虚拟演播室

    虚拟演播室的实质是将计算机制作的虚拟三维场景与电视摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实时合成，使人物与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者天衣无缝的融合，以获得完美的合成画面。
虚拟演播室技术包括色键技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和摄像机跟踪技术等。
　

原理

虚拟演播室工作原理
1、虚拟背景渲染主机：
   完成虚拟背景的渲染输出工作，同时采集传感跟踪系统摄像机的运动参数，最终的渲染输出相应的包括背景信号和作为前景遮挡的键信号。
控制摄像机切换模块，当虚拟背景进行不同视角背景切换的时候，同时发出控制信号给摄像机切换模块，切换至相应视角的前景摄像机。
控制色键，通过计算机软件调整和保存色键的状态各项参数。
2、摄像机传感跟踪系统：
   采用机械光电传感跟踪方式，采集摄像机平摇、俯仰、镜头推拉六个方位的动作信息。
3、色键：
   完成摄像机前景和虚拟背景的实时合成输出。
4、切换器：
   完成摄像机前景信号的切换工作，受控于渲染主机串口信号。
5、同步信号分配器：
   完成外来同步信号的分配，分别将同步信号分配给背景渲染引擎、色键、切换模块以及预留给用户摄像机的三个同步信号输出口。
6、延时器：
   对前景信号进行延时一帧的处理，使得前景信号和渲染主机生成的背景信号同步。
　

特点
    虚拟演播室系统是近年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。在虚拟演播室系统中，摄像机的工作状态信息传送给图形工作站，计算机依此得到前景物体与摄像机之间的距离和相对位置，从而计算出虚拟场景最适宜的大小、位置，并按要求计算生成虚拟场景的三维模型。现场视频采用色键原理，将主持人或演员置身于蓝色背景幕布前表演，然后利用切换台上的色键功能将主持人从蓝色背景中分离出来，实时地与计算机产生的三维模型完美无缺地集成在一起，构成一个现实中不存在的，但是在电视画面上却又起到演播室作用的那种假想的新的环境和气氛，最终得到把将实拍的人物与虚拟景物无缝地融合起来的画面。

优点
    虚拟演播室的优势是显而易见的，从画面可以明显看出，电脑生成的背景与演员之间的融合简直是天衣无缝。虚拟演播室系统用软件来生成背景和道具，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，可以制作出真实演播室无法实现的效果，其空间不受物理空间限制，摄像机可以以360゜旋转；还可以引人大量虚拟特殊环境与道具，因此可创作出更丰富、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，获得了更大的创作的想象空间，能够以低廉的成本产生新奇的视觉效果。另外，由于场景的制作、修改、保存等都在计算机上进行，制作和更换电子布景快捷简便，节省了大量的人力、物力、财力，而且缩短了节目制作周期，提高演播室的利用率等等。虚拟演播室虽然具有诸多的优越性，但它由于价格昂贵，普及和推广有一定的难度。

关键技术
1.跟踪与定位
   在虚拟演播室节目制作过程中，确定摄像机的状态信息非常关键。虚拟演播室专用数字摄像机通常为二到三个，摄像机配有运动检测和识别系统，即摄像机跟踪器。其跟踪方式有光学识别系统和机械传感式系统两种。其原理是将检测到的摄像机的推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降等传感部位的运动数据，通过一个“传感器”装置传输到“校准器”，这样，理想情况下，现场摄像机与虚拟演播室中“虚拟”的摄像机被相对地锁定在一个位置上。当现场演播室摄像机运动时，虚拟摄像机受跟踪器的控制可以实时地与现场摄像机保持同步。
2.锁定
    虚拟演播室的另一重要而独有的问题是摄像机之间的位置关系。虚拟摄像机与真实摄像机的初始位置并无直接关系，它可以放在虚拟空间的任意位置，当演播室有两台以上摄像机进行切换时，必须保持实际演员和景物在虚拟演播室中的位置不变，也就是与虚拟景物的关系不变。否则在切换时，观众会看到演员从背景中某个地方跳到另一个地方，在视觉上会造成不真实的效果。由于真实物体与演员是由真实摄像机给出，背景由虚拟摄像机给出，所以必须对虚拟摄像机进行位置锁定，即虚拟摄像机之间的距离必须与真实摄像机之间的距离相等，且推拉、摇移的初始量（原位矢量）与真实摄像机的位置方向关系保持一致，才能进行切换。
3.变焦聚焦景深
    实际拍摄时，摄像机的聚焦点一般都跟踪主持人，如果此时前景和背景都聚焦得十分清楚，会产生景深的不自然感。尤其在特写镜头时，背景应该是虚焦的，使前景、背景如同出自同一摄像机，否则，这种虚拟演播室是不成功的。
4.色键与蓝箱
    抠像，蓝箱主要有一墙一底式、两墙一底（一角）式和三墙一底式3种。其中三墙一底式能给出更大空间，摄像机机位限制小，摇摄范围大。蓝箱必须保证均匀的蓝色背景，特别是在墙墙、墙地交接处不能有接缝的痕迹。同时，由于节目制作过程中采用了色键技术，演员及真实道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空间，人物和环境景物在演播室灯光下的影子会被抠掉，造成一种不真实感。由于色键技术的使用，因此会产生延时，不仅要求系统增加前景视频延时单元，而且必须考虑其它问题。一个是声音，由于前景视频被延时，为了保证声画同步，需要增加视频帧同步器。另外，由于延时，给演员观看反馈监视器上的合成图像以确定动作增加了难度。
5.计算机技术
    虚拟演播室系统配备的计算机是一个小型计算机网络，主机为网络中心，它是虚拟演播室的控制中心，是虚拟演播室节目制作的“导演台”。它除了调用和调整事先做好的三维虚拟场景外，还负责向图形发生器传输图像数据及处理由摄像机跟踪器传来的摄像机运动数据。根据主机传来的摄像机运动数据实时地计算出虚拟的三维电脑场景的运动，以保证其输出的虚拟背景与真实的前景同步。
在虚拟节目准备中的一个重要任务就是建立三维模型。虚拟演播室的背景图像可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机创作的二维或三维模型CG（Computer Graphics），即虚拟场景。虽然虚拟演播室的背景原则上说可以无穷地转换变化，但是背景的创意、三维建模等工作相当复杂，不再是一两个人就能充分使用好的系统，它需要导演、创意者、美术设计、二维建模者、三维建模者、演员及虚拟系统的操作者等人员的通力配合。因此，对于一次性节目背景的制作而言，虚拟演播室并没有效率上的优势，而除了可以制造出不同凡响的特技效果外，能否真正发挥虚拟演播室的功能，创造出高质量的特技效果，还在于制作者的想像力和它们之间的配合。
6.有轨虚拟
    使用光学或机械传感跟踪设备，对真实摄像机的位置及其移动进行跟踪、运算，生成数据流传输到系统主机。通过系统主机对数据进行运算分析，从而实现真实摄像机在同等比例蓝箱内的移动，体现在3D场景中的景深景别的变化。目前最流行的图像处理方法，是使用色键器将蓝色或绿色的背景替换成实时景。
7.无轨虚拟
无轨虚拟演播室技术无需使用传感器对摄像机的位置及其运动进行跟踪、运算。无轨虚拟演播室采用虚拟场景定位技术来实现虚拟摄像机的运动与3D场景实时无缝结合。通过驱动虚拟摄像机来实现各个机位的推拉、摇移、摇臂、航拍等运 动效果，以及各个机位之间的快速切换。
无轨技术的工作原理：根据主持人与虚拟场景、虚拟摄像机，三者之间的相对位置关系的变化，通过对3D场景的移动变化进行跟踪定位，从而实现摄像机的推拉、摇移、摇臂乃至航拍的运动效果。 这种无轨技术减少了周边硬件设备的使用，降低了使用成本，操作更便利。