虚拟演播室是区别于传统色键抠像的一种新技术。传统色键抠像技术，是当摄像机做任何运动时，背景没有变化，播音员好像浮在背景上。而虚拟演播室技术，当调整和移动摄像机时，背景与摄像机同步运动，所以看上去前景与背景是一体的。虚拟演播室无论是采用传感器方式还是图案识别方式，其目的都是要确定摄像机的位置及运动参数（包括X-Y,PAN,TILT,ZOOM,HEIGHT）。再把所有参数经过处理后传送到用于渲染虚拟背景的图形工作站中，运用这些参数使其输出的背景画面根据摄像机运动而相应运动，实现前景（要根据实际情况作相应延时）与背景实时叠加，使之天衣无缝地合为一体，合成效果逼真立体感强的图像。

由于其成本较低、制景相对容易以及可完成常规演播室难以做到的特技效果，从面世到现在全世界范围都有广泛的应用。我国目前各电视台也基本配备了虚拟演播室，介绍其工作原理的文章也很多，本文着重介绍其实际中的应用技巧和相应的问题。

1. 建模技巧

目前三维建模和动画软件很多，其中Maya、Softimage和3D Max是大家比较熟悉的。计算机技术的高速发展使得其绘制的三维模型越来越逼真。但是由于虚拟演播室的模型和动画需要实时的运动，所以其建模的过程需要遵循以下几个原则：

（1）实时运动要求构成模型的三角形数量有一定的限制（根据工作站计算能力不同大约从5000至20000不等），所以应尽量避免复杂模型的建造。

（2）模型中灯光不宜过多，但逼真漂亮的模型一般灯光也比较多。为解决这一矛盾，应在建模完成后用Lightscape等软件把灯光参数转化为贴图，可大大加快实时运行的速度。

（3）为达到逼真的效果，一般虚拟背景应建造前景物体（例如桌子、柱子、门和雕塑等），可用来遮挡住主持人。当主持人从其后走过时，产生身在其中的逼真感觉。

这种技术关键在于建造前景遮挡物时建造一模一样的两个，一个有贴图和光影，另一个为全白。全白的作为遮挡的键罩输出到色键叠加器中，由于键罩的作用当主持人走到遮挡物时好像真的被遮挡住了。

这种方法与传统色键抠像的不同在于图形工作站根据摄像机运动参数实时改变输出的背景画面，遮挡物与用于遮挡的键罩也相应改变。键罩的随时变化更加大了虚拟系统的逼真性。

2. 红外检测技术

在实际应用中有时会发生这种情况：主持人需要从虚拟景物（例如立柱、门等）后面走到前面来。这时就要人为去控制键罩的开关，当工作人员与主持人配合不好时会有穿帮的可能。于是红外检测技术便应运而生了。

红外线检测是确定被检测物体的纵向位置，即在演播室中被拍摄的前景位于背景内的深度。首先，在演播室上方固定二至四个红外线摄像机，作为红外线接收装置。然后，用红外发射装置对演播室进行测量，最后绘制出活动范围的网格图。这样当演播室中的移动物体（主持人等）配带上红外线发射装置，其红外线被红外线摄像机摄取，通过计算机识别和计算出该物体在网格中的位置，将数据传输到工作站，根据背景与物体纵向数据自动计算出移动物体在模型中所处的位置及深度。

以上就是虚拟演播室常提到的“深度键”的概念。这种系统根据红外线检测，产生深度键，能持续地使主持人置于虚拟背景内的正确位置。深度键容许在节目中虚拟物体、实际物体和主持人相互之间动态地前后阻挡，而创造出现实图像的感觉。这样当主持人从虚拟景物（例如立柱、门等）后面走到前面来，不需要人为去控制键罩的开关，系统会自动利用深度键来分析主持人和虚拟景物前后定位关系，自动形成遮挡与被遮挡的画面。大大减少了穿帮的可能也方便了节目的制作。

3. 虚拟影子的制作

三维模型之所以逼真，在于它可以仿真光和影。在建模过程中只要注意光的方向与实际保持一致即可。但是经过抠像合成的图象中，前景主持人的影子较难与背景物体相吻合。这主要是由于演播室灯光较多较亮，增加了色键抠像的难度。另外如果是用网格识别方法的演播室，由于背景板网格有两种蓝色，要想用抠像的方法获得影子几乎是不可能的。

要想获得完美的效果增加必要的设备也许是值得的。虚拟影子机是比较好的解决方法。它的做法是在演播室上方架设一台摄像机，只拍摄主持人在蓝箱内的画面，通过色键器抠像获得键信号，用这个键信号来模拟主持人的影子。最后再把这个影子与虚拟图象进行合成。实际上可把这台摄像机理解为光源，投射主持人到地上的影子和通过色键器抠像获得的键信号是相同的。这种方法的好处在于不受客观条件限制，而且可以灵活调整影子的方向。

有时建模会出现有倒影的情况（例如，大理石地板对其上物体会产生倒影），在建模时可通过镜像复制的方法来制作背景的倒影，而前景主持人的倒影如何得到？其实只要在蓝箱内铺设有一定反光能力的透明塑料布即可。这种方法简单实用，实际效果可以乱真！

4. 自动反馈/标志系统

有时主持人或表演者在虚拟布景中活动时，很容易从虚拟物体中穿过。为避免这种穿帮现象表演者要看着反送监视器，或者在地板上画行走路线。由于虚拟系统都有视频延时，所以并不能从根本上解决表演不自然的问题，另外也容易污染蓝箱的地板，造成抠像的困难。

于是有了自动反馈/标志系统。在演播室地板上投影静止和运动的虚拟物体。让表演者知道所有虚拟物体在每一时间内位于何处。但是投影会对主持人自己的影子产生干扰，所以这种技术在实际应用中也不多见。

5．虚拟异地采访

如果使用两台色键抠像器，就可以实现虚拟异地采访。这种方法是利用从外地传来的信号，被采访者在蓝色幕布前，信号先经过一次抠像再进入虚拟演播系统。通过插入的视频可将被采访者与演播室中的播音员实时结合在一个虚拟背景中，两个人物可以面对面的交谈和表演，对观众来讲就好象真的把被采访者请到了演播室中一样。

6．虚拟人物表演

计算机技术的高速发展使得实时人物动画表演成为可能。在真人身上各重要关节处装传感器，传感器的各组数据传到工作站中用于控制已制成的虚拟动画人物的关节活动，使它完全实时地模仿表演者的动作。

虚拟动画人物与真人能同时出现在同一个虚拟背景中，并相互配合，互换位置和交谈。这在已往的演播室制作过程中是无法想象的，也会给节目带来新奇感和神秘感，从而最大程度地娱乐观众。

在实际的应用中，能够综合利用以上几点技巧，可使节目的制作过程简捷方便，节目真实感、娱乐性加强。虚拟演播室的技术还会不断发展，熟练掌握并灵活加以运用才能充分体现其在各方面的优越性。

季奕军、董世清 中央电视台播出部

（信息来源：HC360）