从现实到虚拟，从虚拟到增强现实技术

罗平凡

【摘要】在电视台工作近四十年，见证了广播电视行业的发展与变迁，也见证了各种多媒体技术在这个行业的广泛应用和成败兴衰。从图文、声音、视频，到数字非编、硬盘录像、动画特技;从多功能演播室、虚拟演播室、AR演播室，到全媒体演播室、融媒体演播室等等，随着数字技术、宽带互联网技术的发展日新月异，计算机、工作站、服务器、机器人等等高度智能化产品层出不穷，在广播电视制作领域的应用极尽能事，发挥着不断增大节目信息量、不断节约制作时间和成本、不断提亮观众眼球的作用。

【关键词】实景;虚拟;增强现实

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.003

在我几十年的工作经历中，有很大的一部分是在电视台的演播室度过的。从最早期在大礼堂改建的演播室里录制节目，到参与设计搭建我台第一间400平米演播室;从参与600平米数字演播室的集成，到负责1500平米剧场式演播室的对外经营，到最近这几年被安排在我台最小的60平米虚拟演播室值守。经历这么多年的历练，对于各类演播室的配置、功能、应用和发展有些许认识和感受，谈谈几点与大家分享。

1. 实景演播室

中国广电事业的发展起步在上世纪80年代，经历了三十多年的辉煌。在电视收视鼎盛时期，各省市都兴建了自己的广电大厦，其不凡的气势往往成为当地的准地标。其中演播室的配置更是无比齐全。从几十平米到几百上千平米的演播室不下十来个，造价动辄几百万有的上千万，那时真是广电行业不差钱的时代。每个演播室都是五脏俱全的独立制作系统，配有完备的基础设施：灯光照明、声场设计、视音频收录、导控中心、升降舞台、观众席等，为了提升节目制作水准、提高节目收视率，一切新的好的先进的都会拿来尝试，一样都不能少。

电视台里大部分的演播室都是实景演播室，演播区内或者舞台上布置的道具、装饰背景等都是用真材实料搭建的。一个大中型演播室，主要承接综艺、晚会、竞技类节目的录制，每个节目都对拍摄场景的舞美灯光有特殊的要求，所以每台节目基本都需要专门置景。在节目录制前就得规划设计，一般由灯光舞美设计师出现场效果图，经编导认可后由施工单位进场施工，完成后经调试调整达到节目拍摄所需要的最佳效果。舞美制作过程需要花费大量的人工、材料、资金和时间，专景专用用完拆台，拆完一堆垃圾既浪费也很不环保。

随着数字技术的迅猛发展，多功能、多媒体演播室应运而生。电子大屏逐渐被应用在各类演播室中，用电脑制作的图形、视频、三维动画通过在大屏上播放来作为节目录制的背景而取代部分实景，大屏上色彩绚烂随意变幻的画面，延伸了演播室内有限的空间，为观众提供了更加丰富的信息和更好的视觉体验。

对于栏目类的节目来说，以教育、访谈、演讲等形式为主，一般选择在中型或小型演播室内录制。根据节目形式与内容的不同，各电视台会选择演播室分配的方式，相对固定各单位使用属于自己的演播室。其中的道具、实景以及背景都是根据节目内容而设置并有一定的指向性。遇到栏目改版、内容调整就得更换实景，重新设计搭建，这也是高成本的一件事。同时对于每个演播室来说使用效率也不高。

如今全媒體、融媒体演播室顺应网络时代的需求在各地电视台中不断出现，主要为新闻、信息类节目提供制作平台。其主播区的配置基本用数字高清大屏幕完全代替了实景，占据整个演播室的背景区域，通过大屏控制器可以调度多路信号在大屏上同时显示，信息量非常丰富令人目不暇接，充分彰显出全媒体、融媒体的优势。

2. 虚拟演播室

说到虚拟演播室，首先离不开蓝箱和色键控制器。其基本工作原理就是将主持人置身于蓝箱中，通过导控中心的色键控制器将摄像机拍摄的画面进行抠像处理。所谓抠像，就是将前景图像中的色度与其背景的彩色幕布的色度差作为形成键控电压的依据，并用这个电压“抠”去背景画面，然后再将前景图像填入背景画面中，这样就将主持人从蓝色背景中分离出来，再用其他任意画面作为背景填充蓝色部分，形成虚拟背景与实景人物合成的画面。由于虚拟背景可以随时任意更换，而不影响主持人自如地主持，这大大降低了演播室的置景费用，轻松实现多档节目可以在同一个演播厅内制作完成。

我目前所在的60平米虚拟演播室是我台最小的一间演播室，由蓝箱和导控室组成。十年前建造时引进了非常先进的技术和设备，配置了图形工作站、传感跟踪系统、键控系统，和二讯道视频导控系统，涵盖计算机技术、网络技术、视频技术等多项技术的融合。

这套虚拟演播室系统中图形工作站是重点，理论上可以设计制作生成无比绚烂的三维图像作为虚拟背景，达到实景演播室无法实现的效果。配合摄像机跟踪技术，在前景中也能植入图像，并且随着摄像机的位移变幻位置、景深。总之，通过图形工作站的渲染，可以引入大量虚拟环境与道具，创作出更丰富、更吸引人的节目，使导演在很大程度上摆脱了时间、空间、和道具制作方面的限制，获得更大的创作想象空间，产生更新奇的视觉效果。

遗憾的是这套功能奇幻价格昂贵的系统却并不好用，只是在建成初期玩了几次跟踪抠像，之后就没人愿意尝试了。分析原因首先是图形设计要求很高，费时费力，还达不到令人满意的效果。再就是节目编导疲于日常节目播出，没时间没精力细琢磨。对于每天要完成的节目，都希望简单快捷了事，什么跟踪、渲染能不用就不用了。时间久了软件需要更新，维护费用又成了障碍。所以工作站最后成了摆设，自动跟踪系统也完全闲置了。我几年前接手时这个虚拟演播也就只能完成简单的抠像功能，蓝箱也百孔千疮，经费有限就用一层蓝色广告纸重新糊一遍，凑合着用到现在。

虽然这里是配置最简单、设施设备都很陈旧落后的一个演播室，既没有高清更没有5G，但它的使用率却蛮高的。新冠疫情发生前几乎每天都有栏目在这儿制作，比起那些配置豪华又闲着没人用的演播室倒是实用很多。周末还常常加班，接待一批批孩子前来参观体验，通过演示蓝布抠像的神奇效果激发他们的好奇心。看着覆盖在自己身前的蓝布上出现奇妙的大海、五颜六色的鱼群，孩子们兴奋狂呼，各种想象脑洞大开，小小的演播室完全成了欢乐的科普天堂。

3. AR沉浸式全景演播室

所谓AR就是增强现实，增强现实技术是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术，它运用多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的图像、视频、三维模型等虚拟信息经过模拟仿真后，应用到真实场景中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。这项技术已被运用在教育医疗、广告购物、军事仿真、影视娱乐等多个领域。近期央视的嫦娥五号登月系列直播就运用了这项AR技术：主持人在演播室里自如解说，他身前就是虚拟植入的太阳、地球、嫦娥五号、上升器、轨道器等模型，形象演示嫦娥五号的运行轨道、变轨飞行、月球着陆、采样等等高精尖技术要领，直观通俗易懂，令观众大开眼界。

在广电行业科技创新，构建全媒体新生态的理念推动下，三年前我臺将原有150平米演播室升级改建为AR沉浸式全景演播室，一间虚拟与实景结合的演播室。它有最大特点有两个：一个是它的沉浸感。通过多块大屏多角度的无缝拼接，形成一个半封闭的多面体“盒子”，由具备PBR技术的服务器产生的渲染图像，在整个“盒子”里展现。逼真的光影完美呈现一个接近现实的虚拟空间，使得一切实景和人物沉浸其中并且可以自如活动。第二是虚拟植入技术，也是通过具备PBR技术的服务器，产生出接近真实的虚拟三维图形，套现在现实的场景中，使主持人和道具之间的相关位置合乎情理，形成增强现实的场景。几点关键技术说明：

3.1 LED屏三维缝合技术

AR沉浸式全景演播室是由多块LED屏进行三维缝合，展现仿真环境。三维缝合不是传统的拼接，它的特点是无缝缝合使缝合之后“盒子感”消失，本来是三块屏组成的带棱角的演播区，但是展现出来的画面却是一个完整逼真的仿真环境，并拥有真实场景的透视感。

3.2 动作捕捉与空间定位技术

AR沉浸式全景演播室配备多个高清红外摄像头来采集摄像机参数信息，可以保证在不同位置、有干扰物品的情况下稳定工作，实现多机位的切换以及摄像机动态拍摄效果，跟踪主持人全身运动轨迹进行控制，从而达到人物与虚拟背景关系稳定，运动时透视感契合一致等效果。

3.3 PBR渲染技术

AR沉浸式全景演播室的PBR渲染技术可以直接体现画面效果的精细度以及真实感，PBR的定义就是“基于物理过程的渲染”，这个概念是指使用逼真的阴影、光照模型与测得的材质参数值一起准确地表示真实的材质。在PBR框架下，每一种特效都将更贴近自然。基于该项技术的服务器担当这项工作，生产逼真、透视、三维的图形和动画图像，使人物完全沉浸在渲染后的场景当中，虚虚实实以假乱真，即增强现实又有穿越的效果。

AR沉浸式全景演播室避免了抠像技术中的一些弊病，不需考虑主持人穿衣颜色以及道具颜色，并且运动自如，做到最自然的呈现。比起实景演播室，这些虚拟的超现实的场景更适合一些体育、科幻、购物、广告等栏目的发挥。

4. 虚虚实实演播室

无论虚实，演播室的功能就是为各类视音频节目的制作创造合适、好用的平台。如今广电行业日子普遍难过，守着漂亮的大楼却再难创出从前的业绩。随着电视收视的断崖式下滑，经济效益也呈断崖式下滑趋势。目前各家电视台都有些演播室处于闲置甚至是废弃的状态，因为没有那么多的节目要做，再多功能再全的配置也形同虚设。昔日追求的大而全如今反倒成了鸡肋很难处置。动辄占地几百平方占用几个楼层的演播厅静静地窝在表面繁华的大厦里，其内部的舞台、灯光、音响、观众席以及各类管线都成为改建重建的障碍，在广电产业转型升级中形成甩不掉负资产。

结论：当务之急必须摈弃从前虚幻的追求，不再盲目建设那些不必要的演播室等基础设施，切实践行求真务实的发展理念，多在内容产业上下功夫，用振聋发聩的时代强音召唤观众，用直抵人心的优良作品感染观众，用真诚朴实的初心找回观众。只有观众认可了你的节目，电视产业才有生存下去的空间。至于这些节目是在怎样的演播室里制作，根据需要合适就好。