虚拟演播室系统

虚拟演播室是近年来兴起的新一代视频制作设备,相对于传统的演播室系统,它具有制景费用低廉、更换布景方便、便于发挥主创人员 的创意等优点，使创意不受实际场地与资金的局限，在有限的空间里 实现无限的创意，给节目演播制作带来了深刻的变革和广阔的应用前景。虚拟演播室一经推出就受到了广大电视工作者的关注，其实用的功能、便捷的操作、极高的视频指标使虚拟演播室真正具有了进入广大电视台的现实性和可能性。

虚拟演播室基本工作原理：虚拟演播室技术是在传统色键技术与计算机图形处理技术相结合的基础上发展起来的，传统色键技术抠像时，前后景之间缺乏联动关系，无法保持正确的透视关系，看上去前景像漂浮在背景上一样，给人感觉很不真实。虚拟演播室由于采用了跟踪技术，计算机主机通过分析摄像机的运动参数，包括位置、俯仰、平摇、推拉(变焦)等,对虚拟场景的相应参数进行调整，保证前景后景之间保持正确的透视关系，实时生成出与前景联动的背景信号，进入色键器与经过延时的前景信号进行合成。从而把摄像机拍摄到的一样。

如图所示，虚拟演播室不需要专业蓝箱的环境就可以实现抠像和虚拟。本系统采用了国际知名的色键器生产厂商--Ultimatte公司的专业色键器，其采用色度空间的色度矢量算法，可以完成对阴影，透明、半透明物体和烟雾的完美抠像，虚拟场景与人物融合自然，真实感强。

以虚拟演播室和在线包装为主要技术依托，并辅以摄像机、非编等周边设备即为3D全景课堂系统的主体架构理念。

虚拟演播室技术是在色键抠像技术的基础上，结合计算机三维图形技术和摄像机跟踪技术，实现虚拟图形与摄像机信号完美结合的高科技制作手段。作为3D全景课堂系统核心技术支持之一的TOP3D-SET系列虚拟演播室系统在设计理念上以小功能模块为基本单元，整个系统是功能模块的叠加.因此系统界面直观、简单好用，在快速制作栏目时非常方便；业内虚拟演播室的基本常用功能均具备，大部分系统功能是以编辑、播出为核心，具备基于时间线的复杂的组合编辑、简单播放功能；内容上以场景制作为主，辅以物体轨迹动画及视频播放动画为主要表达方式。

3D全景课堂系统的另一技术核心MAGIC5D图文在线包装系统是一套实时的图像内容创作、编辑和播出控制软件，集图像、图形、图表、文字、数据、视频、动画、三维场景、特效等所有元素为一体，广播级视频实时渲染、交互式播出；按三维设计平台自由的工作流程，MAGIC5D分为三个独立的软件系统――DESIGNER设计器、PAGEEDITOR页面编辑器、PLAYCONTROL播出控制端，分别对应设计师、编辑人员、导播/教师等操作人员使用，结合网络化的设备构成，可根据包装效果的需求，由设计人员完成创意设计、场景实现、数据接口等模板制作工作，播出人员完成数据配置、绑定并控制播出。

本系统可以将三维虚拟场景中的部分物体置于演播人物之前，如讲台，屏风等，通过自动深度键的处理，实现演播人物在三维场景中的穿越和前景遮挡，机位切换时场景透视关系正确。

场景中所有物体都采用三维建模软件设计制作，每个物体都可 以结合场景的需求实时做出旋转、移动、缩放、变形等动态调整，可 以极大地丰富场景的真实感与动感。

当摄像机镜头拍摄超出蓝幕范围时，系统将会根据机位参数自动产生一个遮挡信号，使超出蓝幕范围的部分仍然可以完整的叠加虚拟场景，边缘无明显接缝和干扰。只要演播人物的主题不超出蓝幕的范围，摄像机的镜头范围可以超出蓝幕的范围，这个功能对于面积较小的演播室来达到大演播室的效果是非常有用的。

为了使节目画面更加丰富， Top3DSet系统内嵌了可以生成雨雪、 落叶、礼花、游动的鱼、飞行的蝴蝶等效果的虚拟特效。特效物体同三维物体一样，可以实时改变自身的三维空间坐标、空间姿态参数和空间缩放参数，并可在时轨上沿特定轨迹运动，将这些景观添加到拍摄场景中，可以更好的烘托出不同风格节目的现场气氛。 Top3DSet还 具有全场景雾化功能，雾的浓度、颜色、衰减等参数均可实时调整， 为节目的拍摄增加了真实感。

虚拟大屏幕电视墙是虚拟演播室背景生成中经常应用的一种，而 其对内部视频信号处理和对大屏幕电视墙边缘的处理，是影响虚拟大 屏幕效果的关键。 Top3DSet对虚拟大屏幕内部进行三线性滤波完全消 除了镜头推拉时虚拟大屏幕内部视频纹理闪烁的问题，对大屏幕边缘专门进行多重采样滤波的方式来进行边缘抗锯齿运算，从而使得虚拟大屏幕运动过程中边缘光顺无明显锯齿，大屏幕内视频信号清晰无闪烁。同时， Top3DSet可以基于时间线对虚拟大屏幕的播放内容、运动 轨迹、缩放、旋转等参数自由设定，丰富了节目内容和表达方法；并且系统中的活动视频信号可以贴在虚拟场景中任意物件表面上，如虚拟电视屏幕上、门、地板、窗户等。

Top3DSet对遮挡层无限制，当虚拟物体到虚拟摄像机的距离小于 演员到真实摄像机的距离时，虚拟物体自动出现在人前，反之，自动 出现在人后，掩模是自动生成的；系统提供8盏虚拟灯光，可以分别 对虚拟灯光的颜色、位置、方向、衰减等属性分别调整，同时，虚拟 灯光还可以沿轨迹运动，极大的丰富了场景的灯光效果。

综合以上技术功能特点，3D全景课堂系统可成为名师在线课堂及精品课件，甚或优课微课情景教学的最佳制作平台，其广播级的视频图像输出、基于模板化的图文包装编辑制作、简单易用的操作等一系列功能特点可为上述课程制作提供顶级图像效果及创意无穷的教学内容展现方式。

同时，3D全景课堂系统既可基于蓝箱（绿箱）演播室拍摄，也可以基于任何实景采用虚实结合、在线包装的方式拍摄，因此可广泛应用于各种校园活动、校园新闻等视频节目制作，如各种校园主题演讲、辩论赛、校运会、文艺汇演等校园活动的拍摄录制，以校园学习、文化为主题的新闻节目制作，学者访谈、名师讲堂、领导讲话等专题新闻访谈类节目制作等。

3D全景课堂系统从技术和应用上可涵盖视频采集、传输、录制、编辑、拍摄、播出、节目创意、设计、三维模型制作、平面设计、动画制作、表演、主持等多方面内容，学生可以校园记者、导演、主持、摄像师等身份参与各种制作，不但启发了学生在科技、音乐、美术及设计等方面潜在的创造力，还可以培养积极性与自主思考能力及团队协作精神。