论文虚拟图文包装系统与应用，该文是有关包装论文参考文献范文跟虚拟和包装和图文方面研究生毕业论文范文.
王全
商丘广播电视台
【摘 要】本文通过对传统虚拟图文包装(虚拟植入)系统的分析和对目前最新的虚拟图文包装系统的技术应用的研究,有针对性的解析了一种全新的应用,在实景演播室拍摄中植入虚拟三维物体和图文,以“虚”、“实”相结合的、新颖的节目拍摄和制作方式,浅谈虚拟技术在演播室不同的包装效果.
【关键词】虚拟演播 传感跟踪 图形渲染
近年来,基于I T的图形渲染技术的迅猛发展,基于G P U+C U P的三维图形实时渲染技术、演播室摄像机运动及操作动作实时追踪(传感跟踪)技术的演播室环境虚拟化应用取得了惊人的发展速度,并得到了迅速且普遍的发展和应用.这样以来,各类影视节目图像的包装就不仅仅拘泥于通过在线图文包装系统以及各类实景大屏的背景包装,而是通过构建虚拟的三维物件模型及物件设定的动画动作来三维的具有纵深感的呈现精彩的影视节目内容、实现有效的生动的虚拟广告植入、栏目演播室环境包装等等.从而使观众直观的从电视画面中获得更多的节目资讯,同时实现观众与节目的良好互动.
尽管我们看到的虚拟场景效果可谓美轮美奂,复杂而且逼真,但究其原理却并不算繁琐.首先,通过通用的三维创作工具制作好这些虚拟元素,再经过专业虚拟图形创作软件加以修饰、完善,通过简单操作将图形元素与摄像机画面追踪(传感跟踪)系统获取的摄像机画面运动信息关联到一起,以保证摄像机运动时,导入的虚拟图形及物件元素与实景物件保持正确的*位置关系,这样一套设备连接非常简单的系统就可以让观众看到既真实又虚幻的电视节目画面效果.
一、虚拟图文包装系统的技术实现
1.实时三维模型染
实时三维图形渲染引擎是三维创作软件的核心,它决定了系统的性能及稳定性,就好比汽车的发动机与汽车的关系一样,非常关键.一个优秀的3D渲染引擎通常包括以下几个子系统：物件建模、动画设计光影效果设计、粒子系统、顶点和像素特技、物理特性仿真、碰撞检测、拾取和编辑、场景优化等.
（1）建模
目前市面上流行的三维建模工具很多,如：3D S t u d i oMax、SoftImage、Maya、Lightwe等,均具备强大的三维建模能力.因此,一个优秀的三维渲染引擎首先要具备广泛的数据文件接口,如.3ds、.obj、.wrl等,这也是我们迅速完成场景构建的小秘诀.为了得到树形的3D对象集合,3D模型文件的解析器需要封装成插件的形式.初期时只有可以仅仅完成限量版的几种3D模型文件的解析器,随后能够不断以插件形式拓展对多格式文件的支持.同时,三维渲染引擎应该支持对一些简单几何图形的建模支持,如圆、平板、球、锥、柱、正六面体、圆环面等,因为他们造型简单,易于实现.
（2）物件动画设计和光影效果设计
动画有很多种,准确的讲任意几何体的任何一种属性均可以表现为动态变幻的形式,如形体位移动画、纹理图形变换动画、色彩动画、粒子系统属性动画等.就形体位移动画来说,可以分为骨骼驱动动画和模型动画两类,前者物体的形状变化取决于其内置的骨骼运动,常用于游戏设计中；而后者则是通过对位置矩阵的改变来实现动画.
目前市面上的各种三维建模造型软件均具备较强的动画设计功能,而我们所设计的三维渲染引擎在导入这些建模软件输出的模型时必须要支持它们所创作的动画属性的导入.同时,三维渲染引擎本身也应该具备相当丰富的基于关键帧的动画设计手段以及轨迹设计功能,从而有效满足特体空间运动动画和属性动画的创作需求.
光影效果变换现在基本上都可以通过硬件加速来实现,而三维渲染引擎可以实现传统光照效果基础上,还可以实现实时影子、增强的高光等效果,通过G P U编程也可以实现想要达到的光影效果,当然牺牲一点渲染效率是不可避免的.
（3）图形系统软件接口
目前比较流行的图形系统软件接口标准有两个：即:OpenGL和Direct3D,这两个标准被业内主流的图形加速卡厂家提供的驱动程序广泛支持,使用面非常的广泛.其中O p e n G L是三维渲染工业标准之一,它只致力于渲染本身,同时提供了数百个A P I驱动加速卡,国际上高端的三维渲染引擎基本都是基于Op e n GL标准开发的.而Di r e ct3D是由许多类库来实现渲染,它是由美国微软公司参考O p e n G L思想设计的,为了方便用户实现和游戏开发应用,微软公司提供了丰富的用户接口类,这个与O p e n G L标准大不相同.与OpenGL标准相比较,Direct3D为操作3D加速卡提供更好的模块封装工作,但是也一定程度上限制了对加速卡渲染能力的充分发挥,而且只有在Di r e c t3D有针对性升级之后,新一代加速卡的高级功能才能使用,而O p e n G L则可以通过扩展的方式,很快就可以利用上硬件新的特性.目前,三维图形渲染引擎可以基于以上任意一种图形软件接口标准均可以相当好的完成三维图形的实时渲染,满足演播室的应用需求.
2.摄像机画面追踪(传感跟踪)技术
为了模拟人物所在的三维环境,系统配置的高性能图形工作站必须根据摄像机在取景拍摄过程中的水平、俯仰、镜头变焦Z00M,聚焦F O C U S、平移X、纵移Y等参数的变化,不断调整三维视图,从而实现依据摄像机所拍摄图像视野与视角的改变,产生正确的位置*关系.而摄像机跟踪系统的作用正是获取摄像机的位置信息和运动数据,实时的跟踪真实摄像机,以保证摄像机前景画面与高性能的图形工作站所提供的三维图文画面同步“联动”.
在虚拟图文包装系统中,目前国内外厂商基本都是采用机电传感的跟踪方式,机械转电信号传感跟踪的方式稳定性好,延时小.机械转电信号传感跟踪方式也支持大型的移动式“机器人”,摇臂以及固定机位等.
机械传感跟踪系统是用来采集摄像机的*数据及位置信息,并将其转化为电信号,它们通常会被安装在基座或者三角架上面.为捕捉摄像机镜头的运动状态参数,通常情况下需要在摄像机的镜头上安装附加装置,如：俯仰、平摇、变焦、聚焦的运动状态传感器(如图2).加装的这个附加装置包含：被称作镜头运动参数编码器的传感器和有关电子装置,这种编码器是通过精确旋转进行高精度的编码,以更加高效准确的方式实现摄像机各种动作的全纪录.镜头编码器通过镜头上变焦环和聚焦环的齿轮与托架紧密咬合实现精确编码.当聚焦环或者变焦环发生位置的变化时,镜头编码器就能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码转化为电信号输出.同时,安装在云台上的俯仰和平摇传感器可以感知云台的变化并将其编码输出,产生的跟踪编码数据通过串行接口传送给图形渲染工作站.
目前,日本S H O T O K U、英国V I N T EN等摄像机三脚架、云台设备供应商均已推出基于遥控云台的摄像机传感跟踪系统,对于摄像机运动参数,遥控云台在控制摄像机运动的同时,将这些运动数据参数精确的发送给图形渲染工作站,如：虚拟渲染工作站等,使得虚拟演播系统应用时的跟踪精度有了很大的提升.
二、虚拟图文包装(虚拟植入)系统的栏目应用
广播电视行业近年来的发展势头迅猛,各大电视媒体之间的资源竞争策略不断深化,同时继续影响各个电视节目收视份额,全国电视内容市场竞争进一步凸显强者愈强、弱者愈弱的态势.在各种电视台节目同质化越来越严重的今天,如何提高自身的收视率,如何规避风险,如何更有效的提高节目的品质,这是摆在各个电视台、制片人,导演们面前的重要问题.
电视节目的包装对于电视台节目的形象起着至关重要的作用,极富震撼力的画面和音效能第一时间吸引观众的注意.因此,各电视台对节目包装的重视程度越来越高,投入也越来越大,制作水平也有了大幅提高.要想使制作出来的画面、文字及音乐引起观众的注意,激发观众的兴趣,节目前期的创意是非常关键的.单就节目包装来说,创意是指艺术表现的创作与构思.这个过程既要准确传播信息,又要使主题成为观众最易接受、最受感染和最能记忆的,然而它又不象纯艺术创作那样“信马由缰”,它必定会受到一些因素的制约；如栏目的个性化、频道的专业化、节目的定位等等,正因如此多的限制,使节目的包装创意工作充满了挑战性.赏心悦目的画面包装效果,新技术的应用,不仅能大大提高了节目本身的视觉效果,也能给电视观众带来极大的视觉震撼力,节目本身以及一些包装技术的视觉效果能迅速的成为业内以及观众的热点话题,这无疑是提升节目收视率的有力保证.
1.专题节目的包装
专题节目包装讲求将专题内容尽可能全面深入的传达给电视观众,而虚拟植入无疑可以将内容采用可视化、三维化的方式进行呈现.例如近两年浙江卫视的<<直播钱江潮>>栏目,通过虚拟植入直观的将钱江大潮恢宏气势直接的呈现在观众面前,通过对多个观潮点三维地理位置的分析详细展现大潮的壮美,并通过三维动画效果解析钱江大潮的成因.全方位、多角度、立体化将这档专题栏目呈现出来.
2．气象播报栏目应用
在气象栏目播报栏目中融入虚拟植入方式,可以给观众带来了全新的视听冲击.无论刮风下雨还是雾霾冰雪都可以通过粒子效果呈现出来.这样的视觉冲击力,会让观众对天气预报内容记忆犹新.
3．新闻栏目应用
新闻类栏目播报采用虚拟植入的也越来越多,比如一些突发的新闻事件,记者在没有第一时间抵达事件现场或在海外的一些新闻播报中,可以通过三维虚拟演播技术还原新闻事件,对于强化新闻播报的时效性和新闻播报的延展性显得尤为重要.
4．大型综艺栏目应用
大型的综艺栏目已经使虚拟植入在电视栏目制作的应用达到了新的高度,例如2013年C C T V春节联欢晚会、C C T V的“中秋歌会“、前两年湖南卫视的<<超级女声>>…….虚拟植入使得大型综艺舞台更绚丽,舞美布景显得更有层次,舞台效果和舞台艺术表现力也更生动.
5．体育赛事栏目应用
面前,各类体育赛事转播中也广泛应用到虚拟植入技术.不论是跳水、体赛的虚拟三维动作解析,还是游泳比赛、田径比赛运动员所属代表队、各项纪录的同步时间线都很直接的帮助观众更清晰的获得赛事信息.
三、结束语
广播电视技术不断发展的今天,虚拟技术在节目的制作中所占的比例已经越来越重,虚拟演播技术已经得到了广泛的应用.随着虚拟演播室成本的不断降低,技术的日臻完善,更多的用户会选择虚拟演播技术来完成各种类型的节目录制和包装.在不断的摸索和实践中,创作出越来越多内容殷实,形式和表现新颖的节目,带给电视观众更好的视觉体验与精彩！B&P
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参考文献：
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