摘 要：笔者分析虚拟演播室的基本原理，种类，及在实际施工中灯光的配合问题。
关键词：虚拟； 摄像机跟踪； 真三维
河北遵化广播电视台有一75m2传统演播室，由于几个栏目共用，在节目制作过程中，需要经常更换场景，经常出现拆了又建，建了又拆的现象，节目制作效率低下，材料浪费严重。由于受传统演播室场地，场景制作技术的局限，栏目编导人员的很多奇思妙想得不到实现。经领导研究决定，引进一套虚拟演播室系统。
1 虚拟演播室系统按摄像机跟踪方式的不同分为图案辨识方式和机械跟踪方式两种
两者都是通过摄像机跟踪器把真实演员及物体与摄像机之间的位置及透视信息送给图形计算机，然后以摄像机的镜头产生虚拟环境，把真实演员与虚拟场景匹配起来。
1.1 图案辨识方式 图案辨识是将一个精确的网格图案以两种不同的蓝色形状绘制于蓝背景上。通过摄像机识别这种图案并与计算机跟踪软件及硬件预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟场景的透视关系及距离。它的优点是无需镜头校准；同一个跟踪器可同时用于一个以上的摄像机，造价相对便宜。缺点是由于网格的影响，很难保持良好的键的质量。摄像机运动受限制，不能摇移及俯仰出网格，否则不能定位。
1.2 摄像机跟踪方式 摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据，它通常被安装在三角架或基座之上，机械跟踪器一般使用传感器来确定需要的数据。信息经常通过一些串行接口类型如RS232或RS422被传送给计算机。它的优点是测量摄像机参数可以达到非常精确，旋转角度可以达到0.001°，移动距离可以达到0.01 mm的精确度，工作稳定，数据处理时间短。主持人活动不受限制，由于单色背景没有网格，键的质量良好。缺点是每台摄像机都需要一台跟踪器，造价相对较高。
2 虚拟演播室系统根据生成背景图像的维度不同
可分为：二维虚拟演播室、真三维虚拟演播室和所谓的二维半虚拟演播到。
2.1 二维虚拟演播室系统 也被称为虚拟背景，，它可以是多层动态和静态效果的叠加，只不过是不具备镜头的推拉摇移效果。这种演播到系统生成的虚拟场景为二维图像，这类系统的价位较低，背景生成装置一般采用图像处理器。
2.2 二维半虚拟演播室系统 二维半虚拟演播室系统生成的背景图像的维度为三维，但又不同于三维虚拟演播室系统，它的虚拟场景必须在三维动画编辑软件里设计制作成三维模型场景，将制作好的三维模型场景进行渲染，制作成高图像质量的图片。也就是说，它的场景仅仅是一个用三维软件制作的具有立体空间感的高质量图片，这个场景图片的角度和位置一旦渲染就无法改变，同样二维半也是不具有镜头的推拉摇移效果，但目前市场上所见到的多功能虚拟演播室系统，也都有所改进，增加了一些简单的单机位实现多机位效果的功能，就是可以通过一张图的不同剪裁实现远景、中景以及近景的效果。
2.3 真三维虚拟演播室系统 这种系统的价位比较高，属于高档的虚拟演播室系统，可以创建全三维的虚拟场景。真三维虚拟演播室系统的摄像机能够在场景中自由运动，系统可以实时地读取场景模型，这是真三维虚拟演播室系统与二维半虚拟演播室系统的最主要的区别。可以这样简单的理解，二维虚拟演播室的场景是一张三维软件渲染出的图片，而三维的场景则直接导入三维软件的工程文件。
经过多方考察比较，结合我台经济情况最后决定选用摄像机跟踪方式的单通道三机位数字真三维虚拟演播室系统。
视频连接框图如下
摄像机的视频信号通过图形渲染工作站，经过延时等处理后与系统调用的三维虚拟场景进入色键器进行叠加生成主输出信号。主输出信号的生成是在色键器上完成的。该色键器生成的键信号将场景与由色键器处理过的视频信号进行融合。生成的画面可经过字幕叠加或直通由非线性系统采集到本机高速硬盘或外接录机上。系统摄像机的视频信号采用SDI数字信号输入，充分保证了视频信号的质量，同时能够满足色键器对信号性能指标的要求。
虚拟演播室节目制作中灯光所起的作用是十分关键的。为了消除多余的阴影，保证色键的效果，灯光的布置相当重要。蓝色舞台需要被灯光照得非常均匀，因而要合理调配灯光，使前景与虚拟背景的照明亮度及方向匹配。主持人及真实道具在蓝箱中投下影子也要随主持人及道具一起进入虚拟空间。如果主持人在演播室中不能投下相同的阴影长度，虚拟场景的设计就应有长的阴影。为了更好地提取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。影子的方向也要和虚拟空间中的光源方向一致。在虚拟演播室中，实际光源和虚拟合成光源之间的同步变化很重要。在我台虚拟演播室中以三基色柔光灯为主，这种灯发光均匀、阴影小、发热少、色温相对恒定而均匀，因而光布在主持人脸上会显得自然而逼真；采用传统聚光灯进行轮廓光及眼神光的照明。同时，传统的演播室一般都运用点布光原理来满足节目对灯光的要求，而虚拟演播室技术采用的是色键器消蓝技术进行抠蓝处理，因此，要消除蓝色对前景(主持人)的影响就必须要有整体布光的理念。先前景布光，后蓝箱布光。
实际设计中，由20台三基色柔光灯构成环境基础光以达到整个光区照度均匀，光线柔和。主轮廓光采用6台2KW中度漫反射聚光灯，使光效层次分明。采用固定轨，滑轨加恒力铰链吊杆系统，主光源灯具可在三维空间内任意移动，整个系统方便灵活。
灯光设计如下图
经过几个月的使用，虚拟演播室为河北遵化广播电视台的栏目制作提供了无限的创造空间，但对栏目制作人员的想象力，制作能力，艺术创新能力提出了更高的要求。我们相信，随着虚拟演播室的使用，河北遵化广播电视台的节目质量一定能更上一层楼。
