虚拟演播室的场景制作

2010-10-16卢奇段光宇

河南科技学院学报(自然科学版) 2010年4期

卢奇,段光宇

（1.河南科技学院,河南新乡453003;2.新乡电视台,河南新乡453000）

随着虚拟演播室技术的推广,其在现实中的应用也越来越多,其中虚拟场景的设计成为至关重要的环节,但相关的研究还处于起步阶段.本文根据用户的不同需求,从虚拟场景的制作方面分析了虚拟演播室应用中经常出现的问题,给出了在实际应用中采用的解决方案,详细提出了虚拟场景的制作方面的一些建议,并结合实际设计具体实现步骤,以期高效的制作出既美观又符合科学透视的场景.

1 虚拟演播系统

虚拟演播室系统（Virtual Studio System）是计算机技术和色键技术结合的一种新的视频节目制作系统,是一种只有演员和道具,不需要实际场景的演播室系统.虚拟演播室主要是通过计算机虚拟现实技术生成三维运动的或静止的场景来实现的,与传统演播室在实现方式上有本质的区别,因此,设计人员在制作虚拟场景的过程中要注意：①设计场景时可以根据编导的意图设计一些动态情节,这在传统的演播室设计是不可能实现的.例如,电梯的升降、角色动画、动态视频开窗等等.②场景设计中要注意人物在场景中的比例关系,避免出现比例失调的情况发生.③设计时要根据主持人的入场方式,行走路线而设计一些特定的三维物体以配合整个节目的要求.④设计前必须事先画好草图,设计好各个环节,根据草图进行三维场景的制作,这样可以避免走弯路以减少制作时间.

2 虚拟演播室的场景制作注意事项及设计

2.1 场景设计制作注意事项

（1）图片文件名不含空格.

（2）注意将不是循环的动画的Timer的loop属性修改成FALSE,同一个插值器不关联不同的属性（比如一个三维的插值器不要同时关联到移动和缩放）.

（3）地板最好不要是“网格形式”,比如砖铺地等.倒影是人物处在具有反光材质上时产生的一种光折射,由于虚拟系统是对三维背景进行实时渲染,而前景如需复制渲染一个倒影的话那将会严重的影响机器性能.人物在场景中的倒影可以采用在篮箱地板放置具有透明且反光的材料,如有机玻璃板.主持人在其上行走只产生倒影,其余部分均被扣掉.这是由于当有机玻璃板放置后,从摄像机的角度进行观察,只会看到反射的人物倒影,以及环境的蓝色,而空中的灯光不会映射到画面当中（见图1）.

（4）当出现两个带有.png贴图的前后位置错误时,调整两个物体在场景树中的前后顺序就可以解决.

（5）注意去处贴图边缘的闪烁.

（6）材质一定要赋值,不然有些物体就会发黑,客户端看不到,这时候调整物体的发射光,可以改善效果.由于VRML不具有对材质的反射功能,在场景制作时可以通过降低地板的透明度,同时使需反射的物体拷贝倒置一个,这样可以达到反射的效果.

（7）场景当中某一个局部如果可以作为一个整体,就把他们打成一个组内,方便调整,比如视频开窗和它周围的框架.

2.2 场景设计制作

（1）根据设计草图进行场景建设制作,一般是由主物体开始做起,通过主物体来确定其它场景物体的大小,可以保证整个场景的比例关系.建成一个具有两层演播室的三维模型（见图2）,这样就为特技的实现提供了前提条件,设计时可以考虑根据节目需要制作一些小的动画事件.主持人坐在虚拟的椅子上,这需要制作一个蓝色的小箱子,大小与虚拟椅子高度以及主持人所坐姿势相符,当主持人坐上去后它将被抠掉,同时注意阴影的构造,这样就可以逼真模拟人与虚拟场景的完美结合（见图3）.主持人需要坐电梯上下层,而上电梯的过程又不能忽略,所以在制作时可以采用使场景整体的下降而电梯与主持人不动,从而产生主持人乘坐电梯的效果.需注意制作过程对物体、贴图、材质进行英文或拼音命名,同时养成对场景文件所需要素打包的良好习惯,为下步的场景转换做好准备.在场景建成后需输出VRML文件,使*.max的后缀名变成*.wrl.

图1 场景中倒影处理

图2 演播室三维模型

图3 虚拟椅子设计

VRML是一种虚拟现实构造语言,VRML可以创建虚拟的建筑物、城市、山脉、飞船、星球等,还可以在虚拟世界中添加声音、动画,使之更加真实生动,甚至还可以是具有和浏览者的交互性更接近于现实世界的虚拟空间.VRML可以通过MAX文件的功能设定输出成具有*.wrl的文件名,以得到虚拟现实的构造.当这个三维场景以VRML格式输出时,就转化为最后VRML文件中的各种相应的节点,而另外的一些VRML节点在MAX场景中并不能被直接创建出来,需要向这个MAX场景中插入图标来引入相应的VRML节点,这样的节点通常是在场景中不可见的或者是空间背景、声音、大气效果等对于整个空间有效的VRML节点.例如：Anchor节点,在空间场景中制定了一个单击触发器,浏览者可以通过单击虚拟世界中和Anchor节点相联接的空间造型,而跳转到预先设置好的HTML页或另外的一个VRML虚拟世界,也可以在同一个VMRL世界中不同的空间视点之间相互进行切换;ProximitSensor节点,可以在虚拟空间中指定一个方形的区域,但浏览者替身进入到这个区域中就会触发一系列预先摄制的动画效果;Navigationinfo节点,用于浏览者替身在虚拟空间中进行浏览时各项参数的设置;Fog气效果节点,用于虚拟世界中创建出雾的大气效果,并且可以指定雾的颜色以及雾的浓度随着空间距离的变化方式;通过Sound节点可以在虚拟空间中添加所需要的音效或者环境音乐;LOD（Level of Detail）细节控制节点,就是在不同的观察距离上,分别指定不同复杂程度的空间形体来表示同一个空间造型,从而保证在不降低浏览效果的前提下,提高整个VRML空间的浏览速度方法;TouchSensor可以使浏览者在浏览器窗口选一个对象时就能触发一系列的动画,这是VRML中最常见的一种触发方式;TimeSensor节点通过控制时间来触发虚拟空间中的动画效果,通过这个节点可以将一个空间造型的动画在几个指定的时间段中进行,或者无限的循环一个动画效果;BackGround节点用来指定整个虚拟场景中的背景,其中包括天空、地面颜色的设置;AudioClip节点引入WAV格式或者MIDI格式的声音文件;BillBoard编组节点,将使虚拟世界中的空间造型自动的保持正对着浏览者的方向;InLine节点在VRML中用于在虚拟世界中插入其他的VRML文件所创建的空间造型或者整个的空间场景,通过Inline节点,可以方便的将不同开发人员创建的不同部分集成为最后的整个虚拟空间.通过以上几种节点效果的加入,可以使我们完成许多的特技效果,这里我们使用最多的是 Fog、Lod、TouchSensor、TimeSensor.

（2）场景建成后,开始为所需动态物体设定动画路径,注意不同动画路径设定的前后顺序,以免出现动画混乱现象.先设定整个场景的上下动画,为了实现人物乘电梯过程的再现,可以通过对整个场景进行动画路径的设定（不包括所搭乘的载体）,那么载体不动而背景上下运动,就会产生出犹如人搭乘着载体上下运动的效果,然后再设定其他事件的动画路径（见图4）,这样就会使操作者使用起来很方便.

图4 动画路径设计

（3）为不同的动画步骤分别存储.一般动画物体的设定都具有动画的分解步骤,如：电梯,它可以分为电梯的降、开门、关门、电梯的升这四步动作,那么要实现对动画的分别控制,就需要利用它们的分解动作分别存储成不同的文件名,在进入系统前把它们分别指定给相应的操作按钮,这样操作者可以根据主持人的时间快慢分别控制.

（4）场景转换.一般MAX文件进入虚拟系统前都需要进行一次场景的转换,以减少文件的大小.为了得到更小的文件（保证画面效果的前提下）,在转换之前还须对场景的面片数进行一次优化,使永远看不到的多余面片删除、弧型物体的节点段数尽量减少、贴图文件不要太大.经过优化使整个场景的面片数控制在6 000～7 000个之间.

（5）场景输出.在MAX里将以上的几点工作做完之后可以进入到最后的环节,场景的输出.在MAX中打开一个准备输出VRML文件的空间场景,然后在file菜单中选取Export（输出）命令,在出现的对话框里给出准备输出的文件类型、存放路径及文件名称,从文件类型下拉列表中选取VRML97,在输出参数对话框中设置各项输出参数.输出成*.wrl文件,可以直接调入虚拟演播室系统中进行预览和使用.