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虛擬演播室藍(lán)箱設(shè)計(jì)
虛擬演播室藍(lán)箱設(shè)計(jì)
2001中南地區(qū)廣播電視技術(shù)討論會技術(shù)論文二等獎(jiǎng)虛擬演播室系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)與傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它可以把現(xiàn)場視頻與計(jì)算機(jī)生成的場景影像，按照一定的透視關(guān)系實(shí)時(shí)無縫的進(jìn)行合成，虛擬出真實(shí)演員置身于虛擬場景中的畫面輸出，以滿足人們不斷提高的欣賞要求。它的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)演播室技術(shù)的一次重大變革。在虛擬演播室系統(tǒng)中，跟蹤技術(shù)和色鍵技術(shù)的好壞，是一個(gè)系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵，但這些技術(shù)的應(yīng)用均是建立在一個(gè)最基本的環(huán)境中，即我們所稱的虛擬演播室的藍(lán)箱。
大家知道，藍(lán)箱是主持人活動的實(shí)際場景，及虛擬制作的根本依據(jù)。藍(lán)箱的好壞，可能給后續(xù)的虛擬制作工作帶來很大的影響。我頻道擬于2001年購買一套二機(jī)位的RE-SET的IBIS虛擬演播室系統(tǒng)，在進(jìn)行藍(lán)箱的設(shè)計(jì)施工時(shí)，有一些心得和經(jīng)驗(yàn)，在此與各位同行交流。
1、施工要求
在實(shí)際進(jìn)行藍(lán)箱設(shè)計(jì)時(shí)，首要考慮的問題就是藍(lán)箱所在演播室的空間問題。目前各電視臺的演播室多是一室多用，即同一個(gè)演播室由多個(gè)節(jié)目共用，也就有多個(gè)場景。這就要求在設(shè)計(jì)藍(lán)箱時(shí)要充分考慮到其它場景的位置和燈光需求，不能使節(jié)目在錄制時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量下降或穿幫現(xiàn)象。倘若演播室一室一用，專為虛擬演播室所用，就不存在這個(gè)問題。所以，建議最好是選用面積適合的小演播室作為虛擬系統(tǒng)專用。
其次，要根據(jù)虛擬系統(tǒng)的機(jī)位，來設(shè)計(jì)藍(lán)箱的形狀并計(jì)算其大小。也就是說，藍(lán)箱的大小一定要能夠滿足攝像機(jī)的推拉搖移的范圍要求，既不能過小而限制鏡頭的活動，又不能盲目加大藍(lán)箱面積而導(dǎo)致造價(jià)的大幅度提高。
然后，就是要根據(jù)使用虛擬演播室制作節(jié)目的性質(zhì)來規(guī)劃藍(lán)箱的大小。大家知道，新聞及小型訪談?lì)惖墓?jié)目在錄制時(shí)鏡頭一般較為簡單，大多是以正面近景輔以少量側(cè)面全景，且鏡頭固定，無需推拉搖移，主持人的位置也固定不動，這樣對藍(lán)箱的要求也就不高，只要顧及到側(cè)面全景不穿即可，藍(lán)箱可以做的較小。如果是錄制文藝性節(jié)目，主持人不但會來回走動，且鏡頭的推拉搖移較多，變化較大。這就要求藍(lán)箱要相對較大，給出足夠的鏡頭活動空間。
另外，在施工期期間，不能影響演播室正常的節(jié)目錄制。
2、具體設(shè)計(jì)
① 確定位置與大小：根據(jù)我頻道的實(shí)際條件，最終確定在250平米演播室的一角裝修藍(lán)箱，大小以70平米左右為宜。
② 藍(lán)箱裝修包括兩個(gè)成90度夾角的立面和一個(gè)地臺。立面與地臺的夾角應(yīng)大于90度（我們采用了立面向外傾斜10度的方案），以減少反射到主持人身上的藍(lán)光；立面與地臺間最好采取弧形過渡，這將更容易均勻布光，而且墻壁間也不會互相反射。圓滑的角落可以幫助減少燈光的明暗差異。地板應(yīng)該足夠大，以避免主持人的面光形成的強(qiáng)陰影打上立面，有時(shí)這會為制作帶來一些麻煩。藍(lán)箱整體設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。
1） 確定制作工藝
制作工藝是藍(lán)箱質(zhì)量的保證，也就是說，藍(lán)箱是否能順利完成虛擬演播室的錄制任務(wù)，制作工藝的好壞是關(guān)鍵之一。在制定制作工藝時(shí)，要從以下幾個(gè)方面來考慮：
① 制作材料
目前國內(nèi)制作藍(lán)箱的廠家主要使用兩種材料，一種是玻璃鋼，另一種就是木材。采用玻璃鋼材料，優(yōu)點(diǎn)就是材料強(qiáng)度高，幾乎不會產(chǎn)生變形，且具有不可燃性。這樣在制作前就無需對材料進(jìn)行防火、防變形等預(yù)處理工作，大大節(jié)省了工期。缺點(diǎn)是造價(jià)過高，每平方米費(fèi)用大約為2000元左右，這樣如果建造一個(gè)大約100平方米左右的中型藍(lán)箱，就需要花費(fèi)20萬元左右，這對于多數(shù)中小型電視臺來說，都是一筆不小的開支。而如果采用木料的話，其造價(jià)大約為每平方米500元左右，是玻璃鋼材料的1/4。但由于木料本身具有易燃、易變形等特點(diǎn)，所以在施工前期需進(jìn)行大量的預(yù)處理工作，延長工期，增加了施工難度。目前國內(nèi)各用戶多采用木材來進(jìn)行藍(lán)箱的搭建。
② 藍(lán)箱的搭建結(jié)構(gòu)方式
藍(lán)箱體積較大，搭建起來較為復(fù)雜，施工周期也較長。如果所有工作都在演播室中完成，勢必會影響演播室的正常使用。所以我們建議藍(lán)箱整體結(jié)構(gòu)采用積木式拼接方式，即將藍(lán)箱整體分為若干部分，先將每一部分在演播室外施工場地進(jìn)行加工完成，最后將各部分在演播室中通過榫接等方式結(jié)合在一起，形成整體結(jié)構(gòu)。采用這種方式的好處就是縮短室內(nèi)施工時(shí)間，而且預(yù)先單獨(dú)制作球形區(qū)域和各弧形區(qū)域，也較容易保證其成型。但這樣對施工者的施工水平要求很高，在整體拼接時(shí)應(yīng)能進(jìn)行準(zhǔn)確的校正，保證由多個(gè)部分組成的各平面、弧面、球面的平滑過渡性。我們的藍(lán)箱所采用的積木式結(jié)構(gòu)將整個(gè)藍(lán)箱分為二十多個(gè)部分進(jìn)行分別制作，最后再進(jìn)行整體拼裝。
3、 選材的預(yù)處理
根據(jù)自身目前的預(yù)算狀況，我們選擇了使用木料搭建藍(lán)箱，所用藍(lán)漆為國產(chǎn)阻燃漆。由于藍(lán)箱搭建在演播室中，且木料及漆料自身易燃，所以在施工前一定要對所有用料進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到消防要求。
① 對木料的預(yù)處理
防變形處理：大家知道，普通木料中含有大量水分（含水率約在25%-30%之間），在水分經(jīng)過一段時(shí)間揮發(fā)掉之后，木料就會產(chǎn)生變形甚至開裂，導(dǎo)致制成品損壞或無法使用，所以木料的防變形處理就顯得至關(guān)重要了。目前的木料防變形處理主要是脫水處理，即將含水量較高的木料放入烘干房中，加高溫使大部分水分從木料中揮發(fā)出去，從而使木料的含水率降低到10%左右。經(jīng)這種方法處理后的木料的變形量極小，不會導(dǎo)致開裂等嚴(yán)重后果。
防火處理：木料是否能達(dá)到防火阻燃的要求，是關(guān)系到演播室財(cái)產(chǎn)及工作人員人身安全的一個(gè)重要問題，一定要認(rèn)真對待，切切不可大意。目前所用的防火處理方法主要是在木料上淋刷阻燃劑，或是將木料直接放入阻燃劑中進(jìn)行充分浸泡。推薦使用第二種防火處理方法，因?yàn)榈谝环N方法只能在木料表面形成阻燃層，如果在施工過程中對木料表面進(jìn)行加工，就會破壞阻燃層。而第二種方法就會使阻燃劑滲透到木料內(nèi)部，從而達(dá)到整體阻燃效果。
要注意的是，阻燃劑中也含有一定的水分，所以最好先對木料進(jìn)行防火處理，然后再進(jìn)行防變形處理，這樣就能將木料在防火處理過程中所吸收的水分和木料本身原有水分一起排出。
② 藍(lán)箱所用藍(lán)漆的選擇與特性
虛擬演播室系統(tǒng)雖然不局限于摳藍(lán)，但藍(lán)色有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是藍(lán)色能更好地保護(hù)人體的皮膚顏色；其次，物體周圍的藍(lán)邊弱色調(diào)沒有綠邊弱色調(diào)顯眼；三是演員們在藍(lán)色環(huán)境中工作要比綠或紅色環(huán)境中愉快。
關(guān)于業(yè)界將藍(lán)箱裝修專用的進(jìn)口藍(lán)漆稱為"電視藍(lán)"的說法，我們有自己的理解。什么叫做"電視藍(lán)"？從技術(shù)指標(biāo)的角度來說，當(dāng)攝像機(jī)只有藍(lán)管輸出，而紅管和綠管都輸出為零時(shí)，攝像機(jī)輸出的就是"電視藍(lán)"。其實(shí)無論是什么"藍(lán)"，對涂料行業(yè)來說，都一樣可以調(diào)配出來，不一定非要使用昂貴的進(jìn)口專用漆。而且，除了價(jià)格因素之外，與國內(nèi)優(yōu)秀漆料生產(chǎn)廠商合作，可以定制調(diào)配添加有阻燃劑、啞光、具有一定耐磨度的特種漆。這也是我們采用國產(chǎn)漆的原因。實(shí)際上，在我們提出阻燃、啞光、耐磨、快干幾項(xiàng)要求后，廠家專門小批量地調(diào)配了六種具有不同色度、色調(diào)的藍(lán)漆，經(jīng)過我們的多次測試，最終確定了最適合的一種藍(lán)漆。測試過程是這樣的：將測試藍(lán)板放置在演播室正常制作節(jié)目的燈光下，攝像機(jī)推滿。采用矢量示波器觀察，當(dāng)將兩場色度矢量重合時(shí)，其矢量方向越接?quot;B田字"區(qū)域，說明漆色中綠色或紅色的偏色越少。矢量方向順時(shí)針偏離，說明漆色偏綠；反之偏紅。考慮到對膚色的處理，漆色偏綠強(qiáng)于偏紅。
最后，再加上對硬度與阻燃性的平衡考慮，最終確定漆型。
4、 室內(nèi)施工
預(yù)制件完成后，就可以進(jìn)演播室施工了。施工時(shí)有幾個(gè)問題應(yīng)注意：
① 預(yù)制件整體搭建時(shí)，應(yīng)保證施工現(xiàn)場地面平整，立面后要有支撐，以防止整體受力不均而引起變形。由于演播室地處大樓一層，地臺下要鋪設(shè)防潮層（我們就采用了地板專用防潮薄膜），進(jìn)行防潮處理。
② 整體打磨取平時(shí)，要注意演播室內(nèi)設(shè)備的防塵問題。設(shè)備盡量遠(yuǎn)離施工位置，并加蓋防塵布。施工現(xiàn)場應(yīng)及時(shí)打掃，盡量減少粉塵的停留時(shí)間。打磨完成后，應(yīng)用吸塵器仔細(xì)清除粉塵。
③ 地臺邊緣以及道具與地臺的接觸邊緣如果處理不好，在摳像時(shí)會形成一條很難去除的黑線。有時(shí)在利用虛擬演播室無限藍(lán)箱的功能時(shí)，地臺的邊緣由于光線的不均勻，不能完全摳干凈，但又不能用色塊填充，邊緣就形成?quot;兩不管地帶"。解決的方法是邊緣采用完全不同的顏色完全摳掉。道具的邊緣就只能是在制作時(shí)盡量保證其底部完全與地臺平面吻合，避免因產(chǎn)生陰影而影響摳像質(zhì)量。
④ 上漆的方式應(yīng)選擇滾刷。人工手刷費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且不易保證整體漆色均勻；噴涂上漆引起的"漆霧"污染太大，不適合在室內(nèi)施工。
⑤ 考慮到藍(lán)漆由于阻燃劑的添加而損失了一部分的耐磨性，在地臺藍(lán)漆之上可以再加一層啞光的清漆。
⑥ 整體漆面完成需要4-5遍藍(lán)漆和一遍清漆，但由于施工期間，演播室還要正常錄制節(jié)目，所以除了要采用快干漆之外，還要注意上漆期間的通風(fēng)問題，即使更新室內(nèi)空氣。
5、燈光
對虛擬演播室來說燈光是最困難可又是最重要的問題之一。在一些制作中，需要一些經(jīng)驗(yàn)豐富的燈光導(dǎo)演來處理虛擬演播室的燈光問題是必不可少的。
在通常情況下，針對虛擬演播室多機(jī)位的特點(diǎn)，為了使攝象機(jī)在各個(gè)角度摳出的圖像都不會出現(xiàn)"摳透"或者有"藍(lán)邊"現(xiàn)象，藍(lán)色舞臺及藍(lán)背景需要被照得非常均勻。如果藍(lán)墻的藍(lán)色調(diào)比藍(lán)地板的藍(lán)色調(diào)深，那么在最后合成的圖象就會發(fā)現(xiàn)虛擬的地板圖象和背景圖象相比顯得偏黃，造成整個(gè)場景的色溫不均勻。因此，虛擬演播室的布光越均勻，摳像效果越好，人物在地面的影子就越飽滿和真實(shí)。在虛擬演播室里，播音員的主光、輔助光、輪廓光需要單獨(dú)布置。并要使人物光和環(huán)境光之間有合適的光比，使人物在能保證最佳還原的同時(shí)，并和場景很好的融合在一起。
電視照明現(xiàn)在已由過去的高光比的方式發(fā)展到現(xiàn)在的低光比低反差的方式，而燈具的發(fā)展也在不斷的變化。三基色冷光源已作為建立虛擬演播室燈光照明的最常用燈具。我臺虛擬演播室使用的是一個(gè)原綜合性演播室的一部分建造的，原有的燈具為菲涅耳聚光燈、天幕燈和二次反射柔光燈。因此，我臺虛擬演播室的燈光使用原有的燈具進(jìn)行布光。在布光時(shí)，為避免燈光產(chǎn)生硬影子或造成局部不均勻，在聚光燈、天幕燈、柔光燈上都加上柔光紙，這樣還可以使藍(lán)墻與藍(lán)地板的圓弧過度部分比較柔和。在人物布光上，主光使用的是菲涅耳聚光燈，應(yīng)注意的是燈位的高度，
燈光應(yīng)經(jīng)常保持足夠高的角度來使陰影落在地面上而不是背景墻上，還可以避免在藍(lán)墻上形成不必要的光斑。在大多數(shù)情況下，陰影應(yīng)該避免落在真實(shí)墻壁上，除非虛擬墻與真實(shí)墻的輪廓相似。這樣可以允許用戶制作虛擬演播室比真實(shí)演播室深得多的特技。地面上的陰影使觀眾看到真實(shí)的效果，真實(shí)物體與虛擬地面天衣無縫的聯(lián)接了起來。如果真實(shí)背景太小，真實(shí)陰影被突然剪掉會產(chǎn)生負(fù)面效果，小模型技術(shù)（例如在邊緣多邊形上利用透明度）可以幫助使陰影的邊緣平滑，有時(shí)這種方法可以 解決上述問題。圖4為我臺虛擬演播室布光圖。
在虛擬演播室中，摳像效果的好壞，除燈光外服裝的選擇也同樣有著至關(guān)重要的作用。播音員的服裝要避免與背景相近或相靠，白色或特別淺色的衣服也不宜使用，因?yàn)檫@些顏色不宜摳干凈，會影響人物的邊緣和背景的融合。
地排的使用是為了增加地面的輔助光。如果沒有來自下面的燈光，只能靠藍(lán)背景對燈光的反射來照亮前景物體的下面部分。這將降低鍵的質(zhì)量，并且藍(lán)色反射將會影響鍵的效果，當(dāng)人物在虛擬場景中走動時(shí)，手勢的增加，會形成手臂的一面以及人物下巴處會被從地面反射的藍(lán)光所覆蓋。這些藍(lán)色區(qū)域會被"摳透"。地排的使用能消除這些弊端，還可以提高人物走動時(shí)腳底的亮度，消除陰影。另外過多的藍(lán)光反射在物體上。這種藍(lán)溢出在合成時(shí)能去掉，卻損失了側(cè)光和背光。
演員及真實(shí)道具在藍(lán)室中投下的影子也要隨演員及道具一起進(jìn)入虛擬空間。為了更好地提取陰影，燈光的設(shè)置應(yīng)使陰影處的藍(lán)色電平與背景藍(lán)箱的藍(lán)色電平有較大的區(qū)別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。
6、 幾個(gè)小問題
一是話筒線的問題。建議最好適用無線話筒，如果一定要使用有線話筒，可以將話筒線用同一種藍(lán)漆漆藍(lán)，以避免在使用時(shí)，因?yàn)樵捦簿�而影響摳像的效果。
其次是提示標(biāo)志的問題。我們用木料制作了幾個(gè)半球體（拳頭大�。�，打磨上漆。在使用時(shí)，放在地臺上可以起到位置提示作用，由于體積不大，上表面又是同色的球面，不會影響摳像的效果。
另外，在實(shí)際使用中，若有幾個(gè)"藍(lán)"色道具（比如立方體、階梯等），可以大大地豐富制作手段，提供更多的創(chuàng)意空間。但這種體積較大的道具也使用木制的話，一是制作結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，二是分量較重，使用時(shí)容易劃傷地臺上的漆面。可以使用泡沫塑料一次成型，表面用膠與布（或紙）包裹，最后上漆。這樣的道具不僅重量輕，而且造價(jià)也較為低廉，在電視臺的道具處就可以制作，更換十分方便。
結(jié) 束 語
總之，藍(lán)箱的制作要根據(jù)用戶的實(shí)際需求和具體情況，來選擇不同的樣式、材料及制作手段，力求達(dá)到自己的要求。
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