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用科学和实事求是的态度看虚拟演播室

2003-09-09 易达视科技集团供稿 依马狮网


    纵观目前虚拟演播室各厂家的状况,可以说竞争的程度让用户无法选择什么是他们需要的产品,我们从科学的角度和实事求是的态度,从技术上分析虚拟演播室,究竟什么样的设备能满足虚拟演播室的需要。
    当用户着手选择虚拟演播室,应考虑如下几个方面:(1)实用性:虚拟演播室主要做的栏目,摄像机是否会移动拍摄或需要三脚架,栏目背景复杂还是相对简单?(2)稳定性:系统用于直播还是录播?每天承担的栏目有多少?能否支持所有栏目满负荷录制?是否采用成熟的技术和高品质的软硬件设备?有实际应用的产品还是在试验阶段的实验品?(3)先进性:系统应采用业界现有最先进的稳定跟踪技术、图形工作站和软件。(4)扩展性:是否方便将来升级?是否采用模块化设计方式满足设备的平滑升级?(5)兼容性:软件是否基于通用软件底层开发,便于节目交流,硬件与传统视频产品的兼容性。(6)一些基本特征:节约地方、设备、时间、人力、完成传统演播室无法达到的效果,实现所想即所得的效果。
    如果我们在选择虚拟演播室时充分考虑如上几点,一定可以选择完全适合自己使用的高性价比产品。基于上面几点选择产品的因素,我们来分析一下虚拟演播室的硬件组成及各自特征。虚拟演播室硬件主要由三部分组成:跟踪技术、图形工作站、色键。纵观目前各厂家的状况,色键基本是外购,有进口和国产的,价格也相差较大,一般根据用户自己提出的需求采购,用户也可自行采购。主要的硬件差异在跟踪技术和图形工作站。

跟踪技术
   

用科学和实事求是的态度看虚拟演播室
网格跟踪技术网格可以获取摄像机的8个参数,单独使用可满足虚拟演播室的基本需要。网格跟踪有如下优点:摄像机种类、型号、数量不受限制,无需繁琐的镜头校准,增加摄像机不需要增加设备和投资。缺点是不能拍人物的大特写。
    机械传感器可以获得摄像机4个参数,无法获得X、Y、Z轴位置参数,因而单独使用无法满足虚拟演播室的基本使用,摄像机移动后需进行繁琐的镜头校准。再有此种方式每增加一台摄像机需增加一套传感器和一套跟踪计算的工作站。这样低集成度的设备最致命的结果是设备的故障率明显增高。
    因此,网格和传感器各有所长,配合起来使用是最好的。网格+传感器可以把网格和传感器的优点结合到一起,并且有了网格做参照物,传感器的镜头校准也仅需一帧的时间。
    红外跟踪技术是性能最优但造价较高的跟踪技术,适用于高端虚拟演播室。
    超声波技术原理基本与红外相同,但因受外界干扰较多,国外没有被用作虚拟演播室跟踪技术。在国外也没有用户,成本也较高。
    现在我们分析一下跟踪技术为何如此重要?
    (1)如果追踪系统只能测量摄像机的俯仰和摇移动作,而不能测量到X、Y、Z的位置改变,摄像机就必须固定在演播室地板上。在这种情况下,除了影响摄像师正常发挥,得出的画面没有三维透视感而导致背景显得平板。
    (2)图形的特技花样和其他性能已经有增长并将不断提高。如果不能够正确地测量到摄像机的参数,虚拟背景会产生“跳跃”现象,并且画面会失去真实感。
    (3)虚拟演播室中近距离拍摄对摇移和俯仰参数要求非常高的精度。当画面范围较小时,即便是0.01度的误差也有可能导致背景与前景之间发生明显漂移和抖动。因此,要得到较好的近距离拍摄效果,追踪系统必须有很高的精确性。目前,仅有XYNC和网格识别技术可以做到。
    (4)随着对精确性的要求提高,追踪系统必须包含一个精确的镜头校准系统。用户应该能够方便地在演播室中调校镜头。这点很重要,因为一个高质量的虚拟演播系统决不能忽略对每个镜头的调校或依赖于厂方安装人员。
    (5)三维图形着色功能的开发和生产商越来越多,包括“简单”的基于PC的软件包。然而,正规的、符合严格要求的追踪系统却只有少量公司可以生产。这些拥有出色的追踪专家的公司具有很大的优势,他们的系统都是内部自行开发和支持的,在虚拟演播系统的使用中不断涌现出来的问题,很难确定是由哪一部分引起的——追踪系统和图形系统都有可能。当两者都是由同一家公司开发生产的时候,解决问题就容易多了。
    因此,好的跟踪技术至关重要,分析用户需求及资金情况,单纯使用网格,可以满足基本栏目的制作需要,比如:新闻、访谈、财经、娱乐报道、天气等。对于人物传记、电影、儿童节目,则需要配置网格+传感器或网格+传感器+LED红外或者用XYNC纯红外跟踪方式。因此虚拟演播室的跟踪技术应是可以升级的。

图形工作站
   

用科学和实事求是的态度看虚拟演播室
目前主要有两种:PC+图形卡、专业图形工作站。差异主要在:(1)稳定性:专业图形工作站针对图形运算专门设计,操作系统是Unix,从软件和硬件都保证了稳定性。(2)实时渲染图形的能力:CPU快不代表实时渲染图形速度快。通用PC平台做图形渲染很难跟专业图形工作站媲美。另外,专业图形工作站对图像都进行过优化,图像效果要好很多。专业图形工作站使用不同的图形渲染管道来保证全屏抗闪烁、抗抖动、抗锯齿。(3)专业图形工作站可以根据用户实际需要任意扩展。PC+图形卡远远做不到这一点。
    软件:首先也是考虑稳定性问题,3DMAX软件是做三维图形的通用软件,虚拟演播室软件如果想调用3DMAX软件制作的背景,应该购买3DMAX底层来做开发,这样才能在虚拟演播室软件具有3DMAX插件,才可以完整地调用3DMAX制作的场景、三维动画,如果没有3DMAX插件,你使用3DMAX做完背景图调入到虚拟演播室软件中,可能只有建模可以使用,贴图和动画要在自己开发的三维软件中重新去做。另一点,专业三维制作软件3DMAX应该远远比自己开发的三维制作软件功能好且稳定。基于3DMAX底层开发的CYBER SET软件非常稳定且易用:没有计算机基础的人员只需30分钟即可非常熟练地使用该系统。该系统基于Unix系统下的图形界面,一般人员没有Unix基础很难对系统进行随意更改,也保证了系统的稳定性。同时,Orad软件功能丰富,虚拟阴影、虚拟摄像机、虚拟演员、虚拟出席、焦深、各种动画,都已经是成熟产品,而不是尚在研发中的产品。一般专业的虚拟演播室厂家,例如Orad,,专门开发MAPSET软件,用于处理前景和虚拟背景合成,使图像更逼真,更真实。
    完美的硬件和软件简单的拼凑,也不能保障系统的稳定性!当然,硬件和软件本身不稳定更不能保障系统的稳定性,一个专业的厂家,每推出一款新产品,都应该在实验室中运行两年,保障整个系统的稳定。也就是产品跟试验品很大的一个差异。新技术的保障也是用户选择虚拟演播室重要的考虑因素之一,该厂家是否是该行业技术的带头者,是否总能带给您新的领先技术,让您的投资永远不会浪费?Orad是目前唯一能做到的厂家,ORAD在全球拥有5个研究院,在2001年ORAD已经推出高清虚拟演播室,完全能满足用户不断升级的需要。

在跟踪技术中需要说明的几个问题
    (1)网格跟踪技术是否需要摄像机聚焦在网格而导致摄像机无法聚焦前景的演员,而使演员模糊?这个问题有一个误区,说明大家对网格的技术还不了解,网格跟踪是通过网格数目和网格形状的变化,通过数学的算法让计算机了解摄像机究竟产生了怎样的变化,并不需要聚焦到网格,另一方面演播室蓝箱的深度基本小于4m,而演员需要站到蓝箱中间,离背景底面的距离不超过2m,基本1m左右,不会存在演员很清晰的时候,背景模糊得看不出网格。无数的实际应用也证明网格跟踪并不存在如上的问题,全球大概有400多个用户使用基于网格的跟踪技术也证明从未有上述情况发生。
    (2)经常有用户问传感器和网格的延时问题。这里请大家注意,延时应该看整个系统延时,而不是看某一设备的延时,整个虚拟演播室的延时主要取决于图形工作站的延时,大家都知道图形工作站运算的背景图是最耗时的,无论传感器的跟踪和网格跟踪的延时都远远小于图形工作站运算时间,这也就是为什么无论传感器还是网格跟踪都需要加视频延时的原因。其次,视频延时对用户的使用也没有任何影响,观众看到的是音视频的同步而不再是延时。第三,系统整个延时还取决于连接的其他视频设备,一般情况下,机械传感器的延时在2帧,网格跟踪方式的延时一般在3帧,延时究竟对虚拟演播室有多么严重的影响呢?
    (3)网格获得的摄像机运动参数的精度比机械传感器低。首先,网格可以获得摄像机8个参数,而传感器可以获得摄像机4个参数,这个精度怎么比较?我们从图像分析看谁的精度高。虚拟演播室中近距离的拍摄对摇移和俯仰参数要求非常高的精度。当画面范围较小时,即便是0.01度

BTL 虚拟演播室

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