浅谈影视传媒数字虚拟现场制作技术的发展演变

摘要：本文根据作者自身的学习和从事虚拟现场制作工作中的实践经验，简要介绍了虚拟现场制作技术的发展演变，以及虚拟拍摄技术在当代电影电视领域中的作用。客观探讨一下虚拟拍摄这一技术方式在未来的发展方向和改进设想。

关键词：虚拟现场制作;计算机图形虚拟空间;传感器;影视制作

数字图像技术在电视电影行业的标准化应用直接奠定了动态视频图像内容丰富化的发展趋势，从根本上改变了过去模拟信号技术时代图像低画质和影视产品制作低效率高投入的生产属性。在21世纪头20年的时间里，数字图像技术仍然在迅猛发展，720P，1080P图像制式已经逐渐成为过去式，2K，4K HDR，8K视频制式正在伴随着5G技术、网络IP化制作的大技术前提下正在逐渐发展成为当前以及未来一段时间内影视传媒制作的技术主流。在此基础上，以计算机图形混合现实技术为根基的虚拟现场制作又将发展到一个新的阶段。

二十世纪九十年代，经济的繁荣带动了文化的繁荣，世界传媒行业迅猛发展，卫星广播网络开始让更多的电视节目有了全球广泛传播的方式，电视节目的制作方式开始变得多样化，为了提高节目的观赏效果，丰富节目中通过视觉所传达的信息量的同时控制节目制作时间成本，很多科技公司根据计算机图形技术的发展积累提出的理论基础以及市场需求纷纷开始研发具有将计算机图形制作的虚拟空间和现实演播室空间相匹配整合的虚拟演播室系统。1993年，以色列的傲威公司（ORAD）就开发出了第一套带有真三维虚拟空间的虚拟演播室系统，并在当年的专业设备展会上首次亮相，开启了虚拟拍摄技术的商业化应用的时代。从这个时期开始直到现如今，随着计算机图形技术和数字视频技术的飞速进步，虚拟现场制作这一概念在电视节目制作行业和电影电视剧制作行业都开始起到越来越重要的作用。

从20世纪九十年代中后期开始，各个发达国家电视台开始组建虚拟演播室进行虚拟现场制作，通过电子机械臂控制摄像机的运动或应用传感器将摄像机的物理运动转换为电子信号数据，利用蓝幕绿幕抠像技术将主持人及节目相关演出人员与利用CG技术制作好的平面背景或三维虚拟场景进行合成并简单匹配运动，录制出的节目不但在视觉效果上得到了创新，同时使节目制作更加多样化，可以实现在同一个虚拟演播室中录制多个不同题材的节目，节省了制作周期，提高了制作效率。中国大陆在上世纪九十年代末，二十一世纪初期开始在中央电视台开始应用虚拟演播室技术来制作节目。随着虚拟演播室系统的日驱完善以及CG技术，数字视频影像技术的不断进步，虚拟现场制作在电视领域中开始越来越多的广泛应用，使电视台节目的制作内容不断丰富，涵盖信息越来越多样化，可通过图形化这一形式将节目中所要传达的内容要点更直观的展现给观众。

1977年美国好莱坞电影《星球大战》系统性的应用了电脑特效和物理特效，开启了现代意义上的CG特效大片的时代。从此应用绿幕蓝幕的电脑特技拍摄方式开始逐渐应用到较大制作规模的影片当中，时至今日，这种电脑特技拍摄方式越来越大量的应用在电影项目制作中。在这种拍摄方式的早期，是无法在现场看到绿幕蓝幕上的CG制作内容，所有的效果都要经过后期特效人员经过“粗模型合成样片”来确定每个镜头的制作方案，之后再进入到精确的特效镜头制作中。进入21世纪之后，电脑特技拍摄的镜头越来越多的应用在影片制作中，这种先做“粗模型合成样片”的拍摄方式无疑严重影响了影片拍摄和制作进度。随着电影工业数字化进程的普及，利用电视行业虚拟现场制作的经验模式逐渐变成了可能，电影虚拟现场拍摄技术应运而生，电影虚拟现场拍摄技术的工作流程是将能够由电子陀螺仪等能够感知旋转和位移的传感器与电影摄影机相绑定，二者形成固定的位移旋转关系，传感器所感知的位置变化信息即摄影机所感知的位置变化信息，将这些位移旋转数据在图像引擎中的虚拟相机中表达出来，再通过数字视频抠像硬件系统将绿幕蓝幕环境中的景物和演员提取出来，与虚拟三维景物合成出在拍摄现场能够实时观看的预览画面。2001年上映的影片《指环王》就以及应用到了在特技拍摄现场应用VR虚拟现实技术来安排较复杂内容的场面调度。2009年的电影《阿凡达》和2010年的影片《爱丽丝梦游仙境》更是将电影的虚拟现场制作推向了一个全新的工业制作标准，改变了电影电视剧的制作流程，现如今虚拟现场制作拍摄已经越来越多的出现在不同的影视剧项目当中。

影视虚拟现场制作技术在经历20多年的不断演化，目前正在朝着吸纳更多逐步成熟的多领域技术综合应用的方向发展，比如在2019年北京BIRTV展会上索尼公司推出基于人工智能技术先进算法的无幕布抠像技术，这一技术虽然还在发展的初始阶段，很多功能还并不完善，比如智能处于固定机位进行抠像拍摄，摄像机无法运动，对于抠像的背景识别也有诸多限制，目前该产品也只能应用于民用商业领域，尚不能满足专业领域的技术要求，但这个产品已经能够展现出未来虚拟现场制作的一个技术发展趋势，在人工智能技术和新一代精准传感器的帮助下虚拟现场制作努力摆脱局限在专业场地的限制，朝着能适应更加灵活多变的应用方式进化发展，能够将虚拟现场制作应用到更多种类不同条件的拍摄环境中，并在项目制作中起到更加重要的作用。在专业场地的使用中，随着近些年LED显示技术的进步，将高品质的LED幕墙用来代替传统的抠像技术也成了一个新的发展趋势。将实时渲染引擎中制作好的三维场景映射到高分辨率LED幕墻上，渲染引擎中的虚拟相机由真实摄像机上绑定的传感器实时传输旋转位移信息，从而实现高精度的匹配运动。这样的方式从根本上解决了影视剧项目制作周期的问题，在制作周期，制作成本，项目视觉质量要求中达到了一个平衡关系，为影视剧项目的开发制作提供了一个全新的思路。应用该种方法进行拍摄制作也对拍摄过程提出了新的技术要求，在打光设置和安排镜头的移动调度时都要根据LED的发光特性进行新的思考和尝试，与以往传统的特技拍摄方式又产生了很大的区别。

随着电视节目播出制作领域和电影电视剧制作领域逐渐吸收互网络技术，未来基于IP化的制作技术必将越来越成为主流，5G技术的普及应用会为该领域铺设更宽广的信息“高速公路”，5G技术的高带宽，低延迟，多硬件设备的无线数据互联互通为虚拟现场制作技术的功能扩展和升级提供了更具保障的数据传输基础，在此基础上人工智能算法就可以在高带宽的链路上对多种物理传感器的数据进行实时的分析比对，从而在制作技术要求的规格之内提供过去无法获得的更高精度的数据。在这个技术背景下，比如在非稳定的室外进行多维度的虚拟现场动态制作从过去的不可想象变成了一个新的可实践化的研发课题，并且目前已经有该领域的研究机构和研发公司正在对该课题进行技术实践研发。更加精致的由真人扮演的虚拟人物也即将从特技电影的制作迁移到多平台节目的制作播出当中，高带宽低延迟的动作捕捉数据可以更快速的从表演者直接传达到虚拟角色中与主持人和观众进行互动表演，虚拟和真实之间的界限会开始变得模糊。2020年初新冠病毒疫情在全球的爆发事件也深刻影响这影视传媒行业的方方面面，很多企业为了满足疫情防控要求和控制人员聚集所带来的风险，分分将自家产品的发布会改为网上直播的方式来代替现场直播，并开始应用虚拟现场制作做为网络线上直播发布会展示产品特性和企业文化的新方式。接下来的一个时代，相信基于5G技术和人工智能技术的影视虚拟现场制作将向着便捷化和多工作场景应用化，多技术平台应用化的方向发展，改变影视传媒产品的制作方式。

作者简介：

任宏达（1987-），籍贯：哈尔滨市，2010年毕业于北京电影学院动画学院。2011年工作于中影电影数字制作基地有限公司，2012年开始从事影视虚拟拍摄技术行业，期间参与了大量影视作品拍摄。2020年工作于黑龙江省电视台全媒体新闻中心，从事演播室制播保障工作。