电视节目虚拟场景的设计与实现

成人本科生毕业论文（设计）题目：电视节目虚拟场景的设计与实现
□□□■
夜大学函授脱产高自考
准考证号： 030209300565
姓名：赵丹
专业：数字媒体艺术
年级（高自考不填）：
学院：物理与电子信息学院
完成日期： 2012年 3月
指导教师：姜艳玲
电视节目虚拟场景的设计与实现
赵丹
（天津师范大学物理与电子信息学院）
摘要：虚拟场景的设计与开发是虚拟演播室建设的重要环节。

为了更进一步的了解到电视节目中虚拟场景的设计与实现，本人通过搜索并查阅大量文献以及自己所学做了一些调查与研究。

本文从虚拟场景的特征出发, 探讨了如何根据虚拟场景设计原则制定设计方案, 介绍了用3DSMAX与Bryce制作虚拟场景基本的设计开发过程。

相信未来生活中的电视节目的出现会给人们带来更多意想不到的惊喜。

关键词：虚拟场景，设计方案，3DSMAX，Bryce
The Design and Implementation to the Virtual Scene of the
TV Programs
Abstract::Design and development of the virtual scene is an important part of the construction of the virtual studio. Virtual scene in the TV show in order to further understanding of the design and implementation, I search for and access to the extensive literature and they are learning to do some investigation and research. From the characteristics of the virtual scene to explore the virtual scene design principles to develop the design and the 3DSMAX production of the virtual scene and debugging of virtual scenes in a virtual studio system design and development process. I believe that the emergence of television programs in the future life will bring to people the more unexpected surprises.
Keywords:virtual scene, design, 3 DSMAX, Bryce
目录
一、关于虚拟场景 (1)
（一）虚拟场景设计的空间分析 (1)
（二）虚拟空间设计是对现实空间的模拟 (2)
（三）虚拟空间设计是对心理空间的营造 (3)
二、根据虚拟场景设计原则制定设计方案 (4)
（一）虚拟场景设计原则 (4)
1. 整体性原则 (4)
2. 科学性原则 (5)
3. 艺术性原则 (5)
4. 技术性原则 (6)
（二）确定虚拟场景设计方案 (6)
1. 确定选题 (6)
2. 确立主题 (6)
3. 确定造型结构 (6)
4. 确定主色调 (7)
5. 修改、形成设计方案 (7)
三、根据设计方案，用3D 软件制作虚拟场景 (7)
（一）在3d软件中的设计流程图 (7)
（二）在3d软件中设计的注意事项及经验 (8)
四、虚拟场景设计实例制作 (9)
五、结束语 (11)
六、前景展望 (11)
七、参考文献 (12)
引言：虚拟演播室是流行于当今电视节目制作中的一种新型技术，是传统演播室与计算机虚拟现实技术完美结合的产物。

它充分利用高新数字技术创造虚拟世界的场景表现，是当前流行的数字化虚拟舞台媒介，起到强化电视节目的可视性、促进节目主题有效传播的作用。

虚拟演播室的出现是对传统模式的一次重大变革，其内部构建包括蓝室、照明系统和虚拟场景设计制作都在计算机中操作完成，大大降低了节目的制作成本，摆脱了现实中空间、道具、灯光、音效等舞台设计要素在搭建、拆卸、搬运、维修、储藏等环节的需求和制约，解放了设计师的想象创意空间，将现实制作和工艺水平无法表现的空间形态和影像画面完美地合成在一起，创造任意的时空穿越可能，在有限的物理空间中营造出无限的空间氛围。

一、关于虚拟场景
虚拟场景，通常指虚拟演播室电视节目中人物等主体活动的三维虚拟背景，在虚拟场景的创作中，虚拟场景的制作、修改、保存都在计算机中利用三维设计软件进行，不用制作实景，省去了真实场景的搭建、拆卸、储藏等环节，使场景制作不受实际场地与资金的局限，随时都可变换场景，满足多个栏目共同使用同一演播室的需求；同时便于创意发挥，在有限的空间里实现无限的创意。

创意自由产生的虚拟场景几乎不受限制，只要符合节目要求，创作人员可任意想象、自由发挥。

这样的场景不受时间、空间、距离的限制，只要你有充分的想象力，就可以营造出独一无二的、具有创造力的场景。

从而满足了电视节目制作省时、省钱、省场地、高效率的趋势。

（一）虚拟场景设计的空间分析
在虚拟场景设计中，空间环境的营造最为重要。

它是传统演播室舞台搭建借助数字化虚拟技术实现的现实空间与虚拟空间的转化，观众通过对特别制作的画面进行认知，从而感受到虚拟空间的存在。

作为一种特殊的空间形式，虚拟空间可以在互联网络和数字化虚拟技术的支持下超越物理空间的种种制约，既可以模拟现实中任意形态，也可以跨越时空回到失落的世界或者创造想象的世界。

在虚拟场景设计中，空间的丰富多样、多变性是节目制作非常重视的一个因素。

首先，进行空间设计时须了解场景空间要表达的主旨。

每一个电视节目都有特定的主题，其节目制作是为了最好地诠释这个主题。

在虚拟演播室这种电视节目制作技术应用中，虚拟场景的设计创意和题材选择必须植根于每期节目的主题，同时不能忽略节目形象和品牌定位，这些因素作为辅助来配合节目场景设计。

这个设计过程是设计师的创意与主题表达协调互动的结合。

在统一的主题范畴内，将设计师的主观认识、想象力、创造力融入设计中，在自由与约束中寻求平衡，用最佳的设计方案烘托主题。

其次，要明确服务的对象。

在虚拟演播室的场景空间创建中，服务对象包括主持人、嘉宾、现场观众、电视机前的观众，等等。

根据不同节目单元的要求，对于场景空间内与外，均要考虑到位。

既要让处于场景中的“主人”适得其所、身临其境，又要给处于场景之外的观众视觉上乃至心理上的享受，甚至有一些特殊节目，可以影响观众，达到心灵上的震撼。

再次，要把握现实空间和虚拟空间的概念和形态。

关于空间的学术界定很多，而本文主要立足于现实的物理空间和心理空间的概念和观点。

从物理学角度来看，空间是一种容器，包含时间和一切物理事实的存在。

从拓扑心理学角度来看，空间还包含一切心理事实如情感、想象和愿望的存在。

从严格意义上来讲，当前的虚拟演播室的空间不是完全的虚构，会保留一些硬件设施和参与的人员，而其他的空间都将尽可能利用高新数字技术进行虚拟搭建。

这里的虚拟空间可以是一维到三维，甚至到四维。

在不久的将来，虚拟演播室可以实现完全虚构，可以根据节目制作的条件和要求而有针对性地选择。

虚拟空间的营造有赖于数字化虚拟技术的支持，这项技术的应用可以根据主题创意完成虚拟空间的效果构建。

虚拟空间实现的过程首先是对物理空间的特定实体进行科学测量，然后将所得结果通过计算机等设备数字化，生成具有影像、光效、音响等可被认知的感觉属性，使观众获得与现实世界相一致的真实感觉。

这是一个数据转化的过程，在一定条件下脱离了来自于现实社会的各种生产生活因素的制约，使得源自人们想象和愿望支配下的心理空间的形态化成为可能。

因此，在虚拟演播室的空间设计中，存在两种设计创意方向：一是建立在真实环境和科学测量数据基础上，以现实的物理空间为蓝本的虚拟空间设计；二是建立在天马行空的想象力、创造力基础上，以人类心理空间为依托的虚拟空间设计。

（二）虚拟空间设计是对现实空间的模拟
从物理学角度来看，现实空间包含了时间及一切物理存在的实体，可视为一种连贯的空间。

从环境艺术设计视角来看，所有的空间都是相对于人的尺度而言的。

对于现今电视节目中反映社会生产、文化生活、人与自然等内容，都涉及到观众对现实世界的影像需求。

数字化虚拟技术的出现突破了传统节目制作模式的局限性，以虚拟空间营造出一种不在现场的即席效果。

虚拟空间对现实空间的模拟仿真主要表现在两方面：一是针对已有的现实影像进行综合处理；二是针对一些因岁月、战争等因素破损或消失的文化遗存和遗迹进行复制或复原制作。

于前者而言，设计重点在于凭借高科技虚拟技术及软件的强大表现力，
使现实蓝本在主题设定的故事脚本范围内更加生动及具有可塑性，空间与空间的连接转切流畅自如，甚至在现实时间、空间中完全不可同时存在的影像也能进行搭配、组合、切换，实现穿越时空跨越民族、文化、国界的大演出。

于后者，则在文化保护、传承及传播方面具有强烈的社会功能，对有丰富文化价值的破损遗存的数字化复原、对人类文明进程中消失的重要节点的数字化复制，以电视为传播媒介，将人类优秀传统文化普及到千家万户。

虚拟空间对现实空间的模拟是借助各种虚拟现实软件对现实中的蓝本进行建模复制的过程，这是一个模拟仿真的过程，需要大量静态图像、视频影像和数据信息作为参照和背景。

这就要求设计人员的构成和知识结构必须科学合理，既要了解主题所涉及的现实蓝本构建特征，又要懂得相应的软件操作能力。

可以说，虚拟演播室的场景空间设计，是一项需要相关设计和技术人员相互配合、协调有序的系统工程。

对虚拟空间模拟效果的评定，一方面依赖于设计制作人员自身的知识储备和审美能力，另一方面也受限于数字化虚拟技术发展的水平。

（三）虚拟空间设计是对心理空间的营造
拓扑几何学的空间是不用测量、没有距离的规定。

这种空间观念，为虚拟演播室的场景设计带来无穷尽的想象空间。

人类心理空间的不可量性，体现在虚拟空间设计中则表现为超越常规与科学的想象力和创造力。

设计人员可以根据主题需要自由调节各种设计因素，不用考虑传统结构和经费制约。

虚拟空间对心理空间的体现主要表现在两方面：一是对建筑等空间形式的夸张处理，二是对异度空间的虚构创造。

虚拟空间对人类心理空间的营造设计过程，必须建立在相应心理学知识和虚拟技术表现的基础之上，所有虚构的空间场景和影像诉求均来自于对人类情感、梦想和愿望的表现。

主题的定位充满想象力和创造性，场景设计有来自情感和理想的心理暗示及引导功能，带给观众的是一场奇异的认知旅程。

虚拟空间的出现颠覆了现实世界空间的概念和法则，虚拟场景设计在虚拟演播室中的大量应用不仅改变传统演播室的制作模式，拓展电视节目制作的审美功能，开创虚拟演播室的视听盛宴，使电视传播这种媒介在社会生产和生活中的作用和意义越发重要。

应用虚拟演播室制作电视节目，主体物与虚拟场景融合的效果，一般可以体现出一个栏目或一部节目的风格、气度和品位，能大致推断该栏目或节目质量的高低。

因此，在该类节目制作中，电视工作者非常重视虚拟场景的设计与开发，进行百般斟酌，千挑万选，不仅要求虚拟场景符合栏目或节目的风格，还要能够起着烘托主持人形象
和节目主题的作用。

电视节目的制作趋势和虚拟演播室技术对虚拟场景的艺术性和技术性有很高的要求，为了确保制作出高质量的虚拟场景，必须十分熟悉虚拟场景的设计与开发步骤：根据虚拟场景设计原则制定设计方案———根据设计方案，用3D 软件制作虚拟场景———在虚拟演播室系统中调试虚拟场景，并从这三阶段加强对虚拟场景设计与开发的深入研究。

二、根据虚拟场景设计原则制定设计方案
对于虚拟场景创作者来说，在每一个精美的虚拟场景里，都凝结了他们辛勤的汗水和对美的追求。

为了拥有一个清晰的思路，减少制作时间，提高效率，在开始创作之前，必须要根据栏目导演或负责人的思维，根据一定的虚拟场景设计原则，结合个人的设计风格，制定一个设计方案，并根据设计方案进行虚拟场景的制作。

(一) 虚拟场景设计原则
虚拟场景设计原则，是指场景创作者开展虚拟场景设计与开发工作所依据的法则和判断各种创作构思所凭借的标准。

设计原则来源于设计实践，来源于对已有的虚拟场景库的分析研究。

1. 整体性原则
在虚拟演播室中，虚拟场景是一部电视节目或一个镜头画面的重要组成元素和主要构成方式，在进行场景设计构思时应该融入到整体节目的创作与构思中，它的设计应该与节目中的主体物之间建立一种有机的内在联系，而并非简单地停留在外观造型上去孤立地看待场景的构思、设计与制作[1]。

要坚持整体性原则，就是要根据节目或栏目本身的特点进行设计开发，因此虚拟场景创作者必须要与节目或栏目导演事先沟通，充分了解导演的思路及意图，详细知道节目每个镜头细节，也就是指具体到每个画面要素怎么动，主持人的位置怎么变化，是否有虚拟场景中的特写镜头等。

因为镜头推进，意味着电脑生成的图像放大。

这就必须要求事先生成的图像尺寸大到足够镜头推进也不至于产生像素变大而模糊的现象。

只能充分地理解导演的意图，了解节目或栏目的整体风格，才能设计出适合的虚拟场景；若抛开整体性孤立去构思设计虚拟场景，即使制作出再精美的虚拟场景，但是与节目整体风格不符，也会给观众很不舒服的感觉，这将是一个败笔之作。

任何一部成功的虚拟演播室电视节目，在虚拟场景的构思、设计与制作方面都是非常巧妙地兼顾了节目的整体性，体现了节目的风格和烘托了节目的主题。

例如：在中央电视台九运会现场直播的电视节目中，除了主持人使用的桌椅和装饰植物外，其他景物都不是真实存在的，是应用三维设计软件设计制作出的虚拟场景。

灯光下淡蓝
色的地板，冷金属质地的演播厅立柱，玻璃旋转扶梯，带有金属框架的冲孔铝板墙壁，令宽敞的、现场感和空间感极强的演播室处处显示出浓郁的现代化气息，巨型落地窗外的广州实景则是将奥体中心拍摄的活动视频信号引入到演播室的虚拟场景中，再通过虚拟大屏幕和深度键遮挡技术将其模拟成为窗外实景，很好地体现了“精彩、圆满并具特色”的整体节目风格，有力地烘托了九运会的主题。

2. 科学性原则
该原则是指进行场景设计时一定要遵循科学原理，符合事物发展的客观规律。

虽然在场景设计中，创作者比较喜欢用超现实手法进行创意构思，但必须保证场景中所有对象正确、准确，符合科学逻辑。

在创意构思之前，要详细地了解使用虚拟场景的节目的播放范围和收看对象，确保场景中不存在民族歧视、宗教歧视等不利于民族团结的元素，特别是不能采用伪科学标志、反人类组织标志等元素。

强调科学性原则，并非强调所有虚拟场景必须具备科学的严谨性和权威性，而是所有对象必须要符合科学逻辑，并不与电视节目的娱乐性发生任何冲突。

譬如说，虚拟场景中若需要设计动画，则动画必须要准确，能科学的反映客观事实，符合科学原理。

例如：场景中若有转动的地球仪三维动画，它的转向就不能设为由西向东转，因为地球是由东向西而转动的；再如：在虚拟场景设计中，虚拟灯光是场景设计的灵魂，靠它才能体现各对象之间的纵深感、立体感和透视感，但它的使用有时也会带来麻烦，因为它的使用容易产生影子，若不注意就容易让节目出现“穿帮”，造成不真实的感觉。

3. 艺术性原则
艺术性原则是指根据栏目或节目的要求，以逼真的造型、丰富的材质、实时三维电视墙、动画技巧、虚拟灯光、多样的贴图等加上丰富的表现形式和手法对虚拟场景进行艺术处理，使虚拟场景具有很强的表现力、感染力和视觉冲击力，引起观众的兴趣，给予观众美的享受。

首先，进行虚拟场景设计时，要重视场景建模的表现手法及场景主色调的运用，场景建模可以体现虚拟场景的结构，材质和贴图赋予结构肉体，虚拟灯光让结构有了灵魂，由材质、贴图和灯光体现出来的场景主色调同结构一起营造场景氛围，烘托栏目或节目主题，给观众美的欣赏。

其次，虚拟场景设计所追求的艺术性原则，必须符合栏目或节目主题的需要，这是进行设计的前提。

只讲花哨的艺术表现形式或过于强调“独特的设计风格”而脱离主题，或者只求表现主题而缺乏艺术的设计，都不能体现出虚拟场景设计的艺术性原则。

一个优秀的虚拟场景设计必定是场景氛围对栏目或节目主题完美的艺术表现。

4. 技术性原则
精湛的技术是整体性、科学性和艺术性实现的保证，也是虚拟场景得以实现的保证。

因此，进行场景设计时，必须基于现有的技术力量，量力而行。

特别是在场景建模、赋材质、打灯光等方面，一定要考虑现有的技术力量能否实现，若不能实现，就应修改设计方案。

此外，进行设计与开发时，必须注意以下的技术性问题。

(1) 在设计之前，应弄清楚所设计的虚拟场景是真三维虚拟场景还是“二维半”虚拟场景。

真三维虚拟场景与“二维半”虚拟场景最大区别在于系统是否实时读取场景源文件并对源文件“实时渲染”[2]。

(2) 要考虑应用虚拟场景时进入画面的人物或者道具不影响设计好的虚拟场景。

这就要求在设计时，场景中的地板或墙壁不能随便设计成玻璃或者反光度很高的材料，若要使用，则必须通过巧妙的安排，如设计一些物体挡住人物或道具进入后会产生倒影的区域。

(3) 进行设计之前，要了解虚拟演播室所使用的摄像机的性能和特点。

在场景设计中，构思中的场景主色调、颜色、明暗对比、反差等应该适应摄像机的性能和特点。

( 二 ) 确定虚拟场景设计方案
虚拟场景设计原则来源于虚拟场景创作实践，来源于生活，深入生活，应用设计原则指导场景创作，事半功倍，并在创作过程中不断丰富设计原则。

虚拟场景的设计与开发需要花费一定时间，为了快速、高质量的制作好虚拟场景，首先要根据虚拟场景设计原则制定出虚拟场景设计方案。

1. 确定选题
对于虚拟场景创作来说，选题就是指所要设计与开发的场景名称，一般来说，一个虚拟场景对应着一个电视栏目，因此，确定虚拟场景选题即是确定虚拟场景所对应的栏目名。

2. 确立主题
场景创作的过程就是把握主题思想、揭示精神内涵的过程。

因此，其制作要围绕主题展开，要有创意性的再创作。

对于虚拟场景而言，主题是其灵魂，主题对虚拟场景中的色彩、结构、细节等都有统帅作用，是场景创作者进行创作的基石。

在灵魂主题的处理上，创作者必须在对栏目或节目内容深刻领悟的基础上加以高度的概括才能使主题明确、突出。

3. 确定造型结构
虚拟场景是对真实场景的模拟，其造型结构来源于现实生活中物体的造型。

因此，
设计虚拟场景造型结构时，其设计理念、思路均来自于生活。

善于观察生活，从生活中获取相关对象的造型，并通过分析专题性电视节目场景及专题性虚拟场景的方法获得对象造型设计的创作理念。

造型结构是虚拟场景的骨架，是由场景中各对象共同搭建起来的。

在设计造型结构时，首先要确定虚拟场景所对应的播报空间( 演播室、讲学厅、办公室、教室等)，根据实际播报空间的尺寸设计对象造型，才能确保场景中的对象与现实中的对象在尺寸上一致；其次要确定虚拟场景各景区的对象造型( 左景区、右景区、背景区、前景区、中间景区、天顶、地板)；最后要确定虚拟场景中视频大屏幕的大小、造型、个数、位置。

4. 确定主色调
在确定虚拟场景的造型结构后，必须赋予造型结构以血肉才能体现出虚拟场景的灵魂主题，而虚拟场景的血肉即是色彩。

色彩在虚拟场景中的运用，除了要表现事物的本来面貌外，还运用色彩引起人心理不同的反应和感受。

色彩的表现力为虚拟场景营造了各种氛围，其中冷、暖色调是经常使用的两种色调，冷色调具有严谨、严密、冷静等特点，常用于科教类、新闻类、教育类等栏目场景中，如湖南电视台《政法报道》的场景设计以冷色调为主色调，突出强调其严肃气氛；而暖色调有温馨、热烈、人性化等特点，常用于娱乐休闲类栏目场景中，如温州电视台《荧屏向导》的场景设计以暖色调为主，雍容的紫红配上华贵的金色，营造一种舒坦、温馨的氛围。

5. 修改、形成设计方案
在完成虚拟场景的选题、主题、主色调及造型结构设计之后，设计者应把所有的构思成文，并根据构思画出虚拟场景设计草图。

在设计方案付之实践之前，设计者应就初稿征集栏目负责人、导演、场景制作者等人的意见，分析所收集到的意见，结合个人的设计风格修改设计方案初稿，直到形成最终的虚拟场景设计方案。

三、根据设计方案, 用3D软件制作虚拟场景
虚拟场景设计方案是场景创作者构思虚拟场景的文字体现和二维平面( 设计草图) 的简单体现，创作者应根据设计方案进行虚拟场景的制作，目前，应用于虚拟场景创作的三维设计软件有：3D MAX、SOFTIMAGE 3D、MAYA 等，它们一般都具有建模、描绘、特技、渲染等功能。

其中3D MAX 操作简单、使用方便，在国内得到了广泛的应用，在虚拟场景建模方面具有自己强大的优势[3]。

（一）在3d软件中的设计流程图
图3.1 制作流程
（二）在3d软件中设计的注意事项及经验
1. 在进行场景建模时，必须明确虚拟场景与装修效果图和游戏场景的区别，设计场景不要过分注重细节，电脑中的场景转换成视频信号后，许多细节部分都无法显示出来，但这些细节部分通常会占用大量的内存[4-6]。

要注意人物在场景中的比例关系，避免出现比例失调的情况发生。

要尽量减少场景中的节点数量，使场景中的面片数尽量减少，去除看不见的、多余的面，远景或者类似墙壁上的挂画等可考虑采用场景贴图替代，以减少文件量。

2. 场景中要合理地设置一些遮挡物，它可以产生很强的空间感和纵深感。

场景中大部分出现在电视画面的是一些分镜头，要注意分镜头部分的制作，这也是主要想表达背景的部分。

制作时对表现细节的部分要做细致，这一部分材质贴图的分辨率要高。

3. 贴图应使用标准倍数位图(power of 2，如256x512、512x1024等)，这样会大大减少渲染的时间，减轻系统运算负担，在Smart Set系统中最大的位图贴图尺寸不应超过1024x1024位图。

在贴图之前要将模型的法线调整到和贴图方向一致。

由于我国的电视是隔行扫描，在制作材质贴图时尽量少用横向细条纹和小颗粒的磨沙材质，否则在电视屏幕上会出现闪烁。

4. 注意制作过程对物体、贴图、材质进行英文或拼音命名，同时养成对场景文件。