数字电视在线包装的虚拟技术应用

2023-09-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图5-25就是将实景中的中央电视台大楼经过虚拟现实技术处理后，实现了夜景效果。2010年南非世界杯期间，中央电视台体育频道专题节目《豪门盛宴》中采用了多种新型电视包装手段，其技术一时间成为业内外热议关注的焦点。虚拟现场制作系统、MVP体育分析系统、3D Replay虚拟回放系统、大屏幕在线包装系统等对赛事进行了生动全面的报道。

除了在线图文包装的应用之外，在线包装系统的另一方面优势则体现在虚拟技术的应用上。尤其是虚拟演播室、虚拟现实技术、增强现实技术、体育赛事战术分析、天气预报直播等新应用的出现赋予了电视节目更为崭新、灵活的包装形式，创建了更为丰富的三维空间，增强了节目的互动性。

1.虚拟演播室

虚拟演播室技术是将计算机制作生成的虚拟场景与摄像机实时拍摄的图像通过技术处理有机地合成，形成逼真、多变的电视画面的一种技术。虚拟演播室的应用首先要使用模型软件制作场景，然后利用在线系统中强大的数据导入能力，直接导入这些创作软件制作的所有模型及各自的几何形状、材质和动画等。在虚拟演播室的实现应用中，使用了网格跟踪技术、摄像机自由移动的红外跟踪技术及光电传感器技术，它确保了真实和虚拟世界之间完美的匹配。

在拍摄过程中，如果虚拟场景不随摄像机的平摇、俯仰、推拉等镜头运动而运动，我们称其为“虚拟背景”技术；如果虚拟场景跟随摄像机的镜头运动而运动，我们则称其为“虚拟演播室”技术（图5-23、图5-24）。它通过使用拍摄镜头的定位、俯仰、摇移等传感控制技术，计算出场景图形画面相对于镜头的位置和姿态，使叠加在实拍画面上的图形画面呈现出与实拍画面相对静止的状态，不随镜头摇移而改变虚拟位置，从而构成虚拟演播室、完成虚拟异地采访、进行虚拟人物表演等。

图5-23　虚拟演播室技术

图5-24　中央电视台“天宫一号”直播节目中运用的虚拟演播室技术

2.虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术可以将高、标清三维的虚拟动画物体天衣无缝地与实景演播室或户外景观结合在一起。无论摄像机如何推拉摇移或俯仰，虚拟的物体都会如同真实的物体一样保持原有位置。虚拟场景中可以插入多路视频信号和视频文件，通过快速准确地从摄像机和镜头获取跟踪数据信息，传输给系统，从而达到虚拟场景的跟踪。图5-25就是将实景中的中央电视台大楼经过虚拟现实技术处理后，实现了夜景效果。

图5-25　虚拟现实技术

虚拟现实技术还可以做到三维场景、字幕与视频无缝结合，在国内外各大体育赛事的转播中表现尤其显著。在线系统在全三维空间中，不仅需要处理三维物体的渲染，同时必须处理字幕、图像等（图5-26）。同时，抠像技术的应用可以使虚拟图形自然，贴合于地面上，产生逼真的虚拟画面与真实画面结合的视觉效果。

图5-26　虚拟现实技术在体育赛事转播中的应用

3.增强现实技术

增强现实（Augmented Reality，AR）是一种实时的计算摄影机位置及角度，并加上相应图像的技术。这种技术的应用目的是在屏幕上把虚拟世界融合于现实世界并进行互动，可以说它是虚拟现实技术的升级技术。增强现实技术可以让观众看到虚拟物体与现实世界的重叠融合，它是对现实世界的补充和增强，而非虚拟技术制造的一个完全虚拟的世界。

2010年南非世界杯期间，中央电视台体育频道专题节目《豪门盛宴》中采用了多种新型电视包装手段，其技术一时间成为业内外热议关注的焦点。虚拟现场制作系统、MVP体育分析系统、3D Replay虚拟回放系统、大屏幕在线包装系统等对赛事进行了生动全面的报道。

《豪门盛宴》在节目现场展示了3D效果的南非世界杯各大球场以及虚拟球员，而且这些虚拟场景可以随着镜头的变化，发生视角和纵深的变化。虚拟现场制作系统将摄像机跟踪技术与三维图像实时渲染技术结合在一起，在演播室实景中植入虚拟元素，并保持摄像机在运动过程中正确的透视关系，实现虚与实的完美结合，达到奇异的视觉效果，为节目注入新元素，吸引观众眼球。

在《豪门盛宴》现场，技术人员利用现实增强技术制作出来的各种场馆、运动员的形象植入舞台中央（图5-27），与主持人介绍内容产生互动，极大地增强了节目的可视性，使节目内容和形式更加生动。

图5-27　《豪门盛宴》节目中运用的增强现实技术

同年的中央电视台青年歌手电视大奖赛中（图5-28）也充分发挥了在线包装的优势特色，为节目的进行增色不少，也为观众带来耳目一新的节目呈现方式。

节目所需要的大量内容必须赛前制作完成，制作的内容相当于一个素材库，通过在线系统的生成技术，从素材库中抽调出所需要的内容，实时生成出来。这也体现了在线包装制播分离的典型模式，由于对包装效果的质量需求，包装场景的模板设计通常会由专业人员进行创意设计、场景实现、数据配置、检查审定等各步骤。在线包装各系统充分发挥自己的特点及优势，并在节目中配合使用，以创新的制作方式、专业的技术分析手段，为节目制作提供了新的设计思路。

图5-28　《青年歌手电视大奖赛》节目中运用的增强现实技术

4.体育赛事战术分析

体育赛事战术分析技术以虚拟方式为各种比赛提供独特的评述内容，更好地再现焦点运动员和精彩瞬间。主持人可以为体育比赛中的任意时刻创建独一无二的视角和效果，以增强赛事的可视性，同时对赛事进行分析，帮助观众更好地观赏、分析比赛。其中MVP和3D Replay是最常用到的两大技术系统，为体育赛事的解说提供了极大的便利。

运动视频播放（Motion Video Play，MVP）系统采用先进的图形图像跟踪技术和实时渲染技术，无须在比赛现场机位安装传感器，完全采用图形算法进行定位、跟踪，操作简单、高效，为体育评论员提供全新的分析工具。它适合各种体育赛事，能够在演播室或转播车中进行应用，可以在众多体育赛事转播过程中使用动态越位线、运动员跑动线路、运动员标记、防守阵型、放大镜等分析增强工具（图5-29）。MVP主要应用于体育赛事解说的两个阶段，一是在比赛的转播中，在中场休息时对前半场的比赛进行战术分析；二是应用于后期制作时，对已完成的比赛进行分析，录带播出。MVP系统突破了以往必须在比赛现场安装摄像机传感器的局限，利于图形跟踪定位，通过转播画面中赛场上的四个参考点就可以准确计算出摄像机的空间位置，在网球、高尔夫、足球、篮球、橄榄球的比赛过程中，都可以加入需要分析的元素。

图5-29　MVP技术系统在体育转播中的应用

多角度虚拟回放系统（3D Replay）是另一款专业的赛事分析软件。它在足球比赛中将比赛现场画面快速转换为全三维场景，从不同角度将关键镜头进行回放，对赛事加以详细分析。3D Replay可对比赛中的争议镜头进行三维现场还原分析，把足球比赛中的关键帧画面实时模拟成为三维场景，从各个角度进行分析，模拟双方任意球员视角、裁判视角、全景视角等，对判断越位、手球、犯规动作等起到还原分析的作用（图5-30）。

图5-30　多角度虚拟回放系统

5.天气预报直播

天气预报直播这个专业的气象包装系统架构在三维地图模型之上，提供包括云图、气流、地标、动态等值线等丰富的气象要素；支持专业气象锋面，如冷锋、暖锋、静止锋的动态过程演示；利用各种箭头的流动指示冷暖空气、强对流天气的动态演变；实时读取海浪数据、温度区域等各类天气数据；气象播报者还可以通过触摸屏以触摸的形式与三维场景进行实时互动（图5-31），使观众能够更直观地对气象变化有所了解。

图5-31　天气预报直播系统

数字电视在线包装的虚拟技术应用

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