第九章虚拟演播室系统
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第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室工作原理：是把摄像机拍摄到的以蓝色幕布为 背景的画面作为前景，用一台超级实时图形计算机中的三 维动画软件生成的三维动作图形作为虚拟场景，通过跟踪 器系统把采集到的摄像机的运动参数实时传送给计算机图 形工作站，计算机图形工作站经大量运算后，产生与实际 摄像机拍摄的实景画面相匹配的虚拟场景。再通过深度键 和色键将前景与虚拟场景合成为一个图像输出。
在美国一家杂志社评选影响未来十大科技水平时， 因特网位居第一，虚拟现实技术名列第二。
虚拟现实技术，又称为“灵境技术”、“虚拟环境”、 “赛伯空间”等
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实（VR）：是一种高端人机接口，包括通过视觉、听 觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交 互。
四、虚拟演播室系统关键技术
机械传感方式：是通过有摄像机的横摇、俯仰、变焦、聚焦、 光圈的机械转动位置安装咬合齿轮来测量摄像机的运动参数 （一般为4个参数），当摄像机机头运动时，各个传感器可以检 测到齿轮的旋转角度变化，并对变化量进行编码。编码数据通 过接口送到主机，主机根据真实摄像机的机位，在虚拟场景中 计算出这一机位的虚拟背景，并在虚拟背景叠加真实人物，从 而制作出虚拟演播室节目。
虚拟演播室系统关键技术：摄像机跟踪技术、 计算机虚拟场景生成技术、蓝箱技术、灯光 技术和无限蓝箱技术等。
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、演员或节目主 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。
第九章虚拟演播室系统
三、虚拟演播室系统的分类
从硬件平台分类：可分为基于PC平台的系统 和基于UNIX平台的系统。
从工作原理分类：可分为二维虚拟演播室系 统、三维虚拟演播室系统、真三维虚拟演播 室系统以及为适应高清晰度电视系统而开发 的HD虚拟演播室系统。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性，这就 是沉浸（Immersion），交互（Interaction）和想象 （Imagination）。（如下图所示）
沉浸
3I 交互
想象
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室：是一套由计算机系统、电视摄像机 （装有跟踪器）、三维场景发生器、色键器以及视 音频切换台等构成的电视节目制作系统。
多个摄像机机位共用一套虚拟场景生成系统，在前景机位切 换的同时，在虚拟场景生成系统中完成场景的切换。但有延 时现象。 独立式结构：它是采用一对一的通道化结构方式，每一个摄 像机对应一个图形和图像处理通道，每个通道都包括一套摄 像机跟踪系统、延时器、虚拟场景生成系统、色键混合器， 每个通道输出的信号都是前景、虚拟场景已经合成好的视频 信号，可以直接在特技切换台上与别的通道输出的视频信号 之间作特技切换。杜绝了延时现象。
其实质是将计算机产生的虚拟三维场景与摄像机现 场拍摄的演员（或节目主持人）表演的活动图像进 行数字化的实时合成，使演员（或节目主持人）的 表演（前景）与虚拟场景（背景）达到同步的变化， 从而实现前景与背景的完美结合。
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室系统结构：一般有共用式结构和独立式结构两种 共用式结构：它是采用共用虚拟场景生成系统的结构方式，
构成VR系统的五个典型组成部分如下图所示：
VR引擎
I/O设备
软件和 数据库
用户 任务
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
三维空间中的活动对象有六个自由度，其中三个用于平移， 三个用于旋转。如果在活动对象上捆绑一个笛卡儿坐标系 （如下图所示），那么它平移将沿着X，Y和Z三个轴，沿这些 轴的旋转分别称为偏航、俯仰和滚动。当对象高速运动时， 需要能迅速地测量出由这些参数定义的六维数据集。
Z 滚动
Y 俯仰
X 偏航
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实系统：是要创建一个酷似客观环境又超 越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人 机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操纵 的空间，其目标就是真实的体验和方便自然的人 机交互。能够达到或部分达到这样目标的系统就 称为虚拟现实系统。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
红外线传感方式：是通过在摄像机上面安装红外线接 收反射器，在演播室各个控制点安装多个红外线发生 器，利用红外线测距原理，实时测量表演者和摄像机 在演播室中的位置，获得机位运动参数，红外发射装 置可安装于表演者身上和摄像机上，而接收装置（两 个或更多）可安装于蓝色幕布的上方。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
摄像机跟踪技术主要有图形识别、机械传感、红外线 传感和超声波传感4种方式。
图形识别方式：是通过对摄像机所摄图像的形态识别和分析来 间接确定真实摄像机的各种运动参数。它可以对运动画面进行 精确的计算，获得摄像机的各项（多达8个）运动参数。
第九章虚拟演播室系统
第9章 虚拟演播室系统
第九章虚拟演播室系统
学习目标
了解虚拟现实技术 知道虚拟演播室系统的类型及特点 理解虚拟演播室系统的工作原理 了解虚拟演播室系统采用的关键技术 掌握虚拟演播室的布光方法 学会运用虚拟演播室制作电视节目
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实技术：是一系列高新技术的汇集，这些技 术包括计算机技术、计算机图形学、传感技术、人 体工程学、人机交互理论、多媒体技术等。
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室的组成：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个部分组成。
摄像机 延时
图形
BG
工作站
M
色 键
合 成
控制信号
合
图
图像识别 或机械跟踪
成
Baidu Nhomakorabea
像
矩阵 FG 器
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室工作原理：是把摄像机拍摄到的以蓝色幕布为 背景的画面作为前景，用一台超级实时图形计算机中的三 维动画软件生成的三维动作图形作为虚拟场景，通过跟踪 器系统把采集到的摄像机的运动参数实时传送给计算机图 形工作站，计算机图形工作站经大量运算后，产生与实际 摄像机拍摄的实景画面相匹配的虚拟场景。再通过深度键 和色键将前景与虚拟场景合成为一个图像输出。
在美国一家杂志社评选影响未来十大科技水平时， 因特网位居第一，虚拟现实技术名列第二。
虚拟现实技术，又称为“灵境技术”、“虚拟环境”、 “赛伯空间”等
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实（VR）：是一种高端人机接口，包括通过视觉、听 觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交 互。
四、虚拟演播室系统关键技术
机械传感方式：是通过有摄像机的横摇、俯仰、变焦、聚焦、 光圈的机械转动位置安装咬合齿轮来测量摄像机的运动参数 （一般为4个参数），当摄像机机头运动时，各个传感器可以检 测到齿轮的旋转角度变化，并对变化量进行编码。编码数据通 过接口送到主机，主机根据真实摄像机的机位，在虚拟场景中 计算出这一机位的虚拟背景，并在虚拟背景叠加真实人物，从 而制作出虚拟演播室节目。
虚拟演播室系统关键技术：摄像机跟踪技术、 计算机虚拟场景生成技术、蓝箱技术、灯光 技术和无限蓝箱技术等。
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、演员或节目主 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。
第九章虚拟演播室系统
三、虚拟演播室系统的分类
从硬件平台分类：可分为基于PC平台的系统 和基于UNIX平台的系统。
从工作原理分类：可分为二维虚拟演播室系 统、三维虚拟演播室系统、真三维虚拟演播 室系统以及为适应高清晰度电视系统而开发 的HD虚拟演播室系统。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性，这就 是沉浸（Immersion），交互（Interaction）和想象 （Imagination）。（如下图所示）
沉浸
3I 交互
想象
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室：是一套由计算机系统、电视摄像机 （装有跟踪器）、三维场景发生器、色键器以及视 音频切换台等构成的电视节目制作系统。
多个摄像机机位共用一套虚拟场景生成系统，在前景机位切 换的同时，在虚拟场景生成系统中完成场景的切换。但有延 时现象。 独立式结构：它是采用一对一的通道化结构方式，每一个摄 像机对应一个图形和图像处理通道，每个通道都包括一套摄 像机跟踪系统、延时器、虚拟场景生成系统、色键混合器， 每个通道输出的信号都是前景、虚拟场景已经合成好的视频 信号，可以直接在特技切换台上与别的通道输出的视频信号 之间作特技切换。杜绝了延时现象。
其实质是将计算机产生的虚拟三维场景与摄像机现 场拍摄的演员（或节目主持人）表演的活动图像进 行数字化的实时合成，使演员（或节目主持人）的 表演（前景）与虚拟场景（背景）达到同步的变化， 从而实现前景与背景的完美结合。
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室系统结构：一般有共用式结构和独立式结构两种 共用式结构：它是采用共用虚拟场景生成系统的结构方式，
构成VR系统的五个典型组成部分如下图所示：
VR引擎
I/O设备
软件和 数据库
用户 任务
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
三维空间中的活动对象有六个自由度，其中三个用于平移， 三个用于旋转。如果在活动对象上捆绑一个笛卡儿坐标系 （如下图所示），那么它平移将沿着X，Y和Z三个轴，沿这些 轴的旋转分别称为偏航、俯仰和滚动。当对象高速运动时， 需要能迅速地测量出由这些参数定义的六维数据集。
Z 滚动
Y 俯仰
X 偏航
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实系统：是要创建一个酷似客观环境又超 越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人 机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操纵 的空间，其目标就是真实的体验和方便自然的人 机交互。能够达到或部分达到这样目标的系统就 称为虚拟现实系统。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
红外线传感方式：是通过在摄像机上面安装红外线接 收反射器，在演播室各个控制点安装多个红外线发生 器，利用红外线测距原理，实时测量表演者和摄像机 在演播室中的位置，获得机位运动参数，红外发射装 置可安装于表演者身上和摄像机上，而接收装置（两 个或更多）可安装于蓝色幕布的上方。
第九章虚拟演播室系统
四、虚拟演播室系统关键技术
摄像机跟踪技术主要有图形识别、机械传感、红外线 传感和超声波传感4种方式。
图形识别方式：是通过对摄像机所摄图像的形态识别和分析来 间接确定真实摄像机的各种运动参数。它可以对运动画面进行 精确的计算，获得摄像机的各项（多达8个）运动参数。
第九章虚拟演播室系统
第9章 虚拟演播室系统
第九章虚拟演播室系统
学习目标
了解虚拟现实技术 知道虚拟演播室系统的类型及特点 理解虚拟演播室系统的工作原理 了解虚拟演播室系统采用的关键技术 掌握虚拟演播室的布光方法 学会运用虚拟演播室制作电视节目
第九章虚拟演播室系统
一、虚拟现实技术
虚拟现实技术：是一系列高新技术的汇集，这些技 术包括计算机技术、计算机图形学、传感技术、人 体工程学、人机交互理论、多媒体技术等。
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
虚拟演播室的组成：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个部分组成。
摄像机 延时
图形
BG
工作站
M
色 键
合 成
控制信号
合
图
图像识别 或机械跟踪
成
Baidu Nhomakorabea
像
矩阵 FG 器
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理
第九章虚拟演播室系统
二、虚拟演播室工作原理