精雕细琢做虚拟

刘亮

（中央电视台新闻制播一部）

摘要：本文概述介绍了新闻中心150平米演播室虚拟演播室系统设备，重点介绍了色键器抠像的使用方法，并针对不同节目虚拟制作中抠像时出现的问题和难点，提出了具体的解决方案和操作方法，还简要讲述了虚拟制作中视频切换和虚拟场景应用的特点，为完善演播室虚拟制作的屏幕视觉效果提供了一些可行思路。关键词：虚拟演播室 虚拟场景 色键器 抠像 视频切换 灯光 1 引言中央电视台新闻中心150平米演播室在高清改造时引入了虚拟演播室系统设备。演播室自投入使用后，以技术应用服务节目内容，技术创新满足节目发展为出发点，对包括蓝厢、灯光、摄像机跟踪云台、虚拟场景渲染服务器、色键器等设备在内的基础硬件做好充分准备，全力进行虚拟场景的设计、制作和使用，攻克色键器抠像、服务器迟滞等一系列难题。虚拟演播室技术可根据节目需求灵活引入各种场景，大大提高节目的现场感和互动性，因此，《新闻周刊》、《世界周刊》、《每周质量报告》、《天气资讯》、《央视时评》和《军情时间到》等栏目都争先在150平米演播室录制。2 虚拟演播室系统概述150平米演播室搭建有宽8米，高3.5米，进深4.5米的蓝厢作为虚拟演播室景区，如图1所示。蓝厢的立面和地面接合采用半径为0.5米的倒角，以防止光照不均影响抠像效果。灯光系统全部采用LED冷光源，确保景区光照透亮、均匀、柔和。演播室三台摄像机，一台配备移动跟踪云台，两台配备固定跟踪云台；每路摄像机信号都配备一台色键器和一台虚拟场景渲染服务器，摄像机信号经色键器抠像后与接入传感信号的渲染服务器输出的虚拟场景合成，输出虚拟摄像机信号进入视频系统。此外，还在虚拟演播室系统中接入了2路视频切换台AUX信号，以方便在虚拟场景中根据需要引入各路视频信号。虚拟演播室系统如图2所示。

图1. 150平米演播室景区示意图

图2. 虚拟演播室系统框图

3 色键器操作概述150平米演播室采用Ultimatte色键器进行色键合成，即通过一个遮罩信号（Matte，Mask），将前景（Foreground）画面中的蓝色去除后与背景(Background)画面合成为一个画面。150平米演播室具有三讯道，每路摄像机信号都配备一台色键器和一台虚拟场景渲染服务器，三台Ultimatte色键器共用一台SMART REMOTE 2色键器控制面板进行操作，控制面板如图3、图4所示。

图3. SMART REMOTE 2色键器控制面板

图4. SMART REMOTE 2色键器触摸屏

3.1 色键器基本设置在使用色键器前，需要进行一些基本设置，大致如下：1) 点击【FILE CLEAN】按键：清除以前的设置。2) 进入【CONFIG】菜单，选【FILES】文件：a) 摄像机1调用KEY1设置文件；b) 摄像机2调用KEY2设置文件；c) 摄像机3调用KEY3设置文件；调用好设置文件后，关闭窗口。3) 选择【IN/OUT CONFIGURE】,进入【INPUT SETUP】,选择INPUT1 TIME TO INPUT2。INPUT1是摄像机信号，INPUT2是虚拟场景信号。由于经过虚拟主机后，摄像机信号和虚拟场景信号会有一定的时间差，通过此设置可以让两路信号匹配。4) 【FRAME DELAY INPUT 1/2/3】一般设为1-2帧：将虚拟合成信号延时以解决声音些微延时造成的声画不同步现象。3.2 色键器抠像操作在完成基本配置后，色键器就可以正常使用进行抠像操作了。在抠像时，可以选择【MATTE ON】进行自动抠像操作，如果效果不佳，就需手动选择采样点进行抠像，大致步骤如下：1) 在【MATTE】菜单中，选【SCREEN COLOR】，用左下和右下两个旋钮来调整采样点的位置。2) 选【KERNEL SIZE】调整采样点的大小。3) 选【USE SCRN COLOR】使用此采样点进行抠像。3.3 抠像微调操作完成粗步抠像后，画面效果可能不甚理想，还需要进一步微调。微调主要集中在【MATTE】菜单，主要调整参数和方法如下：。1) 【MATTE DENSITY】：调小此参数，整体噪点减少，前景图像会发生穿透现象；调大此参数，整体噪点增加，前景图像会变实。2) 【CLEANUP LEVEL】：调大此参数，背景噪点减少，前景噪点增多。但是如果调的太大，前景就会失去很多细节，比如主持人的头发，阴影等。因此，此参数值越小抠出的前景效果越好。一般都与Matte Density配合使用。3) 【BLACK GLOSS】：此参数是黑色密度参数，原则上应当尽量避免调大这个参数。如果前景有黑色反光的物体，可调大此参数以消除黑色物体上的蓝色反光。4) 【CLEANUP HRESHOLD】：此参数用于控制Clean Up LEVEL的影响程度大小。当参数值为0%时，调节Clean Up LEVEL时，信号将100%受到影响；当参数值为100%时，调节Clean Up LEVEL时，信号不会受到任何影响。通过调整上述4个参数，尽量让监视器中前景越黑，背景越白，则色键器输出的虚拟合成画面效果越好。图5、图6、图7分别展示了《军情时间到》虚拟录制时的摄像机实景信号、色键器MATTE信号虚拟合成信号。

图5.《军情时间到》摄像机实景信号

图6. 《军情时间到》色键器MATTE信号

图7. 《军情时间到》虚拟合成信号

4 色键器抠像难点与解决方案在实际录制工作中可能会出现各种情况，使得色键器完成抠像操作和微调操作之后，虚拟合成信号还会存在一些瑕疵，不能达到理想效果。图8至图11分别展示了抠像操作的优劣直接影响到虚拟合成信号图像质量的优劣。这就需要根据色键器抠像的原理和设计，针对具体情况，采取不同方法和措施来解决。

图8.抠像效果差 图9.合成图像差

图10.抠像效果好 图11.合成图像好

4.1 演播室道具或主持人衣着反蓝光在实际工作中抠像时，环境光打到蓝厢和地胶上再反射到道具和主持人服装、皮鞋之后，肯定会混杂有蓝色光成分，从而影响抠像效果。当主持人穿浅色高反光布料衣服和黑色皮鞋时，蓝色反光现象会比较明显。可以从以下几方面着手解决。1) 在反光物体（道具或主持人）前方加设覆盖柔光纸的地灯，增加灯光照度以去掉反射蓝光。2) 若是单一主持人固定机位播报，而且不需要出全身机位时，在主持人站立处放置一张较大的地毯，便可以很大程度解决反射蓝光问题。3) 当有黑色皮鞋反光时，可以调节【BLACK GLOSS】参数，以消除皮鞋上的蓝色反光。4.2 演播室道具或主持人衣着等抠像后颜色偏差在色键器调整完成后，通过点击色键器左边硬按键【MENU】中的【WND】键，出现【WINDOW】菜单，再点击触摸屏中的Window Enable，调节Window Position，来对比窗口中的白色查看是否有颜色偏差。如果发现演播室道具或主持人衣着、饰品等前景物体颜色有偏差，则可以调节【FG】菜单下【FLARE】菜单中的参数Gate 2或者Gate 1/3来解决。1) Gate 2：前景物体中含有蓝色成分，如紫色、粉色中含有蓝色成分，可能会在抠像时被系统扣掉，造成颜色偏差。如果需要保留这些蓝色，则可通过调高此参数值来恢复前景物体中含有的一些蓝色成分。2) Gate 1/3：调节此参数值可以去除绿色物体表面的蓝色溢出。4.3 主持人衣服边缘泛蓝光摄像机镜头是凸透镜，镜头边缘光线的折射和透射相对镜头中央有一定缺陷。由于镜头的这种光学特性，当主持人在画面正中（即正对镜头）时，几乎没有蓝边现象；在画面边缘（即镜头的边缘）时，蓝边现象明显，此时，可以通过调整色键器的一些参数来一定程度缓解。1) 单一机位：进入【CONFIG】下的【INPUT/OUTPUT CONFIG】菜单，调整U/V CONFIG参数旋钮，可以一定程度去掉蓝边。这种方式只适用于单一主持人固定机位时。若主持人和镜头有相对位移时，则需要往反方向旋转旋钮改变参数值，来确保不产生蓝边。当镜头中同时出现多人时，此方法不适用，因为减少一人的衣服蓝边会造成另外几人的蓝边更严重。2) 多人机位：进入【MATTE】下的【MATTE SIZING】菜单，调整POSITION HORIZATIONHE 和MATTE HORIZATION参数旋钮，可以一定程度消除蓝边。此方法可适用于多人机位，不用跟随机位移动随时调整参数值。但是，此方法相当于用虚拟场景来遮掩调整对象的边缘，调整对象会“变瘦”，因此，调整时需综合考虑。4.4 虚拟场景不真实虚拟场景虽然通过渲染处理后会比较真实，但是与真实场景相比，还是会存在一定的虚假、不真实感。为了使虚拟场景显得真实，最好能在虚拟场景中看到主持人和道具的影子，这样主持人才像是踩在实际地面上，而不像是悬浮在半空中。为了获得较好阴影效果，有几点需要注意：1) 虚拟场景中制作的地面，尽量不要使用深黑色，可以用灰色来代替黑色，这样黑色的阴影才能在虚拟地面上显现。如果在虚拟地面上制作些纹路，阴影效果会更好些。2) 由于蓝厢边缘不在灯区范围内，为了获得人或物在虚拟场景中垂直方向的阴影，可以让人或物站立在蓝厢中间灯区范围，然后在其身后放置一块稍大的蓝板，这样就可以在蓝板上形成影子供虚拟场景使用。但是，此方法只适用于主持人活动较少的情况。3) 可以在蓝厢的地胶上放置一整块透光性好的透明塑料垫，有利于阴影的形成。4) 要获得阴影，在抠像时需注意尽量降低抠像产生的噪点，即尽量减少调整CLEAN UP LEVEL旋钮。只有在蓝厢中颜色和灯光不均匀，致使抠像不干净时，才调整CLEAN UP LEVEL旋钮，从而遮掩不均匀处。但调整过度，抠像对象本身就会出现部分透明现象。5) 由于色键器在合成前景和虚拟场景信号时，会抬升虚拟合成信号底电平，使得显示效果变灰，不通透。因此，相对录制实景演播室节目时，录制虚拟节目需要适当压低摄像机底电平，提高摄像机光圈，以提升显示效果，增强真实感。5 虚拟制作视频切换特点及应用在采用虚拟演播室技术录制节目时，要将虚拟场景的效果充分体现出来，在虚拟场景制作和色键器抠像之外，还要重视视频切换的特点和应用。5.1 前期准备常规现场直播时，视频切换人员需要提前介入节目，了解节目主题、需求，现场看点，参与直播脚本设计。而采用虚拟演播室技术录制节目时，所有的场景都是计算机渲染生成的，并不是真实存在的，因此，前期介入工作越发重要。为了能尽可能的将虚拟场景的现场感和具象性充分展示，视频切换人员需要从节目策划理念，到具体实现手段；从节目内容主体，到动画场景设计；从栏目标志LOGO，到中间创意过场；从镜头语言设计，到切换节点安排等方面，都主动介入，积极探讨研究。只有这样，才能根据节目的主旨内容和录制进程，完美展现虚拟场景。5.2 现场录制开始虚拟录制时，视频切换人员对节目主题和脚本，虚拟场景的内容和形式已经了然在胸。需要做的就是将主持人的串词和走位以及摄像机的机位移动与节目内容和虚拟场景融合一致成为一个完整的节目。其中，有几点需要注意。1) 由于没有实际场景，主持人需要从监视器中观察虚拟合成信号走位。而监视器信号的左右方向与现实中的正好相反，这给主持人走位和动作带来一定困扰，需要主持人克服。2) 由于没有实际场景，摄像师也需要通过摄像机返送的虚拟合成信号来控制摄像机的镜头景别和运行轨迹，完成构图和镜头语言。构图时，要考虑到节目播出时增加的字幕、台标的影响。3) 不同机位虚拟合成信号的虚拟场景相对位置会有较大差别，需要现场调整虚拟场景的尺寸和相对位置，以期效果最佳。与此类似，虚拟前置和背景场景的逻辑关系也可能出现混乱，也需要现场调整，避免错误。4) 视频、音频和虚拟场景在线播调人员需要紧密配合，灵活把握机位切换切、虚拟场景改变和话筒声推起的时机。5) 需要突出的全虚拟场景镜头可以在整场录制结束后补录，以方便后期剪辑。5.3 后期制作录制结束后，后期剪辑也是整个节目的关键一环。场景转换的处理、过场动画和音效的合成、主持人留白时虚拟场景特写镜头的补充等都需要通过后期剪辑合成。此外，字幕与节目整体风格是否一致也会一定程度上影响节目视觉效果，需要重视。 6 小结在采用虚拟演播室技术录制节目过程中，囊括了虚拟场景制作、虚拟场景在线调用、虚拟抠像、调光、切换、摄像、调音、收录、剪辑等一系列技术环节。每一个环节都至关重要，本文结合中央电视台新闻中心150平米演播室虚拟录制的实际情况，从虚拟演播室视频系统、色键器抠像和视频切换等方面做了较详细的介绍。事实证明，虚拟演播室技术实现了节目内容和屏幕效果的最佳组合，展现了一种前所未有的节目形态，充分体现了技术融入节目和服务节目的宗旨，也凸显了技术创新及应用对节目创新和发展的影响和促进。 编辑：中国新闻技术工作者联合会