增强现实技术在电视节目制作中的应用分析

□李何

随着电视行业的快速发展，4K、8K超高清电视也在推广普及，电视所能呈现的色彩更加丰富，画面效果更加逼真，电视节目的视听效果也被电视观众更加关注，早期的电视节目在体验上已经不能满足当下电视观众的需求。2020年11月国家广播电视总局出台相关意见，指出需加大虚拟现实、增强现实视频等高新视听内容供给。近年来随着增强现实技术的成熟，一些电视节目结合增强现实技术，使电视节目效果有了较大的提升。增强现实技术可以把虚拟的内容叠加到现实的画面中，达到虚实结合的画面效果，通过这种技术可以在原有电视节目的基础上叠加和节目匹配的虚拟内容，可以大大提升电视节目的视觉效果，为电视观众提供更加丰富精彩的观看体验，受到了广大观众的青睐。

增强现实技术的应用简介

增强现实是虚拟现实的一个分支，用户在体验虚拟现实时看到的完全是虚拟的内容，会让用户完全沉浸在虚拟的世界中，看不到真实的环境。增强现实技术可以将三维数字模型、动画、特效等虚拟内容与现实环境叠加，用户可以看到虚实结合的画面，体验到虚拟内容和现实环境结合的效果，可以增强用户的体验效果，达到增强现实环境的目的。增强现实技术在用户体验方面有着生动、立体、实时、交互等特点，用户可以看到立体的增强现实内容，还可以进行交互，在体验上比传统的书籍、屏幕等媒介更具优势。近年来增强现实技术已经被运用到了工业、教育、医疗、游戏等行业，如在工业维修中可以通过增强现实进行远程维修指导，可以大大降低沟通成本；在教育领域中可以使用增强现实技术对抽象的知识内容进行生动立体化的展示，既能使学生在学习上更加有兴趣，也能使学生更高效地掌握知识内容。2016年任天堂公司推出一款AR游戏《宝可梦GO》，这款游戏是采用增强现实技术开发的一款手机游戏，上市后受到了众多玩家的喜爱，在多个游戏应用平台下载榜单中名列前茅。增强现实技术有虚实结合、实时交互、三维注册三个特征，虚拟的内容可以稳定地叠加在真实的环境上，可以各角度实时体验到虚拟结合的画面效果。用户可以通过触摸、手势、语音等方式与增强现实内容进行交互，并可以实时地得到反馈效果。三维注册技术可以计算虚拟内容在现实环境中的位置信息，使虚拟内容实时地与现实环境进行匹配融合。

近年来，随着增强现实技术的成熟，全球许多公司都开始着力于增强现实相关硬件产品和软件应用的研发。2015年1月微软发布了HoloLens，这是一款增强现实眼镜。2017年苹果公司发布了ARKit，这是针对苹果移动设备的增强现实开发平台，开发人员可以使用这套工具为苹果手机或平板电脑开发增强现实应用。而国内的华为、百度、腾讯等公司也都推出了增强现实开发工具。华为推出了HUAWEI AR Engine、XRKit、Reality Studio等 AR 开发工具，AR Engine可以支持环境识别、运动跟踪、人体和人脸跟踪，可以支持多种类型的AR应用开发。百度推出了DuMix AR开发工具，具备虚拟形象生成驱动、空间定位与显示增强、虚拟融合渲染、视频特效等功能，已经在教育、工业、智慧出行多个行业进行应用。腾讯推出了TAR SDK软件开发工具包，支持图像识别、云识别、人脸识别等功能，支持跨平台开发。

电视节目制作中应用增强现实技术的流程

目前增强现实技术在电视节目制作中的运用方式是把虚拟制作的内容叠加在摄像机拍摄到的真实画面中，观众可以看到比实际拍摄效果更丰富的画面效果，在制作流程上可以分为前期设计、虚拟内容制作、虚实合成三个步骤。前期设计主要是根据节目的类型、风格、音乐等设计出符合节目需求的虚拟内容。虚拟内容制作是对电视节目需要的三维模型、动画等虚拟内容通过三维数字内容制作软件制作出来，可使用3Dmax、Maya、Blender等工具制作三维模型，绑定骨骼制作动画，使用Substance Painter、photoshop等制作模型贴图，然后将制作好的模型动画输出导入到渲染引擎工具中。近年来由于虚幻引擎在渲染效果方面有较大的优势，能够实时渲染较为真实的画面效果，在增强现实类电视节目制作方面有较为成熟的配套工具，可以支持制作丰富的增强现实内容，因此一些增强现实类电视节目也开始采用虚幻引擎进行制作。模型、动画导入到虚幻引擎后需要在引擎中编辑灯光、渲染、制作特效等工作来实现虚拟内容的美术效果，因此还需要对虚拟内容进行逻辑编程，控制虚拟内容在合适的时间显示在设定的坐标位置上。通过在真实摄像机上的传感装置实时获取摄像机的位置、角度等变化信息，然后把摄像机相关信息实时传输到引擎中，在引擎中模拟摄像机镜头实时渲染需要的虚拟内容。虚实合成是将摄像机拍摄到的实景画面，与虚拟内容合成在一起达到虚实结合的画面效果。

增强现实技术在电视节目中的应用案例分析

随着增强现实技术的发展，国内外已经有许多电视节目采用了增强现实技术，如近年来的中央电视台春节联欢晚会、2016年央视《筑梦天宫》特别节目、2019年中央电视台播出的北京世界园艺博览会开幕式节目、2021年北京卫视跨年晚会。因为增强现实技术可以丰富电视节目内容，增加视觉体验，因此这些电视节目受到了广大观众的喜爱。目前的电视节目采用增强现实技术的应用方式按照节目场景类型可以分为两种，虚拟演播室类节目是一种，另外一种是实景现场类节目。

虚拟演播室类节目。虚拟演播室是近年来增强现实技术在电视节目应用的主要形式，主要有新闻、天气预报、科普教育、体育等类型节目。虚拟演播室一般采用部分实体元素和具有绿幕背景的场景构成，节目主持人在有绿幕背景的演播室主持节目，摄像机会拍摄到绿色背景的节目内容，经过后期抠像处理去掉绿色背景内容，然后与虚拟的背景内容合成，最后就可以呈现动态虚拟的演播室效果。

2019年CCTV-10科教频道推出的科普节目《透视新科技》，该节目中的演播室就采用了增强现实技术，主持人身后的操作台、机械臂、实验台等道具都是虚拟的内容；还可以根据不同节目内容更换与节目主题相符的虚拟道具，这些虚拟内容丰富了演播室的视觉效果；还可以实时展示节目内容，为观众呈现较为丰富的节目内容。The Weather Channel电视网在2018年与The Future Group合作推出了关于天气的增强现实节目，当主持人介绍到天气时，演播室就会呈现对应的天气效果，让观众直观地体验到天气的变化，像飓风、暴雨等极端天气还制作了非常逼真的模拟效果，让观众更加深入地了解极端天气将会造成的影响，便于观众提前进行预防工作。2021年CCTV-1在《中国空间站神舟十三号载人飞行特别节目》中就应用了增强现实技术，在节目中一个虚拟的中国空间站呈现在演播室里，呈现出来的空间站会随着镜头的变化准确定位在演播室中，非常直观生动地为观众展示中国空间站的构型，虚拟的空间站还会根据主持人的解说进行互动演示，生动地演示了神舟十三号与空间站的对接过程。Karate Combat主办的全接触式空手道联赛，比赛被录制成了电视节目，该比赛节目采用了增强现实虚实结合的制作方式，取得了非常出彩的节目效果。比赛是在有绿幕背景的场馆下进行的，比赛场馆的背景是制作的虚拟内容，可以根据需要制作不同风格的比赛场景，在比赛中参赛人员做出攻击动作时，观众还能看到打击特效，为观众呈现了一种新颖的观看体验。

实景现场类节目。近年来许多大型晚会、实景剧、体育类等现场类电视节目也纷纷运用增强现实技术来提升节目效果。大型现场类节目一般都在较大的演播厅或室外场地录制，和虚拟演播室不同之处在于不具备搭建绿幕背景的条件，在结合增强现实制作电视节目时采用虚拟叠加的方式，在通过摄像机拍摄到的现实画面上叠加上虚拟的内容。在现场拍摄的摄像机上有获取摄像机位置、角度等信息的装置，会实时地把摄像机的相关信息传递至负责渲染虚拟内容的引擎中，并在引擎中实时渲染与摄像机拍摄画面相吻合的虚拟内容，然后将渲染的虚拟内容叠加在摄像机实拍的画面上，实现虚实结合的画面效果。

中央电视台的春节联欢晚会从2012年开始大规模运用增强现实技术，2012年春晚节目《万物生》通过增强现实技术为节目锦上添花，在开场时舞台上方呈现的是与歌词对应的冬天场景，随着歌曲的递进舞台中呈现出大地植物从发芽到开花结果的生长过程，让观众在倾听令人陶醉的歌声时，还通过视觉感受到万物生机勃勃的景象，完美地烘托出了歌曲想表达的意境，给观众呈现初了一场精彩纷呈的视听盛宴。在2021年中央电视台的春节联欢晚会中，也有很多节目结合了增强现实技术，应用的形式更加新颖，虚拟内容制作方面采用了虚幻引擎，实现了更加真实生动的增强现实效果，增强现实技术在节目中的应用效果得到了更大的提升。

2019年中央电视台播出的中国北京世界园艺博览会开幕式文艺晚会，该晚会是以“美丽家园”为主题打造的一场大型园林情景光影艺术，其中许多节目都应用了增强现实技术，在节目表演时根据节目的情景需要增加了虚拟元素。晚会节目《心底的天籁》在演员表演时，舞台周围呈现出了与节目情节相对应的花草；晚会节目《月影的深情》开场时，一只虚拟的丹顶鹤从天空飞到舞台中央，为晚会呈现出了绚丽的舞台美术效果。

近年来，许多电视台转播的体育类赛事节目也开始应用增强现实技术。早期观众在电视上看到的体育赛事类节目是摄像机录制的实际画面效果，许多体育赛事类节目都在较大的场地进行，通常会有较多的参赛人员，加上一些项目的运动员移动速度较快，观众不能很好地了解比赛的具体信息，随着增强现实技术在体育类赛事节目中的应用，可以为观众提供更好的观看体验。中央电视台转播的2020东京奥运会游泳赛事节目中就应用了增强现实技术，在游泳比赛开始时为每个赛道标注了运动员的国旗、国名等信息，在比赛过程中在运动员的身后标注了运动员的实时速度，在到达终点时在赛道中标注出运动员的名称、国旗、国名等信息。通过应用增强现实技术后，观众可以更直观地了解比赛的具体信息，大大提升了观众的观感。

结语

近年来，已经有许多电视节目应用了增强现实技术，增强现实技术丰富了电视节目的内容，为观众带来了精彩的体验效果，起到了非常好的应用效果，为提升电视节目内容质量提供了新的思路，同时也为电视节目制作带来了新的挑战，需要不断思考探索应用新的技术来提升节目效果。随着增强现实技术的发展，5G、4K、8K超高清电视广泛普及，虚拟内容制作工具也不断革新，未来通过增强现实技术达到的电视节目效果会更加丰富，增强现实技术在电视节目制作上的应用也会更加广泛。