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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(huì)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(chǎng)視頻與計(jì)算機(jī)生成的場(chǎng)景影像,按照一定的透視關(guān)系實(shí)時(shí)無(wú)縫的進(jìn)行合成,虛擬出真實(shí)演員置身于虛擬場(chǎng)景中的畫(huà)面輸出,以滿足人們不斷提高的欣賞要求。它的出現(xiàn)是對(duì)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(dòng)的實(shí)際場(chǎng)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(lái)很大的影響。我頻道擬于2001年購(gòu)買(mǎi)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(wèn)題就是藍(lán)箱所在演播室的空間問(wèn)題。目前各電視臺(tái)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(chǎng)景。這就要求在設(shè)計(jì)藍(lán)箱時(shí)要充分考慮到其它場(chǎng)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(wèn)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(lái)設(shè)計(jì)藍(lán)箱的形狀并計(jì)算其大小。也就是說(shuō),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(guò)小而限制鏡頭的活動(dòng),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(lái)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(jiǎn)單,大多是以正面近景輔以少量側(cè)面全景,且鏡頭固定,無(wú)需推拉搖移,主持人的位置也固定不動(dòng),這樣對(duì)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(huì)來(lái)回走動(dòng),且鏡頭的推拉搖移較多,變化較大。這就要求藍(lán)箱要相對(duì)較大,給出足夠的鏡頭活動(dòng)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。焊鶕(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(tái)。立面與地臺(tái)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(tái)間最好采取弧形過(guò)渡,這將更容易均勻布光,而且墻壁間也不會(huì)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(huì)為制作帶來(lái)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(shuō),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(lái)考慮:
① 制作材料
目前國(guó)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(huì)產(chǎn)生變形,且具有不可燃性。這樣在制作前就無(wú)需對(duì)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(guò)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(wàn)元左右,這對(duì)于多數(shù)中小型電視臺(tái)來(lái)說(shuō),都是一筆不小的開(kāi)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(zhǎng)工期,增加了施工難度。目前國(guó)內(nèi)各用戶多采用木材來(lái)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(lái)較為復(fù)雜,施工周期也較長(zhǎng)。如果所有工作都在演播室中完成,勢(shì)必會(huì)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(chǎng)地進(jìn)行加工完成,最后將各部分在演播室中通過(guò)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(duì)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(guò)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(guó)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(duì)所有用料進(jìn)行預(yù)處理,達(dá)到消防要求。
① 對(duì)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(guò)一段時(shí)間揮發(fā)掉之后,木料就會(huì)產(chǎn)生變形甚至開(kāi)裂,導(dǎo)致制成品損壞或無(wú)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(huì)導(dǎo)致開(kāi)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(wèn)題,一定要認(rèn)真對(duì)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(guò)程中對(duì)木料表面進(jìn)行加工,就會(huì)破壞阻燃層。而第二種方法就會(huì)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(duì)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(guò)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?chē)乃{(lán)邊弱色調(diào)沒(méi)有綠邊弱色調(diào)顯眼;三是演員們?cè)谒{(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(shuō)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(lái)說(shuō),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(wú)論是什么"藍(lán)",對(duì)涂料行業(yè)來(lái)說(shuō),都一樣可以調(diào)配出來(lái),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(guó)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(guó)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(mén)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(guò)我們的多次測(cè)試,最終確定了最適合的一種藍(lán)漆。測(cè)試過(guò)程是這樣的:將測(cè)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(chǎng)色度矢量重合時(shí),其矢量方向越接?quot;B田字"區(qū)域,說(shuō)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(shuō)明漆色偏綠;反之偏紅?紤]到對(duì)膚色的處理,漆色偏綠強(qiáng)于偏紅。
最后,再加上對(duì)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(wèn)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(chǎng)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(tái)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(wèn)題。設(shè)備盡量遠(yuǎn)離施工位置,并加蓋防塵布。施工現(xiàn)場(chǎng)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(tái)邊緣以及道具與地臺(tái)的接觸邊緣如果處理不好,在摳像時(shí)會(huì)形成一條很難去除的黑線。有時(shí)在利用虛擬演播室無(wú)限藍(lán)箱的功能時(shí),地臺(tái)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(tái)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(tái)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(wèn)題,即使更新室內(nèi)空氣。
5、燈光
對(duì)虛擬演播室來(lái)說(shuō)燈光是最困難可又是最重要的問(wèn)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(lái)處理虛擬演播室的燈光問(wèn)題是必不可少的。
在通常情況下,針對(duì)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(huì)出現(xiàn)"摳透"或者有"藍(lán)邊"現(xiàn)象,藍(lán)色舞臺(tái)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(huì)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(chǎng)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(chǎng)景很好的融合在一起。
電視照明現(xiàn)在已由過(guò)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(tái)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(tái)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(guò)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(lái)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(wú)縫的聯(lián)接了起來(lái)。如果真實(shí)背景太小,真實(shí)陰影被突然剪掉會(huì)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(wèn)題。圖4為我臺(tái)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(huì)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(méi)有來(lái)自下面的燈光,只能靠藍(lán)背景對(duì)燈光的反射來(lái)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(huì)影響鍵的效果,當(dāng)人物在虛擬場(chǎng)景中走動(dòng)時(shí),手勢(shì)的增加,會(huì)形成手臂的一面以及人物下巴處會(huì)被從地面反射的藍(lán)光所覆蓋。這些藍(lán)色區(qū)域會(huì)被"摳透"。地排的使用能消除這些弊端,還可以提高人物走動(dòng)時(shí)腳底的亮度,消除陰影。另外過(guò)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(wèn)題
一是話筒線的問(wèn)題。建議最好適用無(wú)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(wèn)題。我們用木料制作了幾個(gè)半球體(拳頭大小),打磨上漆。在使用時(shí),放在地臺(tái)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(huì)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(tái)上的漆面?梢允褂门菽芰弦淮纬尚停砻嬗媚z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(tái)的道具處就可以制作,更換十分方便。
結(jié) 束 語(yǔ)
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(lái)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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