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第24章 传媒节目、作品制作新技术(7)

(4)灯光

对于虚拟演播室而言,灯光是最困难也是最重要的问题之一,除了要保证所摄部分的蓝箱处于均匀照明,便于色键抠像外,还要注意以下一些问题:其一要合理调配灯光,使前景与虚拟背景的照明亮度及方向相匹配;其次是影子问题,演员及真实道具在蓝箱中投下的影子要随演员及道具一起进入虚拟空间,影子的方向也要和虚拟场景中的光源方向一致;另外,为表现虚拟背景中反光地板上的影子效果,可在蓝箱地板上铺设蓝色透明塑料。虚拟演播室中的影子效果一般只限于落在地板上,地面上的阴影会使观众产生一个真实的效果;再就是真实背景的大小应考虑阴影问题,落在真实背景外的阴影在合成时将会被剪裁掉,不完整的阴影效果会给观众视觉上产生负面影响。另外,还应考虑地面辅助光问题。如果没有来自地面的光源,只靠蓝色背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分,将会影响抠像的质量。

6.虚拟演播技术的发展趋势

虚拟演播技术最初只是用于演播室节目的制作,但现在它的应用范围有了很大的扩展,特别是在体育节目的报道及广告方面,出现了以虚拟演播技术为基础的一些新技术,如虚拟主持人技术、虚拟重放系统、数字重放系统及虚拟广告系统等,利用这些技术制作节目可得到非常好的效果。

(1)虚拟主持人技术

虚拟主持人技术是通过在真人身上加装一定数量的传感器,捕捉真人的动作以及表情变化,并把这些参数传给由图形工作站虚拟出的虚拟人物,使二者动作协调一致,那么就完全可以由虚拟主持人代替真实人物来主持各种电视节目,这在媒体竞争日趋激烈的今天,必将会带给观众一种全新的视觉冲击力。

(2)虚拟出席

虚拟出席是在基本系统的基础上增加的一个特殊功能,它能将远地传来的实况视频无缝地组合入本地演播室。也就是说,虚拟出席可将远地演播室中的表演者与本地演播室中的表演者实时地结合在一个虚拟场景中,而不需要通过视频窗口。两个表演者可以在虚拟场景中面对面地相互交谈、表演,观众觉察不到他们是身处异地。这一功能的好处是远地的节目嘉宾可以不必再亲临本地演播室参与节目制作,他们只需到最近的蓝幕演播室处,便可实时且无缝地进入到节目中。

(3)虚拟重放系统

虚拟重放系统主要应用于足球等球类比赛的转播及评论节目。它可提供球场、队员及球的动态三维图形画像,同时可连续改变虚拟摄像机的拍摄视点。虚拟重放系统的工作过程是这样的:首先选择一帧要分析的视频图像,画面在这一帧冻结起来。接着冻结起来的二维视频图像渐渐变成一幅动画形式的三维场景,即球场、队员及球等都变成了相应的三维图形画像。虚拟摄像机可围绕这一场景进行自由的“飞绕”拍摄,因此观众可从任意角度观看这一瞬间的比赛情况。虚拟重放系统将逐步改变体育节目的转播方式,它可部分代替慢速重放,可从各个角度模仿真实比赛的情况,因此呈现在观众面前的将不再是“有争议”的或是难以判断的情况。

(4)数字重放系统

数字重放系统主要应用于体育比赛的报道及评述节目。它能迅速重放各种精彩场面,在重放时,通过使用先进的视频跟踪技术,可突出显示并自动追踪关键运动员或球,显示他们的运动轨迹或路线,测量并显示运动员和球的速度以及两物体之间的距离,可在视频图像上直接描画各种箭头、轨迹、路线和标志。对于观众来说,数字重放系统可使他们更清楚地了解比赛中的每一个细节,从而能更好地欣赏比赛。

(5)虚拟广告系统

虚拟广告系统可在体育节目或文艺节目的直播期间,将演播室制作的虚拟广告牌插入到赛场或表演场的空地上,或用虚拟广告牌替换掉场地上原有的广告牌,合成后可达到以假乱真的效果,观众丝毫不会觉察。利用虚拟广告系统有很多优点。首先,在对不同的地区进行转播时,可插入不同的广告,增强广告的有效性,提高资源利用率。另外,赛场上的广告可以不再是静止的,可以将插入的虚拟广告做成动画形式,各种二维或三维的动画广告更能吸引观众的注意力。此外,使用虚拟广告后,广告位置不再局限于场地的边边角角,如果愿意,整个场地都可以放置虚拟广告,广告尺寸也不会有任何限制。

而且,虚拟广告可插入到以前无法利用的空间,如水面、沙滩、雪地或高空。

(6)移动场景

移动场景也是一种具有特殊功能的系统,它可将视频及动画插入到室内和室外的节目中。这里使用的是一块绘有格子图案的小型面板,拍摄节目时将它放置在需要插入视频或动画的场景位置上。摄像机可从任意角度拍摄,得到的格子图案信息可控制生成装置生成与面板透视关系一致的视频或动画。最后经色键合成后,在相应于面板的位置就会出现视频或动画,且其透视关系与面板完全一致。移动场景功能非常适合于体育报道、实况采访、天气预报、现场新闻报道等节目,它可给节目增添活力,带来耳目一新的感觉。

3.5.2 虚拟现实动画技术

虚拟现实(virtual reality,VR)技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术,原本是美国军方开发研究出来的一项计算机技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支,从而大大地推进了计算机技术的发展。由于它生成的视觉环境是立体的,音效是立体的,人- 机交互是和谐友好的,因此虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状。

随着虚拟现实技术在图形与图像领域中应用的开始,图形与图像处理技术也完成了一个文字→图形→视频→三维动画→虚拟现实的发展过程。文字、图形很难说明事物动态的过程,而用三维动画的方式,虽然能动态说明事物发展的过程,但由于其播放机制的原因,又很难对动画过程加以任意控制。

而在动画制作中引入了虚拟现实技术后,计算机动画才真正进入了人-机交互的崭新的发展阶段,即虚拟现实动画技术阶段。

虚拟现实是计算机模拟的三维环境,用户可以走进这个环境(用鼠标控制浏览方向)并操纵场景中的对象,它的图形渲染是“实时”的,这是它与动画制作的最大区别。这种“实时性”保证了在虚拟场景中人- 机的“可交互性”。目前已经开发出来的虚拟现实再现装置,在视觉方面有头盔式立体显示器等,在听觉方面有三维音响输出装置等,运动感方面有数据手套、数据衣等,此外还有力觉、触觉以及一些语音识别、眼球运动检测等装置。但上述这些内容需要依靠辅助设备来实现,在这里主要讨论计算机图形图像(包括动画、视频)中应用的虚拟现实技术,它不需要任何辅助设备,完全由计算机软件完成。

在众多虚拟现实软件中,主要分为两种技术:一种是基于平面图像的技术,如Panorama,是把写实图像绘制成圆筒或者球形,并从中心点进行环视。

其制作过程很简单,并且因为使用的是照片,所以画面质量非常好。另一种是基于三维模型的技术。基于此种技术生成的不是简单的静态图形,而是通过快速的渲染来实现的实时的三维模型画面,具有强烈的空间现实感。使用者与特定物体之间进行交互作用,完美地表现出一个由声音与动画组成的可控的三维空间。

1.基于平面图形图像的虚拟现实技术

(1)Ulead COOL 360

Ulead COOL 360是一个全景图片生成器。所谓全景图片就是将一系列的图片拼接成为一张完整的全图。例如可以将某一个地方按照360°旋转拍摄一周,运用Ulead COOL 360就可以将这些图片完整地拼接成为一张完整的图片。

QTVR 技术是利用Apple 公司的QuickTime 技术实现的虚拟显示效果。

从三维造型的原理上看,它是一种基于图像的三维建模与动态显示技术。从功能特点上看,它有视线切换、推拉镜头、超媒体链接三个基本功能;从性能上看,它不需要昂贵的硬件设备就可以产生相当高程度的虚拟现实体验。

(2)QuickTime VR 技术

①造型特点

三维复杂模型的实时建模与动态显示是飞行模拟、实时动态仿真及虚拟现实等技术的基础。目前,三维复杂模型的实时建模与动态显示技术可以分为两类。一是基于几何模型的实时建模与动态显示;二是基于图像的实时建模与动态显示,QTVR 就是采用基于图像的三维建模与动态显示技术。

基于几何模型的实时建模与动态显示是计算机图形学中的传统方法。首先,在计算机中建立起三维几何模型,一般均用多边形表示。在给定观察点和观察方向以后,使用计算机的硬件功能,实现消隐、光照及投影这一绘制的全过程,从而产生几何模型的图像。这种基于几何模型的建模与实时动态显示技术的主要优点是观察点和观察方向可以随意改变,不受限制。但是,它也有两个缺点:一是复杂模型的造型过程比较繁琐、工作量大;二是每一个观察点或观察方向都需要进行复杂模型或场景的绘制计算。因此,需要具有较强计算能力和图形功能的工作站。在这样的背景下,人们开始考虑可否避开繁琐的造型过程和复杂的绘制计算,而直接用图像来实现复杂环境的实时建模与动态显示。QTVR 就是一种利用图像镶嵌方式来实现复杂环境的实时建模与动态显示的技术。

在建造QTVR 的三维场景时,选定某一观察点设置摄像机。每旋转一定的角度,便摄入一幅图像,并将其存储在计算机中。在此基础上实现图像的拼接,即将物体空间中同一点在相邻图像中对应的像素点对准。对拼接好的图像实行切割及压缩存储,形成全景图。用户从存储介质中调出全景图即可形成对三维复杂场景的漫游。这种三维空间,只能在所设定的观察点的位置上对三维场景进行漫游。如果要换一个观察点,必须再重新摄取一组图像构成全景图,当改变观察点进行漫游时,便会出现图像突变的情况,也就是三维空间切换不是很平滑。

这种基于图像镶嵌方法的优点是可由摄像机获取三维场景,不需要进行几何造型,对计算机的计算能力要求不高,可实现实时建模与动态显示,但需较大的存储空间。其缺点也是明显的,即场景本身必须是静态的,而且在漫游时,观察点及观察方向受到了严格的限制,这是因为不可能做到对于任意的观察点都拍摄一组图像存放在计算机中。

②功能特点

QTVR 最基本的功能特点是能够实现对三维空间和三维物体全方位的观察,它不需要一般虚拟现实技术影片所要求的昂贵的特殊头盔、特殊眼镜和数据手套。所有对三维造型的操纵仅用普通鼠标、键盘就可完成。操纵三维造型的方式有两种:对于三维空间,可以在一个观察点环绕360°,可选任意一个角度进行观察,它是以观察者为中心的,如图3‐19所示;对于三维物体,用户可以在一个立体的360°空间中,任选一个角度进行观察,它是以三维物体为中心的,如图3‐20所示。在某一个角度进行观察时,用户可实现放大或缩小观察效果,类似于摄像机的推拉镜头,也类似于观察者观察视点向前或向后移的效果。在三维空间和三维空间之间、三维物体和三维物体之间、三维空间和三维物体之间,可以存在超媒体链接,用户利用这种超媒体链接,可以在它们之间进行平滑的切换,从而置身于真实感很强的虚幻空间之中,这种超媒体链接不仅可链接QTVR 两种基本类型的节点,还可以链接其他多媒体素材,如图像、声音、视频、文字,等等。

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