虚拟演播室系统及其关键技术
虚拟演播室的跟踪技术及选择
键 技术在 不断成 熟完善 ． 本文 旨在剖 析当前 虚拟演 播室的各 种跟 踪技术 ．结
合不 同的节 目制作类型 ．提 出更利于 提升 节 目制作 效果 的解决方 案
虚拟 演播室 系统构 成
典 型 的虚拟演 播室 系统是 由摄 像设 备 摄 像机位 置参 数分析 和控 制． 图形计算 机 ． 景材料 库和 图像合成等 设备组 成 在蓝 背景 中的主持 人由前 景为虚拟摄 像机 真 实的和 虚拟的摄 像机始 而
任意速 度 自由活动 ． 受限制．自 由使 不 同的蓝 色形 状绘 制于 蓝背 景上 ．蓝 动 范围 受到 一定 的限制 ．前 景不 能挡 不 用真 实的蓝 色 支持道 具 ．不用担 心遮 背景 整体 采 用与传 统演 播室 相 同的蓝 住 网格 参者 点 ．如果特 写拍 摄推得 太
色． 因此仍可 利 用色键 合成技 术 摄 像 近 系统 有可能 失去跟 踪方 向．在接近 挡 网格。 （） ３ 跟踪数 据没有 延时 可 以６ Ｈ 机 拍摄 这种 图案后 与计算 机 跟踪 软 拍 摄 角度极 限或 聚焦 极限 时 ．无法获 ０ｚ 速率 进行摇移 ． 俯仰 及变焦 ． 无需额 外 件 及 硬件 预 先确 定 的模 型 进 行对 比 ． 得 提示或 信号指 示 。
的背 景图像 通过色键 控制器 进行 天衣无缝 的合成 出的 图像可直 接播 出或 记录在 存 输 储媒 介上
虚 拟演播 系统的跟 踪技 术
摄像机 跟踪技术 是虚拟 演播 室跟踪技 术中 的一项关键 技术 ． 它可 以获取 摄像机 在 演播室 中运动参数 包括镜 头运动 参数 ｆ 变焦 ｚｏ 聚 焦 ｆｃｓ ｏｍ ｏｕ．光 圈 ｚｉ ．机头运 动 ｒ） ｓ
以确定 物体 与虚拟 场景 的 透视 关系 及 的工 作站处理 跟踪信息 。 （｝ ４ 在合成拍 摄过程 中可以很容 易 距 离。所 以．当启动摄 像机 后 ． 系统 会
xr虚拟演播室的构成
xr虚拟演播室的构成
XR虚拟演播室是一种基于扩展现实（XR）技术的虚拟现实演播室，主要由以下几个组成部分构成：
1. XR摄像机：采用XR摄像机进行拍摄，这是虚拟演播室的基础。
XR摄像头可以在实时捕捉演员的动作和表情，将其转化为数字化的三维模型。
2. XR追踪系统：用于追踪演员的位置和动作，将其实时传输到虚拟环境中。
通过追踪系统，摄像机可以准确地捕捉到演员的移动和姿势。
3. XR计算机：负责处理和渲染虚拟环境的计算机系统。
XR计算机需要具备强大的计算和图形处理能力，以实时渲染高质量的虚拟场景，并将演员的实时图像融合到场景中。
4. XR眼镜：演员佩戴XR眼镜，可以在虚拟环境中直接观察和与虚拟场景进行交互。
XR眼镜通过头显设备向演员提供虚拟景象，使其看到与实际环境不同的虚拟场景。
5. XR交互设备：用于演员与虚拟环境进行互动，例如手柄、手套等。
这些设备可以追踪演员的手部动作，并将其实时传输到虚拟环境中。
6. XR场景生成和渲染软件：用于创建和编辑虚拟场景，并实时渲染虚拟场景和演员的图像。
这些软件可以根据演员的动作和位置实时调整场景，并将实际摄像机的拍摄内容与虚拟场景进行融合。
以上是XR虚拟演播室的基本构成，通过这些技术和设备的结合，可以实现真实演员与虚拟场景的交互，为观众呈现出逼真的虚拟体验。
大娱号虚拟演播室系统方案书
大娱号虚拟演播室系统方案书一、引言虚拟演播室是指利用虚拟现实技术，将现实世界中的演播室场景用数字化的形式呈现出来，并在虚拟环境中完成各类直播、录播等娱乐活动的系统。
大娱号作为一家大型娱乐公司，为了提升自身的直播录播能力和用户体验，决定引入虚拟演播室系统，并在此基础上开展一系列的直播活动。
本文将详细介绍大娱号虚拟演播室系统的方案。
二、系统概述大娱号虚拟演播室系统将通过虚拟现实技术，搭建一个完整的演播室场景，呈现给主播和观众。
系统主要包括以下模块：1. 虚拟场景模块该模块负责搭建虚拟演播室的场景，包括舞台、道具、灯光等元素。
通过虚拟现实技术，用户可以在虚拟场景中进行互动，并实现实时渲染和交互效果。
2. 视频录制模块该模块负责实时录制主播在虚拟演播室中的活动，并进行视频编码和存储。
录制的视频可以支持多种格式，以便后续的回放和编辑。
3. 直播推流模块该模块负责将虚拟演播室中的活动实时推流到直播平台，以供观众观看。
推流过程中需要考虑网络带宽限制和延迟控制，以保证观众的流畅观看体验。
4. 观众互动模块该模块提供观众与主播的互动功能，包括实时聊天、送礼物等。
观众可以通过系统提供的接口，与主播互动并表达自己的喜好。
三、系统设计1. 虚拟演播室场景设计在虚拟演播室中，我们将设计一个逼真的舞台场景，包括舞台、灯光、音效等元素，以及主播和观众的虚拟形象。
舞台将支持多种布景，以适应不同的直播内容。
此外，系统还将支持自定义道具的添加和编辑，以满足主播的个性需求。
2. 视频录制与编码在虚拟演播室中，主播的活动将被实时录制，并进行编码和存储。
我们将采用高效的视频编码算法，以保证视频的质量和压缩效率。
录制的视频将保存在服务器上，以便后续的回放和编辑。
3. 直播推流与延迟控制为了保证观众的流畅观看体验，我们将采用合适的流媒体传输协议，以最小化推流的延迟。
同时，我们还将使用带宽自适应算法，根据观众的网络环境自动调整推流的码率和分辨率，以保证观众在不同网络条件下都能够流畅观看。
虚拟演播室系统
虚拟演播室系统虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS)是近年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。
其原理是将摄像机拍摄的前景图像通过色键技术融入随摄像机镜头变化的虚拟场景中，以扩展电视节目制作的空间。
一、虚拟演播室系统构成典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景材料库和图像合成等设备组成。
虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图下图所示。
虚拟演播室节目制作系统构成在蓝背景中的主持人由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而上图所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。
真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。
因此，需要确定真实摄像机的位置参数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。
所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。
然后，前景图像（包括主持人和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制器进行合成。
输出的图像可以直接播出或存储。
二、虚拟演播室关键技术虚拟演播室技术包括摄像机跟踪技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和色键技术等。
1.摄像机跟踪技术摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、主持人、计算机虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
目前，摄像机跟踪技术主要有图形识别和机械传感两种方式。
(1)图形识别法图形识别实际上是一种"运动估测算法"，它可以对运动画面进行精确的计算，获得摄像机的各项运动参数。
实际应用一般采用有浅蓝色网格图案的深蓝色背景板，拍摄时，系统会对网格进行定位追踪，通过对每一幅画面中许多像素点亮度信号进行计算，可以得出画面的移动和比例的变化，用这个测量值和运动参数建立一个关于像素子集的联立方程。
电视虚拟演播室的跟踪技术及选择路径
电视虚拟演播室的跟踪技术及选择路径随着电视制作技术的不断发展，电视虚拟演播室越来越受到关注。
电视虚拟演播室利用计算机图像技术和特效处理技术，将现实场景与虚拟场景相结合，可以实现高质量的电视节目制作，使得电视节目更为丰富多彩。
而电视虚拟演播室的跟踪技术是其重要组成部分之一，本文将就电视虚拟演播室的跟踪技术及其选择路径进行分析。
电视虚拟演播室的跟踪技术是指在虚拟场景与实景融合的过程中，通过利用摄像机或传感器的信息以及虚拟场景的数据，实现对现实场景中物体或人物的跟踪，从而在秀场上显示虚拟效果。
电视虚拟演播室的跟踪技术主要可以分为以下几种：（1）光学传感器跟踪技术。
光学传感器是目前应用最为广泛的一种跟踪技术，其基本原理是通过光学设备（如激光）发射出的光束或摄像机采集的视频图像信息，对现实场景中的物体进行定位、跟踪，从而实现对虚拟场景中的物体的定位置和方向等信息的精确捕捉。
（2）惯性传感器跟踪技术。
惯性传感器是通过采用陀螺仪、加速度计等传感器，对物体在空间中的加速度、角速度、转角等数据进行测量，从而实现对其位置、方向等信息的定位和跟踪。
（3）磁电传感器跟踪技术。
磁电传感器是一种电磁传感器，利用物体周围的磁场信息，通过计算不同方向磁场传感器的输出信号，实现对物体的位置和方向等信息的精确跟踪。
（1）精度。
跟踪技术的精度是衡量其优劣的重要指标，需要通过实际测试以及使用经验等多种因素进行综合评估。
（2）稳定性。
该技术在实际应用中是否能稳定可靠、不易受干扰，以及对周围环境变化的适应性如何等等都需要作为考虑的因素之一。
（3）成本。
选用电视虚拟演播室跟踪技术时，还需考虑其成本。
成本往往涉及到设备及软件的质量、使用寿命、维护及升级成本等多个方面，需要全面评估。
总而言之，在选择电视虚拟演播室跟踪技术时，需要根据自身需求、技术特点、预算等多个方面进行综合考虑，才能选择到最为适合自己的技术。
《虚拟演播室技术》课件
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04 虚拟演播室的实践应用
教育领域的应用
远程教育
01
利用虚拟演播室技术，可以创建高质量的在线课程，实现远程
教育的高效互动。
模拟实验
02
在虚拟环境中进行实验，可以降低实验成本和风险，同时提高
实验的安全性。
虚拟课堂
03
网络直播
随着网络直播的兴起，虚拟演播室技 术也广泛应用于网络直播领域，为主 播提供更加多样化的直播场景和互动 方式。
虚拟演播室技术的发展历程
初期阶段
虚拟演播室技术最早起源于上世 纪90年代，当时的技术还比较简 单，主要用于简单的背景替换和
合成。
发展阶段
随着计算机图形技术和图像处理 技术的不断发展，虚拟演播室技 术在进入21世纪后得到了快速发 展，实现了更加逼真的视觉效果
2
实时渲染技术需要强大的图形处理能力和高效的 渲染算法，以保证渲染质量和实时性的要求。
3
实时渲染技术还包括对光照、阴影、纹理等效果 的模拟和处理，以增强虚拟场景的真实感。
三维跟踪技术
三维跟踪技术是虚拟演播室中实现真 实人物与虚拟场景无缝融合的关键技 术。
三维跟踪技术需要高精度的传感器和 算法支持，以保证跟踪的准确性和稳 定性。
新闻领域的应用
新闻播报
利用虚拟演播室技术，可以创建 逼真的新闻播报场景，提高新闻 的真实性和可信度。
虚拟采访
通过虚拟演播室技术，可以实现 远程的虚拟采访，提高新闻报道 的效率和互动性。
数据可视化
在新闻报道中，可以利用虚拟演 播室技术将数据可视化，帮助观 众更好地理解数据背后的故事。
虚拟演播室建设虚拟演播室系统方案
虚拟演播室建设虚拟演播室系统方案虚拟演播室系统是近年来随着计算机技术的飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。
在虚拟演播室系统中，摄像机的工作状态信息传送给图像工作站，计算机依次得到前景物体于摄像机之间的距离和相对位置，从而计算出虚拟场景最适宜的大小、位置，并按要求生成虚拟场景。
现场视频按照色键原理，将主持人或演员置身于蓝色背景幕布前表演，然后利用色键功能将主持人从蓝色背景中分离出来，实时地与计算机产生的三维模型完美无缺地集成在一起，构成一个现实中不存在的，但是在电视画面上却又起到演播室作用的那种假想的新的环境和气氛，最终得到把将实拍的人物与虚拟景物无缝地融合起来的画面。
虚拟演播室系统在新闻、访谈、对话、天气预报、少儿节目等演员不太多的栏目，可节省搭建实际场景的所有费用，且多个栏目共用一个演播室，缩短周期，还能实现小演播室无法实现的功能，提高创意，能够根据电视台节目录制的实际要求进行开发，实现电视台实际工作的高度结合，切实提高工作效率。
系统采用先进的技术，整个系统的硬件与软件都能够长期稳定运行。
适应电视台录制节目的广播级要求。
系统安全、可靠、稳定运行，才能实现系统的价值。
虚拟演播室系统
１ ．引 言
（）同步跟踪技术 ２ 通 过 同步跟踪 技术 ，演 员或主 持人在 虚拟 背景 中活动 时 ，跟 踪传 感器会 将演 员位 置坐标 实 时传送进 入计算 机 系
统 ， 过 计 算 机 系 统 的 处 理 ， 虚 拟 背 景 按 照 演 员 的 实 际 坐 经 将 标 状态进行 相应调整 ，从而实现演 员从虚拟背 景中走进 、 走
跳线板等 等。 演播室信 号处理流程 如下 ： 摄像机拾 取的包含蓝色 背景
作 者简 介 ：张 子 良 ， 河 南洛 阳人 ， 士 ， 息 系统监 理 师 、 男， 学 信 高级程 序 员 ， 究 方 向 ：计 算机 。 研
一
７３ ～
景物 ， 如旋 转 的地 球 ， 动 的图片 ， 运 以及 智 能粒子系 统 ， 飞 如 舞 的树 叶， 飘落 的雨丝等 。
（） 视 频 合 成 及 延 时 技 术 ４音
（） ２ 制作 周期快 ， 利用 率高 。 由于场 景 的制作 、 改 、 修 保 存等 都在计算 机上进 行 ， 制作 和更换 虚拟 背景 简单而 快捷 ， 从而 节省 了大 量 的人 力 、 力 、 物 财力 ， 且缩 短 了节 目制 作 而
出、 穿越 虚拟道具 等特殊效 果。 传统 的色键 ， 而 由于 未配备 同 步 跟踪技术 ， 仅仅 是将虚 拟背 景和演 员“ 合 ” 粘 在一起 ， 一旦 演 员在表 演 时空 间距 离上 有所变 化 ，虚 拟背 景无 法完成 同 步 ， 而造 成所谓 的“ 从 穿帮 ” 效应 。 （） ３ 三维建模 及虚拟场 景技术
周 期 ， 大 提 高演 播 室 的利 用 率 。 大
由计 算机 生成 的虚拟 背景经 过 与实景摄 像机 采集 到 的
电视节目制作中虚拟演播室的设计与应用
电视节目制作中虚拟演播室的设计与应用【摘要】虚拟演播室在电视节目制作中扮演着越来越重要的角色，随着技术的不断发展，其设计和应用也日益丰富多样。
本文将从虚拟演播室的设计原理、功能特点，到具体应用和制作流程，甚至未来发展趋势等方面进行探讨。
虚拟演播室的灵活性和创意性为节目制作带来了全新的可能性，不同类型的节目都可以通过虚拟演播室进行设计和应用，使节目更加生动、吸引人。
虚拟演播室也为节目制作提供了更多的可能性和效率，为电视节目制作带来了新的体验和视觉冲击力。
虚拟演播室的发展趋势将继续向着智能化、互动化的方向发展，其在电视节目制作中的价值也将得到更多的认可和应用。
【关键词】电视节目制作，虚拟演播室，设计原理，功能和特点，具体应用，不同类型节目，制作流程，注意事项，未来发展趋势，价值。
1. 引言1.1 电视节目制作中虚拟演播室的重要性虚拟演播室能够提供更加真实的视觉效果。
通过虚拟合成技术，制作人员可以在虚拟环境中创造出各种场景和效果，从而使节目呈现出更具立体感和细腻度的效果。
这种真实感不仅可以提升观众的视听体验，也可以让主持人和嘉宾更好地融入到节目中。
虚拟演播室还能够提高制作效率。
传统的演播室需要大量的道具和布景，而虚拟演播室则可以通过电脑软件实现虚拟合成，大大减少了制作的时间和成本。
制作人员只需要在电脑上设计好虚拟场景，就可以实时呈现出效果，简化了制作流程，提高了工作效率。
虚拟演播室在电视节目制作中的重要性不言而喻。
它不仅拓展了节目制作的可能性，提升了视听体验，还提高了制作效率，降低了成本。
在当今竞争激烈的电视节目市场中，掌握虚拟演播室技术是必不可少的。
1.2 虚拟演播室技术的发展虚拟演播室技术的发展是电视节目制作中的重要趋势之一。
随着科技的不断进步，虚拟演播室技术也在不断创新和改进。
最初的虚拟演播室技术只能呈现简单的虚拟场景，但随着计算机图形处理能力的提升和虚拟现实技术的发展，现在的虚拟演播室已经能够实现更加逼真的虚拟场景和特效效果。
浅谈虚拟演播室技术
１ 套典型的虚拟演播室系统主要 由摄像机跟踪 系统、虚拟背景生成系统及视频合成系统组成。 ３ １ 摄像机 跟踪 系统 ．
虚拟演 播室 中如何正确判 断摄 像机 、主持人及 虚拟背景之 间的相对位置关 系 ，是 实现前 、背景 图 像完 全 同步 联 动 、再现 起 初 的 透视 关 系 的关 键 所
要 有编码 器和 图形识别方 式 。
３ １ １ 编码器方式 ．．
景图像也 是靠 色键技术合成 的，但二者之间却有 “ 同步联动”关系，即将拍摄前景的摄像机进行摇 移 、俯仰 、变焦、聚焦动作时，可 通过获取摄像 机的各 种运动参数 （ 摇移 、俯仰 、变焦 、聚焦 、摄 像机空间位置等） ．去控制背景图像生成装置，使 之生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像 ， 最后通过色键将前景 、 背景图像合成输出。
聚焦 、光圈） 、机头运动参数 （ 摇移、俯仰）以及 空 间位 置参数 （ 面位置 ｘ、Ｙ 和高 度 ｚ 地 ）等 。这 些参数 的获 取对 虚拟 演 播室 系 统来 说 是至关 重 要
的 ，它会直 接影 响到合成 图像 的效 果 。在 二维 虚拟 演播 室 中，一般 只需要跟踪摄像机 的镜 头运动参 数 （ 变焦 、聚焦 ）和镜 头运动参数 （ 移 、俯仰 ） 摇 ，而
很 多不足之处 ；首先 ，由于该方式 要对 图案进行 分
法 ，即在云台上安装 １ 个专用广角摄像机，另外在 演播室的 １ 面墙的底边安装有条形码板。通过广角 摄像机扫描条形码板 ， 便可确定摄像机在演播室中
的绝 对位置 ，这被 称为有基准 方式 。这种方式 精确
度高 ，其缺点是必须保证条形码处于广角摄像机的 拍摄 范围 内 ，否则无 法正 常工作 。有些 系统采 用 ２
虚拟演播室系统
色键
抠象
遮 挡
１ 概 述
虚 拟 演 播 室 系 统 （ ｒｕｌＳｕ ｉ ｙｔｍ， 称 Ｖｉ ａ ｔｄｏＳ ｓ ｔ ｅ 简
（） ２ 图像 识 别 方 式 ：９ ５年 以 色 列 ＯＲ １９ ＡＤ 公 司 研 制 出第 一 套 允 许 摄 像 机 自 由移 动 的 图 像 识 别 系 统 。它 精 心 选 择 了供 识 别 用 的 图 形 ： 蓝 幕 墙 上 的 不 均 匀 白 深 色 网 格 ， 将 蓝 幕 前 后 向倾 斜 悬 挂 ， 用 高 速 处 理 器 ， 并 使 实 现 了可 移 动 摄 像 机 的 图形 识 别 跟 踪 。
２ ４ 切 换 ．
一
我 国 的 电视 事 业 随着 改 革 开 放 的 深入 和 国 民经 济 的 发 展 以及 人 民 文 化 生 活 日益 高涨 的需 求 而 面 临 突 飞 猛 进 的 发 展 ， 们 的欣 赏 品位 越 来 越 高 ， 人 电视 节 目的制 作 难 度 也 越 来 越 大 。 为 了 满 足 国际 交 流 和广 大 电视 观 众 的需 要 ， 用 先 进 技 术 制 作 出令 人 耳 目一 新 的 电 视 采
２ 虚 拟 演 播 室 系 统 的 关 键 技 术
２ １ 摄 像 机 的跟 踪 和 定 位 ．
对 摄 像 机 参 数 进 行 跟 踪 和 定 位 主 要 有 传 感 器 法 和
图像 识 别 法 。
程度 、 所用算法和多边形 的尺寸 、 大小 、 边数 、 复杂程 度
等 众 多 因素 有 关 。现 在 的 虚 拟 演 播 室 系统 的处 理 能力 大 多 在 ５０ —０ ０ ０ ０５ ０ ０个 多 边 形 ， 体 跟 硬 件 配 置 和 布 景 具 软件有关 。
虚拟演播室技术概述
视界观 OBSERVATION SCOPE VIEW372虚拟演播室技术概述王建波（烟台广播电视台，山东，烟台 264003）摘 要：虚拟演播室技术的出现，使电视节目的制作流程以及节目的视觉效果都发生了相当程度的变化。
本文主要介绍了虚拟演播室的组成与关键技术。
关键词：虚拟演播室 电视节目 关键技术1、概述虚拟演播室克服了传统布景费用昂贵、不宜随便搬动、灵活性差、场地不能重复利用等缺点，采用虚拟演播室技术，可以制作出任何想象中的布景和道具。
无论是静态的，还是动态的，无论是现实存在的，还是虚拟的，这只依赖于设计者的想象力和三维软件设计者的水平。
许多真实演播室无法实现的效果，对于虚拟演播室来说，确是“小菜一碟”。
虚拟演播室的产生，给视频节目制作带来了一场革命。
2、虚拟演播室组成虚拟演播室主要由摄像机跟踪系统、虚拟场景生成系统及视频合成系统组成。
虚拟演播室的基本工作原理是利用摄像机跟踪技术将摄像机拍摄到的以蓝幕为背景的视频图像传到色键合成器，并将采集到的真实摄像机的运动参数进行处理后传给图形图像发生器，图形图像发生器根据真实摄像机的运动参数生成与前景保持正确透视关系的虚拟场景和外键信号，为了对虚拟场景生成系统生成虚拟背景所需的延时进行补偿，前景信号的输出必须经过延时器进行相应的延时，再由视频合成系统的色键器将前景、虚拟场景形成完全一致的三维透视关系，使前景中的人物、景物看起来完全融合于虚拟场景中，避免了不真实、不自然的感觉。
3、虚拟演播室关键技术虚拟演播室系统关键在于如何生成虚拟背景并将其与前景融合，其中摄像机参数的跟踪、虚拟场景的生成和图像的合成是虚拟演播室技术的关键。
3.1 摄像机跟踪系统摄像机跟踪技术是虚拟演播室中的一项关键技术，它可以获取摄像机在演播室中的未知参数及动作参数，为图形渲染引擎提供准确、及时的数据，从而判断摄像机、演员、主持人及计算机虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
虚拟演播室技术特点及应用
前 景与 虚拟 场景 合成 为 一个 图像 输 出 ， 达到 以假 乱真
的效果 。
３ 虚 拟 演 播 室 关 键 技 术
３１ 摄像 机跟 踪 技术 ．
２ １年第 ６期（ １ ０ 总第 ２ ８期 ） ５
有 线 电视 技 术
ｌ 像— 踪— Ｈ —— — —作 —１ ｒ —— — 系— ｒ 算— — —站－＿ 拟 景 — — — —— １ 摄 机 —统 — 跟 — 计 —图 工— ＿＿ —机 — — — 卜 形 一虚 场
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１ 弓 言 Ｉ
虚 拟 演 播 室 （ｉ ｕｌ Ｓ ｄｏ ｓ是 计 算 机 技 术 在 Ｖ ｒ ａ ｔ ｉ， ） ｔ ｕ ｖ
电视 节 目制作 领域 的最新 应用 之 一 ， 是一 种基 于 虚拟 现实 的 电视节 目制作 技术 ，它具 有制 景 费用低 廉 、 更
２ 虚 拟 演 播 室 工作 原 理
不 同虚 拟 演播 室对 软件 的要求 不尽 相 同 ， 其 核 但
心部分 却 大 同小 异 。虚 拟演 播 室主要 由摄像 机 、 摄像
机跟 踪 系 统 、 计算 机 图形 工作 站 、 色键 合 成 器 ４个部
换 布景 方 便 ， 于 发 挥 主创 人员 创 意 ， 现其 他 技 术 便 实 难 以完 成 的特技 的优 势 ， 因此 它 的 出现 ， 但 成 功 地 不 展示 了所 有能 想 象到 的一 切 ， 而且 给 人们 带来 了焕 然
“ 移动 ” 背景 ， 之与拍 摄 的主持人 图像 （ 该 使 前景 ） 同步
变换 ， 实现 三维 场 景 的移 动变 换与 真 实摄像 机 相一 致
作 图形 作为 虚拟 场 景 ， 过 跟踪 器 系统把 采集 到 的摄 通 像 机 的运动 参数 实 时传送 给 计算 机 图形 工作 站 ， 计算
虚拟演播室技术
现场所有布景全部由单一的蓝色所取代， 以作为将来抠像的基准色。图像的前景是 不同机位的摄像机拍摄到的主持人的画面 素材。主持人所在的实景现场的全部蓝色 区域将被合成到计算机三维动画生成的虚 拟场景中。
与传统的人工搭建的舞台或演播场地相比， 虚拟三维场景应用于演播室可以说是演播 室技术的一次革命。不仅制作成本大大降 低，制作周期缩短，虚拟场景的可随意更 改的特性，极大地满足了导演的创作需要。
３、计算机部分
虚拟演播室系统配备的计算机既有基于 Windows NT系统平台的PC机，也有基于 Unix系统的图形工作站。它除了调用和调 整事先做好的三维虚拟场景外，还负责向 图形发生器传输图像数据及处理由摄像机 跟踪器传来的摄像机运动数据。
图形发生器根据主机传来的摄像机运动数 据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运 动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前 景同步。有的图形发生器的运算需要数帧 左右的时间，因此，摄像机拍摄的画面也 必须有一个同样帧数的延时，这样才能确 保真实场景与虚拟场景的吻合。
（３）位置探测
在位置探测跟踪中，用一些固定的探 测器对特定的物体进行跟踪，或通过 安装在摄像机上的仪器进行定位，推 拉和变焦参数也要通过传感器来跟踪。 这种技术从运动捕捉系统衍生而来， 工作原理与网格识别相反，但两者的 精确度相近。
2、蓝背景和背景的建立
蓝背景：制作虚拟演播室的蓝背景要求 背景平滑，还要有空间感，一般是两面 或三面蓝色墙再加上地面。为保证全景 镜头的使用，照射在蓝背景上面的光线 要均匀。为了保证色键效果最好，要使 用纯正的色键蓝色。蓝背景的空间大小， 应该能保证可容纳全部道具并且可以使 主持人有足够的活动区域。
一般来说虚拟摄像机和实际摄像机的数量 是相同的，但虚拟背景信号源的数量与实 际摄像机数量并不一定相同。用两个背景 生成器，两个色键器就可以完成任何两个 摄像机之间叠化效果制作，硬切只需要一 个虚拟背景信号源。为了完成叠化效果制 作，计算机通过编辑接口监视切换器的状 态或从预演母线上了解下一个切换的摄像 机，并对其进行切换。当虚拟摄像机切换 之后，切换器就做好了叠化的准备。
虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用
虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用1. 引言随着科技的不断发展，虚拟现实技术被广泛应用于各个领域。
其中，虚拟演播室作为一种新兴的传媒技术，利用虚拟现实技术为观众呈现出逼真的虚拟场景，极大地提升了电视节目、电影等媒体内容的制作质量和观看体验。
本文将重点探讨虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用。
2. 虚拟现实技术概述虚拟现实技术是一种能够通过计算机生成的三维图像和声音，让用户感受到身临其境的沉浸式体验。
虚拟现实技术通过展示虚拟场景，使用户感觉自己身处其中，从而改变用户对现实世界的感知。
3. 虚拟演播室的基本原理虚拟演播室是一种基于虚拟现实技术的电视制作系统。
它采用了实时渲染技术，利用计算机生成的虚拟场景替代传统的真实场景。
虚拟演播室的基本原理包括场景建模、虚拟摄像机控制和合成等环节。
3.1 场景建模在虚拟演播室中，首先需要通过建模软件对虚拟场景进行建模。
这一过程包括对虚拟场景中物体的几何形状、纹理和光照等进行建模，以及对虚拟场景中的相机位置和角度进行设置。
3.2 虚拟摄像机控制在虚拟演播室中，虚拟摄像机扮演着关键的角色。
通过控制虚拟摄像机的位置和角度，可以实时调整观众的视角，使其感受到真实的观影体验。
虚拟摄像机控制需要借助于追踪系统，通过识别演员或摄影师的动作和位置，实现对虚拟摄像机的控制。
3.3 合成在虚拟演播室中，合成是将真实拍摄的画面与虚拟场景进行融合的过程。
通过计算机图形技术，可以实现将虚拟场景与真实画面的无缝融合，使观众无法分辨出虚拟和真实的界限。
4. 虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用极为广泛，主要体现在以下几个方面。
4.1 节目制作虚拟现实技术在虚拟演播室中的应用可以极大地提升节目的制作效果和观看体验。
通过虚拟现实技术，制作人员可以实时生成逼真的虚拟场景，不受天气、地点等限制，大大节约了外景拍摄的成本和时间。
同时，虚拟演播室可以实现虚拟主持人、虚拟观众和虚拟嘉宾的参与，增强了节目的交互性和娱乐性。
虚拟演播室建设方案
1. 简介虚拟演播室是一种基于虚拟现实技术的创新演播室建设方案。
传统的演播室通常需要大量的物理设备和场地，而虚拟演播室通过使用虚拟现实技术将场景数字化，降低了设备投入和场地成本。
本文将介绍虚拟演播室建设所需的技术和步骤，以及其应用前景。
2. 技术要求虚拟演播室建设需要具备以下技术要求：•虚拟现实技术：利用计算机图形学和感知技术，实现场景的虚拟化和交互性。
•增强现实技术：通过建模和投影技术，将虚拟场景与真实环境相结合，提供更真实的观看体验。
•实时渲染和传输技术：保证虚拟演播室实时性和流畅性，减少延迟。
•多摄像头拍摄技术：提供多角度观看体验，增强观众的参与感。
•虚拟现实设备：如头戴式显示器、手柄控制器等，用于用户与虚拟场景的交互。
3. 虚拟演播室建设步骤虚拟演播室的建设可以分为以下步骤：步骤一：场景建模首先，需要对演播室的场景进行建模。
可以使用专业的三维建模软件，如3ds Max或Blender，根据实际演播室的尺寸和设备布局进行建模。
建模过程中需要考虑灯光效果、纹理贴图和真实感。
步骤二：虚拟场景制作在拥有场景模型的基础上，需要使用虚拟现实技术将其转化为虚拟场景。
可以使用虚拟现实开发工具，如Unity或Unreal Engine，创建虚拟场景并添加光影效果、动画和交互元素。
步骤三：实时渲染和传输为了保证虚拟演播室的实时性和流畅性，需要借助实时渲染和传输技术。
可以使用图形渲染引擎，如NVIDIA的RTX技术，实现实时渲染。
同时，需要配置高带宽的网络，以保证虚拟场景的实时传输。
步骤四：多摄像头拍摄为了提供多角度的观看体验，需要利用多摄像头拍摄技术。
可以设置多个摄像头，拍摄不同角度的虚拟场景，并利用视频合成技术将其融合在一起。
观众可以通过切换不同摄像头的画面来获得不同观看角度。
步骤五：用户交互设备配置为了使用户能够与虚拟场景进行交互，需要配置适当的虚拟现实设备。
常用的设备包括头戴式显示器、手柄控制器和体感设备。
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多年来，演播室的节目录制经常使用色键抠像技术，将在蓝背景前录制的前景画面（如播音员、主持人）与事先制作好的背景画面经色键器合成，产生所需的节目画面供播出或录制。
使用这种传统的抠像技术最大的缺点是在前景和背景合成时，前景和背景的图像没?quot;锁定"，也就是说摄像机运动时（变焦、移动、转动），背景无法随之变化。
这样就造成前景与背景的相对位置关系不正确，合成的图像生硬，播音员好像在背景上漂浮，不符合人们的视觉习惯。
为了避免这种情况，就需要对前景与背景在空间上"锁定"，即调整或移动背景使之与摄像机的运动同步。
虚拟演播室（V irtual Studio）可以说是应运而生，成为节目制作人员关注的焦点。
一、虚拟演播室系统构成
典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景材料库和图像合成等设备组成。
虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图如图1所示。
在蓝背景中的演员由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而如图1所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。
真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。
因此，需要确定真实摄像机的位置参数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。
所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。
然后，前景图像（包括演员和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制
器进行天衣无缝的合成。
输出的图像可以直接播出或记录在存储媒介上。
图1虚拟演播室节目制作系统构成
二、虚拟演播室关键技术
虚拟演播室技术包括摄像机跟踪技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光
技术和色键技术等。
1.摄像机跟踪技术
摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、演员或主持人、计算机虚拟场景之间的
相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。
摄像机跟踪要求有足够的精度。
以变焦比为20倍、60万像素的2/3英寸CCD摄像机为例，假定水平有效像素数为850，最小水平视角3°～5°，为保持±1/2像素的图像精确度并考虑镜头特性，要求角度定位精度和分辨率达到0.001°数量级。
目前，
摄像机跟踪技术主要有图形识别和机械传感两种方式。
(1)图形识别法
图形识别实际上是一种"运动估测算法"，它可以对运动画面进行精确的计算，获得摄像机的各项运动参数。
实际应用一般采用有浅蓝色网格图案的深蓝色背景板，拍摄时，系统会对网格进行定位追踪，通过对每一幅画面中许多像素点亮度信号进行计算，可以得出画面的移动和比例的变化，用这个测量值和运动参数建立一个关于像素子集的联立方程。
为了减少计算误差，可以选择一个基准帧，以之为基准对每幅画面进行计算。
同时为了达到实时处理，要求计算机的图像处理速度达到50帧/秒。
为了避免摄像机快速进行左右、俯仰摇动时，画面中网格图案变得模糊而影响跟踪效果，摄像机应使用电子快门。
电子快门的速度越快，允许摄像机运动的速度就越快。
同时，演播室整个蓝色幕布（蓝箱）的布光要尽量均匀。
当摄像机的光圈为5.6，电子快门速度为1/120时，网格图案的信号电平应达到70%左右，这样可获得最稳定的跟踪效果。
(2)机械传感法
基于传感器的摄像机跟踪系统最精确，传感器被安装在摄像机三角架、基座、升降摇臂的摇摄轴、俯仰轴上和镜头的变焦、聚焦环上以及滑轨、推车上。
它采集摄像机位置和透视数据，编码量化后通过RS－232端口或RS－422端口传送给计算机。
(3)两种跟踪方式的比较
无论是图形识别方式还是传感器方式各有其优缺点。
图形识别方式的优势在于：不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准，便于摄像师操作，摄像机可以不用轨道进行移动；一个跟踪器可同时用于多个摄像机。
其不足之处在于：要对每幅画面进行大数据量分析和计算，加大了视频延时量；为了精确的跟踪，必须使网格图案保持清晰，这使得摄像机景深范围受到限制；只有当画面中含有一定数量的网格图案时，系统才能进行测量计算，使得演员的活动范围受到一定的限制，无法拍摄一些特写镜头；由于背景有深浅两种蓝色，对演播室布光要求比较
严格，对色键器的质量要求很高。
机械传感方式可以弥补上述图形识别方式的不足，测量摄像机运动参数非常精确，旋转角度可以达到.001°，移动距离可以达到0.01毫米的精确度；摄像机运动不受限制，演员在蓝色布景范围内的活动自由度大。
但其缺点在于：每台摄像机必须有
一个跟踪器；摄像机移动不便，定位、镜头校准复杂困难。
图形识别和机械传感是虚拟演播室常用的两种获得摄像机运动参数的技术，各有千秋。
为了更方便用户使用，目前较为流行的几种虚拟演播室系统，在以某种跟踪技术为主的同时还融入了另外一种以及更为先进的技术，如红外线跟踪技术、超声波跟
踪技术、辅助摄像机技术。
2.计算机虚拟场景生成
虚拟演播室中的场景、道具通常都由计算机产生。
在常规演播室中不可能做到的复杂而庞大的背景，甚至许多现实生活中人们不可能见到的景观，都可以在虚拟演播室中得以实现。
随着PC机的计算能力、绘图能力和视频处理能力的极大提高，结。