛擬演播室系統(tǒng)是一個計算機圖像合成系統(tǒng)，其控制中心是虛擬演播室的系統(tǒng)軟件，它也是虛擬演播室節(jié)目制作的“導演臺”。具體實施操作的系統(tǒng)控制員無疑成了實施導演意圖的*直接執(zhí)行者，他需要既能熟練運用虛擬演播室軟件及其相關的三維動畫制作軟件，同時又要具有一定的鏡頭意識和感覺。這樣才能更好地與導演配合，做出理想的節(jié)目。
視頻、音頻及燈光的運用
虛擬演播室主要是針對電腦中的圖像，它仍舊離不開傳統(tǒng)的視頻切換臺和調音臺等設備。通過視頻切換臺，導演可根據(jù)需要在任何時候切入或疊加進前期拍攝的畫面素材。有的虛擬演播室系統(tǒng)與傳統(tǒng)視頻在節(jié)目制作中略有不同的是，藍色實景現(xiàn)場攝像機所拍攝到的畫面需要經過圖像發(fā)生器的運算生成后再與電腦中的虛擬場景合成，這大約需要四幀左右的延長時間，所以現(xiàn)場同期聲也需要相應的延時（大約160ms），這樣在調音臺上與其他效果聲音合成的時候就不至于出現(xiàn)聲音與口型差時的現(xiàn)象。不過，也有一些虛擬演播室很好地解決了這一問題，畫面與聲音同步，不需延時。
現(xiàn)場燈光的使用已不同于傳統(tǒng)舞臺燈光的調整方法，所有光色必須保證藍色空間場地基色以適應色鍵器摳像的技術要求。虛擬演播室軟件系統(tǒng)有其自身的燈光參數(shù)，可根據(jù)需要在軟件環(huán)境里調整。理想的色鍵器可以很自然地將實景中的投影在虛擬的場景中表現(xiàn)出來，使拍攝的前景畫面與虛擬的背景畫面集成在一個合理的空間中?，F(xiàn)場的燈光還有一個特殊用途，即用于制定控制現(xiàn)場主持人或演員的光區(qū)定位程序，導演可通過該程序指揮現(xiàn)場演員的走位。此外，現(xiàn)場燈光與虛擬燈光還有一個大致匹配的問題，以便使現(xiàn)場人物與虛擬環(huán)境的結合看上去不至于產生投影環(huán)境的邏輯錯誤。