顾礼华

（上海广播电视台技术运营中心电视制作部）

摘要：

东方卫视虚拟技术的运用,对原先电视播出的制作工艺和制作流程有了很大的改变,也大大增强了节目的表现形式,随着对虚拟技术的进一步掌握,节目表现形式和表现效果也将会越来越好,本文通过东方卫视新演播室虚拟技术的实际运用,对虚拟前景技术、大屏应用、触摸屏应用和Ipad互动点评应用进行阐述,讨论总结虚拟技术在实际运用中的经验和心得。 关键词：跟踪定位 3Dplay 触摸场景 多屏联动

1引言

随着计算机图文技术的不断发展，电视荧屏上出现的图文播出形式也更加丰富多彩。伴随着人们对各种信息播报的认识也逐渐走向深入，受众群体的不断扩大、观众需求的日益增加，以图文的形式传递信息的比例越来越大，相应对图文的表现形式越来越丰富，其制作要求也越来越高。在播报的形式日益多元化发展趋势下，单一的虚拟图文系统已经无法满足观众的要求，以虚拟前景、大屏幕电视墙、互动触摸屏、在线图文包装为手段的图文包装方案已经成为各频道图文包装系统的设计方向。东方卫视新演播室正是在这样的背景下孕育而生的。

2虚拟前景应用

虚拟前景技术被大家所熟知是中央台在世界杯和奥运会上的成功运用，而在东方卫视应该说是第一次在新闻节目中大规模使用虚拟前景。虚拟前景技术具体说是虚拟图文技术与跟踪技术的结合，是虚拟图文模拟各种摄像机运动的表现形式。从节目的应用上看，虚拟前景技术在新闻资讯节目上的运用大大的丰富了节目形式。如《看东方》的质询板块，其中的航班信息、列车信息、天气信息本来是一些枯燥的数字播报，但是通过虚拟前景的运用，可以大大丰富的其播报形式，给人耳目一新的感觉（如图1）。

虚拟前景跟踪技术：

在虚拟前景应用中，虚拟跟踪是一项关键技术，它通过摄像机定位技术让虚拟前景有了“位置感”。其大致原理可以理解为将演播室摄像机位置信息和实时动作数据与虚拟摄像机建立匹配关系，使虚拟摄像完全受控于真实摄像机；具体说就是真实摄像机的X、Y、Z的位置和Pan、Til、Zoom、Focus信息通过数据线传输给渲染引擎，渲染引擎再将各个位置信息对应在虚拟摄像机上，最后达到位置匹配的效果（如图2）。

东方卫视采用3机位的跟踪方式来满足展示虚拟前景的要求，而3台摄像机跟踪信息的一致性和匹配度是最终决定虚拟前景效果是否真实完美的重要因素。从3台摄像机的配备来看，2台同品牌同配置的机器人摄像机在理论上能够达到跟踪的一致性，而摇臂摄像机的跟踪数据点与机器人摄像机有所不同，机器人摄像机有位移上的数据，而摇臂则有摇臂关节上的数据，且镜头参数也不尽相同。如表1机器人摄像机与摇臂摄像机的数据比较表。

（表1：机器人摄像机与摇臂摄像机的数据比较表）

跟踪定位匹配思路

机器人摄像机与摇臂摄像机跟踪方式都为机械式，但是跟踪产生的数据点是不同的，机器人摄像机有位移数据而摇臂摄像机则没有，摇臂摄像机有摇臂关节的跟踪数据而机器人摄像机没有。两种跟踪摄像机的数据点的不同直接导致3台摄像机跟踪数据匹配的难度，因此匹配摄像机的定位坐标，让3台摄像机定位于一个点是跟踪定位的目的。

跟踪定位匹配方法

以机器人摄像机初始化基准点作为跟踪定位的参考原点，将摇臂距离参考原点的X、Y的偏移距离作为摇臂跟踪数据的偏移量，调整此偏移量，理论上可以将机器人和摇臂各自的坐标轴匹配到重合，跟踪于同一个点。

虚拟场景对位：

虚拟前景在运用时会出现虚拟物体参照位置找不准的情况，例如一个虚拟地球在正常的取景范围内它的视觉位置是正确的，而当我们换一个角度去看时，发现虚拟物体实际不在我们要的位置点上，这是由于虚拟物体的相对位置与实际布景的位置没有重合，只是在某个角度上在视觉重合，这种情况的发生直接导致摄像机在做推、拉、摇、移动作时虚拟场景的严重偏移，因此必须找到一种方法能让虚拟物体位置与实际布景位置重合。在运用中，我们发现一个漂浮在坐标Z轴0点以上的虚拟物体是很难找准参照点的，因此我们首先要在虚拟场景中设定一块Z轴位置为坐标0点的参照地板，当虚拟场景的Z轴与实际布景的Z轴固定重合后，移动虚拟物体的X轴与Y轴的位置时，发现其虚拟物体的位置与实际布景的X轴与Y轴是重合的。因此，匹配Z轴0点位置可以快速准确的找到虚拟前景X、Y的信息，使虚拟前景的跟踪更为精确。(如图3)

3大屏应用

东方卫视新演播室共配备了3块大屏，其中2块为2*3和2*5的402寸和670寸大屏，分辨率分别为4200*2100和7000*2100；另外一块为103寸全高清的触摸屏分辨率为1920*1080。（如图4）

4k大屏应用

4k大屏的应用相比前面提到的虚拟前景应用来说要直观的多，也更容易被主持人所接受。两块4k大屏是由2台ORAD公司提供的HDVG-4K提供信号源。HDVG-4K可输出4路DVI信号,直接连接到大屏的控制器，实现4K信号的大屏输出。2台HDVG-4K输出的分辨率都为3840×2160。大家可能会有疑问，HDVG-4K输出的分辨率为3840×2160，而4k大屏的分辨率分别为4200×2100和7000×2100，这样连接输出，大屏最终输出的画面不会变形么？实际的情况是不会。举2×5大屏为例，我们在HDVG-4K输入端输入的图片分辨率为3500×1050，经HDVG-4K处理后，在其输出端输出的图片分辨率变为3840×2160，此时的图片是变形的，不过不用紧张，我们最终的输出端是4k大屏，而不是HDVG-4K，将分辨率为3840×2160的变形图片经4K再变形输出后，就变回了原来的分辨率（如图5）。

HDVG-4K的性能特点

HDVG-4K图形渲染引擎是傲威公司提供的超高清渲染引擎，支持DLP大屏幕、LED大屏等终端超高分辨率大屏的输出，提供3种输出分辨率输出，分别为3840×1080，3840×2160，7680×1080，支持视频墙采用2×1﹑2×2﹑3×1和4×1等拼接形式。同时HDVG-4K也支持各种软件都在此硬件平台上运行，使其扩展性大大的得到了提升。

HDVG-4K的核心部分是HDVG卡，是一块可编程PCI视频板，同时，HDVG-4K的图形卡是一块经过底层代码重新编写和优化的NVIDIA图形卡，其图形渲染能力与同型号未优化的NVIDIA图形卡相比在渲染速度和输出质感上都得到了很好的提升，使HDVG-4K的性能得到了更好的提升。

作为纯粹渲染引擎的HDVG-4K，接收的所有渲染指令都来自于另外配备的一台控制电脑，这种控、渲分离更有利于渲染引擎的稳定性和渲染能力的最大化。同时HDVG-4K接收4路外来高清视频插入，提供了4框视频窗的功能。HDVG-4K可输出4路DVI信号,每一路DVI信号的分辨率为1920×1080直接连接到大屏的控制器。实现3840×2160信号的大屏输出。（如图6）

4触摸屏应用

触摸屏的应用已经成为各档新闻不可或缺的部分，读报、读微博、读视频等等节目类型已被广大观众所熟知。然而如何让触摸互动节目更加生动，让触摸屏应用的更加好，是需要我们探索的。下面结合东方卫视的触摸屏应用进行一下初步的探讨。

硬件部分

结合图文系统的触摸屏一般可以分为后台控制电脑、渲染引擎和前台显示触控区三部分。东方卫视选用的Orad公司的图文触控系统结合了界面设计、实时操控和实时渲染的功能，能很好的对图文元素进行多种做操作，如：点击、缩放、位移、旋转、画线、注释、自定义颜色等，其渲染引擎（HDVG）具有的互动功能使这些操作能很好的得意实现。103寸的等离子屏结合红外触摸方式基本能满足读报点评的需要。

软件部分

触摸屏系统软件主要分为红外触控驱动软件3Dplay制作控制软件和渲染引擎Telestrator插件。

红外触控驱动软件是红外触摸框的驱动软件，负责对触控动作的识别和触控数据的传输；渲染引擎Telestrator插件是HDVG互动功能的驱动软件，负责HDVG互动应用的实时输出；3Dplay制作控制软件是触摸屏互动制作与互动控制的应用软件，是实现各种触控的后台控制软件。

触摸屏功能实现

在了解完触摸屏软硬件后我们来了解下触摸屏功能的实现。实现触摸屏功能首先要具备几个条件：a、具备触摸场景；b、确定触摸方式；c、了解是否需要多屏联动。

1．触摸场景

触摸场景的设定是整个触摸屏功能实现的最为重要的一步，触摸屏实现的功能效果、动画方式、触摸点设置等等都在触摸场景中完成。以东方卫视《环球周刊》的触摸场景为例，它的动画方式是以球体表面的贴图滑动的方式呈现，每一张球体表面的贴图就是一个触控点（如图7）。

然而实现这样一个场景并非一蹴而就，因为球体上的贴图是无法用作触摸点的，因此必须做一个触控模型来作为球体贴图的触控点，且触控模型可以随贴图一起转动（如图8）。当触控模型与对应的贴图转到中间位置时，为可触控状态。

1．触摸方式

这里说的触摸方式可以理解为3Dplay后台控制程序的编写方式。3Dplay通过程序语句和互动模块的语句将触摸场景进行限制和智能化，以达到互动触摸的效果。

具体来说，所谓“限制",以读报场景为例（如图9）：

如果读报的最大张数为12张，场景便旋转到12张时便无法继续旋转，然而读报的张数是随机的，当读报张数只有10张，也就是“图片数量”为10的时候，场景必须加以限制使第10张变为最后一张，通过编写程序语句将“当前页码”限制在“图片数量”的位置上，使之不能继续转动。程序编写（如图10）：

1．多屏联动 多屏联动是指3Dplay通过网络同时控制多个大屏，使4K大屏与触摸屏联动，达到触摸屏内的元素可以扔到大屏的效果。以《环球周刊》的大屏联动效果为例：触摸屏点击放大的图片，可以拖拽将移动到2*3的大屏中。 多屏联动实现起来要满足两个条件：一是大屏和触摸屏的渲染引擎处于一个网络环境中；二是场景分层控，通过程序编写实现多屏联动。（如图11）

满足网络环境的条件后，接下来就是通过编程来实现联动的效果。（如图12）当执行程序“id=1”时，触摸屏播放abc_F场景的"inp01_out"动画，同时将大屏的HQZK_F场景中相对应的图片和视频的导出项设定为当前项，接着延时0.4S后再自动播放HQZK_F场景的“当前页数”in动画。此联动程序中”inp01_out“动画与“当前页数in”动画是一个连贯的动画，从而达到触摸屏中的一块板飞入大屏的效果。

5 Ipad互动点评控制

Ipad互动点评控制是一种比较新颖的虚拟互动运用方式，东方卫视的Ipad互动点评系统是在Orad的系统的基础上进行二次开发，将Ipad的控制、输入和文稿系统互连进行了改进，以达到更直观更人性化控制的要求。框图（如图13）

首先讲一下是Ipad的控制：Ipad的控制是将主持人在Ipad屏幕上的互动反应动作定义为控制软件3DPlay的一个反应动作，每个互动动作，转换成一个3DPlay的宏命令，并触发渲染引擎HDVG。在控制端，Ipad的控制功能必须能达到控制虚拟图文的播放、图文的同步缩放和拖拉、场景的切换以及点评用的画笔功能，还能控制多台渲染引擎。为此，Ipad的所有相关控制，都必须基于3Dplay的统一串联单，Ipad对3Dplay进行控制从而对虚拟终端进行控制。

Ipad抓取串联单方式：为了方便Ipad的有效控制，3Dplay必须要将控制命令生成为一张串联单，同时由集成控制服务器从3Dplay上抓取串联单，再将串联单推送给Ipad。（如图14）

输入、文稿系统连接：Ipad上的控制端不仅有对流程进行播控的功能，还因该有一定输入功能。所谓的输入功能可以理解为互动控制动作的反馈，也可以是视频播放的预览，还可以是文稿系统中的内容抓取。互动控制反馈表现为图文在IPAD上的动态显示；视频的播放预览表现为Ipad能预览帧数较低的视频；文稿系统的内容抓取表现为Ipad通过网络能抓取文稿系统中的文字信息，其运用起来有两种方式：1、文稿系统过滤推送方式，该方式由文稿系统负责过滤文字信息，再将需要的文字内容推送给Ipad，集成控制端只负责传递；2、Ipad抓取方式，此方式是在集成控制端进行文字信息过滤，文稿系统只负责端口开放。在实际运用中Ipad抓取方式相比第一种方式要更可靠些。

6 总结

总之，东方卫视虚拟技术运用以来，对原先的制作工艺和制作流程有了很大的改变，也大大增强了节目的表现形式，随着对虚拟技术的进一步掌握，节目表现形式和表现效果也将会越来越好，最终达到提高东方卫视新闻的可视性和为广大观众提供了更多的人性化服务。