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虚拟演播室蓝箱设计

时间：2023-02-20 22:34:11 计算机论文我要投稿

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虚拟演播室蓝箱设计

2001中南地区广播电视技术讨论会技术论文二等奖

虚拟演播室系统是现代计算机图形处理技术与传统色键抠像技术相结合的产物，它可以把现场视频与计算机生成的场景影像，按照一定的透视关系实时无缝的进行合成，虚拟出真实演员置身于虚拟场景中的画面输出，以满足人们不断提高的欣赏要求。它的出现是对传统演播室技术的一次重大变革。在虚拟演播室系统中，跟踪技术和色键技术的好坏，是一个系统性能好坏的关键，但这些技术的应用均是建立在一个最基本的环境中，即我们所称的虚拟演播室的蓝箱。

大家知道，蓝箱是主持人活动的实际场景，及虚拟制作的根本依据。蓝箱的好坏，可能给后续的虚拟制作工作带来很大的影响。我频道拟于2001年购买一套二机位的RE-SET的IBIS虚拟演播室系统，在进行蓝箱的设计施工时，有一些心得和经验，在此与各位同行交流。

1、施工要求

在实际进行蓝箱设计时，首要考虑的问题就是蓝箱所在演播室的空间问题。目前各电视台的演播室多是一室多用，即同一个演播室由多个节目共用，也就有多个场景。这就要求在设计蓝箱时要充分考虑到其它场景的位置和灯光需求，不能使节目在录制时出现质量下降或穿帮现象。倘若演播室一室一用，专为虚拟演播室所用，就不存在这个问题。所以，建议最好是选用面积适合的小演播室作为虚拟系统专用。

其次，要根据虚拟系统的机位，来设计蓝箱的形状并计算其大小。也就是说，蓝箱的大小一定要能够满足摄像机的推拉摇移的范围要求，既不能过小而限制镜头的活动，又不能盲目加大蓝箱面积而导致造价的大幅度提高。

然后，就是要根据使用虚拟演播室制作节目的性质来规划蓝箱的大小。大家知道，新闻及小型访谈类的节目在录制时镜头一般较为简单，大多是以正面近景辅以少量侧面全景，且镜头固定，无需推拉摇移，主持人的位置也固定不动，这样对蓝箱的要求也就不高，只要顾及到侧面全景不穿即可，蓝箱可以做的较小。如果是录制文艺性节目，主持人不但会来回走动，且镜头的推拉摇移较多，变化较大。这就要求蓝箱要相对较大，给出足够的镜头活动空间。

另外，在施工期期间，不能影响演播室正常的节目录制。

2、具体设计

① 确定位置与大小：根据我频道的实际条件，最终确定在250平米演播室的一角装修蓝箱，大小以70平米左右为宜。

② 蓝箱装修包括两个成90度夹角的立面和一个地台。立面与地台的夹角应大于90度（我们采用了立面向外倾斜10度的方案），以减少反射到主持人身上的蓝光；立面与地台间最好采取弧形过渡，这将更容易均匀布光，而且墙壁间也不会互相反射。圆滑的角落可以帮助减少灯光的明暗差异。地板应该足够大，以避免主持人的面光形成的强阴影打上立面，有时这会为制作带来一些麻烦。蓝箱整体设计如图1、图2所示。

1）确定制作工艺

制作工艺是蓝箱质量的保证，也就是说，蓝箱是否能顺利完成虚拟演播室的录制任务，制作工艺的好坏是关键之一。在制定制作工艺时，要从以下几个方面来考虑：

① 制作材料

目前国内制作蓝箱的厂家主要使用两种材料，一种是玻璃钢，另一种就是木材。采用玻璃钢材料，优点就是材料强度高，几乎不会产生变形，且具有不可燃性。这样在制作前就无需对材料进行防火、防变形等预处理工作，大大节省了工期。缺点是造价过高，每平方米费用大约为2000元左右，这样如果建造一个大约100平方米左右的中型蓝箱，就需要花费20万元左右，这对于多数中小型电视台来说，都是一笔不小的开支。而如果采用木料的话，其造价大约为每平方米500元左右，是玻璃钢材料的1/4。但由于木料本身具有易燃、易变形等特点，所以在施工前期需进行大量的预处理工作，延长工期，增加了施工难度。目前国内各用户多采用木材来进行蓝箱的搭建。

② 蓝箱的搭建结构方式

蓝箱体积较大，搭建起来较为复杂，施工周期也较长。如果所有工作都在演播室中完成，势必会影响演播室的正常使用。所以我们建议蓝箱整体结构采用积木式拼接方式，即将蓝箱整体分为若干部分，先将每一部分在演播室外施工场地进行加工完成，最后将各部分在演播室中通过榫接等方式结合在一起，形成整体结构。采用这种方式的好处就是缩短室内施工时间，而且预先单独制作球形区域和各弧形区域，也较容易保证其成型。但这样对施工者的施工水平要求很高，在整体拼接时应能进行准确的校正，保证由多个部分组成的各平面、弧面、球面的平滑过渡性。我们的蓝箱所采用的积木式结构将整个蓝箱分为二十多个部分进行分别制作，最后再进行整体拼装。

3、选材的预处理

根据自身目前的预算状况，我们选择了使用木料搭建蓝箱，所用蓝漆为国产阻燃漆。由于蓝箱搭建在演播室中，且木料及漆料自身易燃，所以在施工前一定要对所有用料进行预处理，达到消防要求。

① 对木料的预处理

防变形处理：大家知道，普通木料中含有大量水分（含水率约在25%-30%之间），在水分经过一段时间挥发掉之后，木料就会产生变形甚至开裂，导致制成品损坏或无法使用，所以木料的防变形处理就显得至关重要了。目前的木料防变形处理主要是脱水处理，即将含水量较高的木料放入烘干房中，加高温使大部分水分从木料中挥发出去，从而使木料的含水率降低到10%左右。经这种方法处理后的木料的变形量极小，不会导致开裂等严重后果。

防火处理：木料是否能达到防火阻燃的要求，是关系到演播室财产及工作人员人身安全的一个重要问题，一定要认真对待，切切不可大意。目前所用的防火处理方法主要是在木料上淋刷阻燃剂，或是将木料直接放入阻燃剂中进行充分浸泡。推荐使用第二种防火处理方法，因为第一种方法只能在木料表面形成阻燃层，如果在施工过程中对木料表面进行加工，就会破坏阻燃层。而第二种方法就会使阻燃剂渗透到木料内部，从而达到整体阻燃效果。

要注意的是，阻燃剂中也含有一定的水分，所以最好先对木料进行防火处理，然后再进行防变形处理，这样就能将木料在防火处理过程中所吸收的水分和木料本身原有水分一起排出。

② 蓝箱所用蓝漆的选择与特性

虚拟演播室系统虽然不局限于抠蓝，但蓝色有几个优点：一是蓝色能更好地保护人体的皮肤颜色；其次，物体周围的蓝边弱色调没有绿边弱色调显眼；三是演员们在蓝色环境中工作要比绿或红色环境中愉快。

关于业界将蓝箱装修专用的进口蓝漆称为"电视蓝"的说法，我们有自己的理解。什么叫做"电视蓝"？从技术指标的角度来说，当摄像机只有蓝管输出，而红管和绿管都输出为零时，摄像机输出的就是"电视蓝"。其实无论是什么"蓝"，对涂料行业来说，都一样可以调配出来，不一定非要使用昂贵的进口专用漆。而且，除了价格因素之外，与国内优秀漆料生产厂商合作，可以定制调配添加有阻燃剂、哑光、具有一定耐磨度的特种漆。这也是我们采用国产漆的原因。实际上，在我们提出阻燃、哑光、耐磨、快干几项要求后，厂家专门小批量地调配了六种具有不同色度、色调的蓝漆，经过我们的多次测试，最终确定了最适合的一种蓝漆。测试过程是这样的：将测试蓝板放置在演播室正常制作节目的灯光下，摄像机推满。采用矢量示波器观察，当将两场色度矢量重合时，其矢量方向越接?quot;B田字"区域，说明漆色中绿色或红色的偏色越少。矢量方向顺时针偏离，说明漆色偏绿；反之偏红。考虑到对肤色的处理，漆色偏绿强于偏红。

最后，再加上对硬度与阻燃性的平衡考虑，最终确定漆型。

4、室内施工

预制件完成后，就可以进演播室施工了。施工时有几个问题应注意：

① 预制件整体搭建时，应保证施工现场地面平整，立面后要有支撑，以防止整体受力不均而引起变形。由于演播室地处大楼一层，地台下要铺设防潮层（我们就采用了地板专用防潮薄膜），进行防潮处理。

② 整体打磨取平时，要注意演播室内设备的防尘问题。设备尽量远离施工位置，并加盖防尘布。施工现场应及时打扫，尽量减少粉尘的停留时间。打磨完成后，应用吸尘器仔细清除粉尘。

③ 地台边缘以及道具与地台的接触边缘如果处理不好，在抠像时会形成一条很难去除的黑线。有时在利用虚拟演播室无限蓝箱的功能时，地台的边缘由于光线的不均匀，不能完全抠干净，但又不能用色块填充，边缘就形成?quot;两不管地带"。解决的方法是边缘采用完全不同的颜色完全抠掉。道具的边缘就只能是在制作时尽量保证其底部完全与地台平面吻合，避免因产生阴影而影响抠像质量。

④ 上漆的方式应选择滚刷。人工手刷费工费时，而且不易保证整体漆色均匀；喷涂上漆引起的"漆雾"污染太大，不适合在室内施工。

⑤ 考虑到蓝漆由于阻燃剂的添加而损失了一部分的耐磨性，在地台蓝漆之上可以再加一层哑光的清漆。

⑥ 整体漆面完成需要4-5遍蓝漆和一遍清漆，但由于施工期间，演播室还要正常录制节目，所以除了要采用快干漆之外，还要注意上漆期间的通风问题，即使更新室内空气。

5、灯光

对虚拟演播室来说灯光是最困难可又是最重要的问题之一。在一些制作中，需要一些经验丰富的灯光导演来处理虚拟演播室的灯光问题是必不可少的。

在通常情况下，针对虚拟演播室多机位的特点，为了使摄象机在各个角度抠出的图像都不会出现"抠透"或者有"蓝边"现象，蓝色舞台及蓝背景需要被照得非常均匀。如果蓝墙的蓝色调比蓝地板的蓝色调深，那么在最后合成的图象就会发现虚拟的地板图象和背景图象相比显得偏黄，造成整个场景的色温不均匀。因此，虚拟演播室的布光越均匀，抠像效果越好，人物在地面的影子就越饱满和真实。在虚拟演播室里，播音员的主光、辅助光、轮廓光需要单独布置。并要使人物光和环境光之间有合适的光比，使人物在能保证最佳还原的同时，并和场景很好的融合在一起。

电视照明现在已由过去的高光比的方式发展到现在的低光比低反差的方式，而灯具的发展也在不断的变化。三基色冷光源已作为建立虚拟演播室灯光照明的最常用灯具。我台虚拟演播室使用的是一个原综合性演播室的一部分建造的，原有的灯具为菲涅耳聚光灯、天幕灯和二次反射柔光灯。因此，我台虚拟演播室的灯光使用原有的灯具进行布光。在布光时，为避免灯光产生硬影子或造成局部不均匀，在聚光灯、天幕灯、柔光灯上都加上柔光纸，这样还可以使蓝墙与蓝地板的圆弧过度部分比较柔和。在人物布光上，主光使用的是菲涅耳聚光灯，应注意的是灯位的高度，

灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上，还可以避免在蓝墙上形成不必要的光斑。在大多数情况下，阴影应该避免落在真实墙壁上，除非虚拟墙与真实墙的轮廓相似。这样可以允许用户制作虚拟演播室比真实演播室深得多的特技。地面上的阴影使观众看到真实的效果，真实物体与虚拟地面天衣无缝的联接了起来。如果真实背景太小，真实阴影被突然剪掉会产生负面效果，小模型技术（例如在边缘多边形上利用透明度）可以帮助使阴影的边缘平滑，有时这种方法可以解决上述问题。图4为我台虚拟演播室布光图。

在虚拟演播室中，抠像效果的好坏，除灯光外服装的选择也同样有着至关重要的作用。播音员的服装要避免与背景相近或相靠，白色或特别浅色的衣服也不宜使用，因为这些颜色不宜抠干净，会影响人物的边缘和背景的融合。

地排的使用是为了增加地面的辅助光。如果没有来自下面的灯光，只能靠蓝背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分。这将降低键的质量，并且蓝色反射将会影响键的效果，当人物在虚拟场景中走动时，手势的增加，会形成手臂的一面以及人物下巴处会被从地面反射的蓝光所覆盖。这些蓝色区域会被"抠透"。地排的使用能消除这些弊端，还可以提高人物走动时脚底的亮度，消除阴影。另外过多的蓝光反射在物体上。这种蓝溢出在合成时能去掉，却损失了侧光和背光。

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。为了更好地提取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝箱的蓝色电平有较大的区别。影子的方向也要和虚拟空间中的光源方向一致。

6、几个小问题

一是话筒线的问题。建议最好适用无线话筒，如果一定要使用有线话筒，可以将话筒线用同一种蓝漆漆蓝，以避免在使用时，因为话筒线而影响抠像的效果。

其次是提示标志的问题。我们用木料制作了几个半球体（拳头大小），打磨上漆。在使用时，放在地台上可以起到位置提示作用，由于体积不大，上表面又是同色的球面，不会影响抠像的效果。

另外，在实际使用中，若有几个"蓝"色道具（比如立方体、阶梯等），可以大大地丰富制作手段，提供更多的创意空间。但这种体积较大的道具也使用木制的话，一是制作结构太复杂，二是分量较重，使用时容易划伤地台上的漆面。可以使用泡沫塑料一次成型，表面用胶与布（或纸）包裹，最后上漆。这样的道具不仅重量轻，而且造价也较为低廉，在电视台的道具处就可以制作，更换十分方便。

结束语

总之，蓝箱的制作要根据用户的实际需求和具体情况，来选择不同的样式、材料及制作手段，力求达到自己的要求。

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