陈丽颖

（作者单位：宁夏广播电视台（技术中心录制部））

虚拟演播室，就是计算机制作的虚拟场景和摄像机拍摄出来的现实人物进行数字化合成，利用渲染和跟踪技术使二者融合与联动，虚实结合的独特画面给观众带来了与传统节目完全不同的观看感受。虚拟演播室的产生是电视节目制作的革新，其摒弃了传统演播室场景复杂的布景和道具，设计者可以天马行空地自由畅想，无论是静态或动态，还是存在或不存在的事物，完全取决于设计者的合理布局及丰富的想象力。在节目录制时，虚拟演播室中的灯光起着至关重要的作用，科学合理的布局可以使虚拟演播室系统的抠像更加干净，现实人物与虚拟场景融合得更加自然生动。灯光除了为摄像机的光电转换提供足够的光信号外，还要配合虚拟场景在现实演区内产生与之相对应的光照关系。

1 虚拟演播室的构成

虚拟演播室是通过光、声音和计算机进行空间艺术创作的场所。它除了拥有常规演播室必须具备的软硬件外，还需要演区内的蓝或绿箱、虚拟演播室系统和符合虚拟演播室录制要求的灯光系统。

1.1 蓝箱或绿箱

之所以要将蓝色或者绿色作为虚拟演播室的背景色，是因为虚拟演播室系统中的抠像技术是将纯色背景作为虚拟素材的遮罩，根据色相将两个图像分层，然后将虚拟背景叠加在纯色的遮罩上再合成。纯色背景与前景人物的色相差别越大，就越容易将两者分层。在色度盘中，蓝色和绿色与人类的肤色差别最大，且背景色与人物的色差越大越容易分离，人物周围的环境也越整洁，噪点也更少。当然也有特例，比如，部分西方人是蓝色瞳孔，此时就要选择绿箱，避免将蓝色瞳孔在抠像时被消除。还有就是嘉宾或主持人染发的问题，头发颜色中包含绿色或者蓝色时，也无法进行抠像处理。多数虚拟演播室都采用绿箱为背景，之所以选择绿箱，是因为摄像机在绿色通道上捕获的信息更多，计算机也更容易将绿色提取出来。再加上绿色的反射光也要比蓝色强，同一个虚拟演播室，绿箱所需的灯具也比蓝箱少，能够降低部分成本。

1.2 虚拟演播室系统

播出控制区建立了虚拟演播室综合制播系统（Mariana VS.Pro），系统包括虚拟演播室渲染引擎（VS Player）、虚拟场景/模板设计器（Designer）和虚拟演播室控制播出器（VS Control）三大部分。

1.2.1 虚拟演播室渲染引擎

虚拟演播室渲染引擎（VS Player）是将原本在CPU上实现的图文处理算法移植到GPU上，充分发挥GPU（高端图形加速卡）在设计渲染方面的运算能力，从而获得更高的渲染效率。之后再通过纹理缓存和渲染状态缓存等方法，为实时的立体图形与影像处理提供更多的缓存空间，渲染能力能够实现质的飞越，虚拟场景的展现更加细腻真实。

1.2.2 虚拟场景/模板设计器

虚拟场景/模板设计器（Designer）是专门为电视广播级的图文开发的，内有大量的三维模型和二维字幕的素材库，创作者可以根据素材库里的素材进行精细的修改和调整，并直接使用到三维场景中。同时也可以通过其他图形设计软件进行设计，再导入虚拟演播室综合制播系统中，具有很强的兼容性，为创作者提供了更为便捷的制作方式。

1.2.3 虚拟演播室控制播出器

虚拟演播室控制播出器（VS Control）主要负责各种系统参数的调整、场景内动画效果的击发指令和信号播出等。采用主控和播出分离的手段，播出工程可以在应用的同时进行模板的再编辑，修改后的效果会实时地反映到播出端，便于场景的编辑查看，大大提升了工作效率。除此之外，Mariana VS. Pro还拥有高精度的传感跟踪功能，可一键初始化定位，方便了不同节目机位改变后的新机位快速定位。这种智能识别快速定位跟踪技术，能够捕捉摄像机位置和姿势的细微变化，实时生成相应的虚拟场景。

1.3 虚拟演播室的灯光布局

虚拟演播室录制节目重要的就是灯光布局。虚拟演播室的灯光布局区别于传统演播室，为让画面的光线效果接近现实生活，会使用灯具和各种阻光工具来模仿自然真实的光线效果。而这也要求演区内人物活动的绿箱光照柔和均匀，基础光要有全局观念，布光时可选择平板柔光灯。主持人轮廓和发型的质感需要逆光来体现，因而多选择聚光灯作为逆光。主持人的主面光则可选用可调节强度的聚光灯。

1.3.1 平板柔光灯

平板柔光灯为三基色柔光灯，在演播室中普遍应用，三基色灯管属于荧光灯的一种，但克服了普通荧光灯不能连续发光的缺点，属于泛光型冷光灯[1]。平板柔光灯的优点包括光线柔和均匀，大面积布光均匀，不会在演区内产生光斑和明显的投影，无红外光，不会产生过多的能量而影响设备寿命和主持人状态。并且发出的光色温稳定，在3200～5600 k之间，瓦数低，发光效率高，节省电能。平板柔光灯的缺点则是因发光面大，灯具较为笨拙，占用空间位置大，同时因为光线柔和，有效的光线投射距离较短。这就要求工作人员在布光的时候不能随手布光，杂乱无章的布光方式往往很难成功地满足演播室的布光要求。

1.3.2 聚光灯

演播室中的聚光灯属于热辐射光源的卤钨灯，可调光，有低色温和高色温两种光源。

其优点包括可使光线汇聚，投射范围和光照强度可调节，局部照明效果好，具有高度的方向性，可以形成界限分明的阴影，适用于照射物体的表面轮廓和结构，因而常用于演播室的主光和逆光。缺点则是照度强和照幅窄，容易在演区产生光斑。热辐射光源产生的热辐射容易使主持人感到热能，过热的光照会影响主持人情绪。且卤钨灯瓦数高，使用寿命较短。

2 灯光对色键抠像技术的影响

虚拟演播室系统通常利用色键进行抠像，而色键是基于不同颜色的反差进行计算，将图像分层剥离出来，纯色的背景作为遮罩层，负责合成时叠加虚拟背景。背景颜色的均匀纯净决定着色键计算色差时的准确度，而能否能将现实人物干净清晰地剥离出来，取决于演区内灯光布局的合理性。色温稳定的光源可减少对人物和绿箱的干扰，良好的光照环境和色彩还原度，能够提高色键抠像的精度，使分层出来的人物更清晰。充足的光照则能提高摄像机的信号品质，摄像机的色彩取样率越高，对人物服饰边缘和毛发等的色彩取样率信息越丰富，抠像出来后越清晰干净。

3 灯光在虚拟演播室中的应用

传统的访谈类演播室一般依据三点式布光的原理，此原理多适用于小范围的场景照明。布局灯光主要包括主光、辅光和轮廓光，这三种光足以满足对电视灯光的要求，能够将主持人的立体感、衣服和头发的质感、造型呈现在屏幕中。为了使节目生动活泼，主持人往往有一定的活动空间，所以虚拟演播室在布光时不能采用原有的定位式点布光，而要选择全局布光的方式[2]。且灯光布置一定要又低又平，以此让主持人身体上的初步投影尽量减少或者是消失。下文将以宁夏新闻联播中的《两会云访谈》版块为例进行分析，其演区内设置了U型设计大小可兼顾单人或双人节目录制的绿箱，20台100 WⅡ型数字化平板柔光灯，2台Soft Panel 300 DW平板柔光灯以及4台Fresnel 250聚光灯。

3.1 前景光

在《两会云访谈》的录制过程中，主持人在虚拟场景中间位置站播，实景中，主持人也处于绿箱的中间位置。虚拟演播室通过消除绿色进行抠像的处理，因此，尽可能地减少绿箱对主持人的影响就变得尤为重要。对于主持人身体上照度不足的位置，绿箱的二次反射会影响计算机的抠像运算，从而会导致出现半透明、麻点和抖动等情况，使主持人与背景的融入不完美，影响受众观感。所以在布光时，工作人员可进行立体式布光，使用发光面积大且柔和的三基色柔光灯，这种柔光灯光线柔和、不刺眼、阴影小、发光均匀且热辐射少，非常适合虚拟演播室的布光需要。面光方面，要尽量避免主持人身上产生投影，投影在抠像时会对合成后的画面图像质量有所影响[3]，所以面光的聚光灯位置不易过高过强。正面位置上方应吊起两台平板灯作为主持人的主光，稍高于主持人头部，大概位于前侧45°，负责照亮主持人。主持人正面地上应放置两台平板柔光灯作为辅助光，负责补充照亮主持人的下半身，弥补吊挂平板灯的不足。在实际录制中可以发现主持人的裤子和鞋子经常因为光照不足或者不均匀，导致合成后的主持人腿部或脚步图像有缺失和麻点等情况，这就需要将充足的照度补充进去[4]。同时要对主持人的服装有所要求，服饰上不能出现绿色，也不能包含反射率高的材质，如镜面效果的皮带、纽扣与鞋子等，都会因为反射绿光而导致抠像时被消除。此外，主持人主面光的聚光灯光照比较强，所以要在主持人的左右两侧各吊挂两台平板灯作为辅助光，以负责照亮主持人的侧面，主光与辅助光的光比应不小于2:1，且高度要适中，将主持人鼻翼、面颊及身体两侧的阴影充分弱化。这种立体式的布光能使抠像变得更干净，主持人在屏幕中的显示也更为清晰自然。

3.2 背景光

前景光的照度会对背景绿箱产生一定的影响，这时需要对绿箱进行适当的补光，以满足系统抠像时对绿箱照度的要求。背景补光的合理性影响着主持人与虚拟场景的融合性，灯具的数量也是宜精不宜多，均匀且没有阴影和光斑尤为重要，不仅要均匀地照亮绿箱的三个面，更要保持地面和转角处的照度均衡。绿箱的立面与地面夹角大于90°，尽量减少反射到主持人身上的绿光，避免墙与墙之间的反射，绿箱夹角处应修正为圆角，使灯光减弱的明暗差过渡不那么明显。《两会云访谈》的工作人员就使用了7台散射型平板灯照亮绿箱的墙面、地面与夹角处以达到目的。另外，应准备数台备用平板灯作为备用灯光，在完成一些特殊设计的虚拟背景环境下，配合虚拟场景的设计增减光源，之后再依据灯光是否产生投影以及投影的强弱，使虚拟合成画面更真实合理、符合逻辑[5]。

3.3 轮廓光

轮廓光也被称为逆光，是用来勾勒出主持人立体轮廓的光线。它能增强立体感，强调空间层次，很好地体现主持人服装的质感和发型的立体感。《两会云访谈》的工作人员就将两台聚光灯，吊挂于主持人背后两侧与主光灯所对应的角度上。但值得注意的是，聚光灯的高度要高于平板灯，以照亮主持人的肩部和头顶发部为主，不宜过亮，轮廓光与主光的光比一般在1:1或2:1左右，以自然柔和为宜。

4 虚拟演播室灯光布置的注意事项

为了使虚拟演播室的全局布光均匀，工作人员会使用大量的灯具，灯具在使用的过程中会产生热辐射，热辐射会使演播区温度增高，过高的温度会影响到主持人的情绪，也会影响到设备的稳定性，所以应尽量使用冷光源、散射型、热辐射较小的冷光型平板柔光灯，既避免热光灯产生的生硬的阴影，又保证安全录制和主持人舒适的录制环境。

照亮绿箱的布光要考虑到墙面和地面的统一性，光比尽量接近1:1，除此之外，墙面与地面的圆弧转折处也要保证不那么突兀，亮部与暗部的过渡范围不要超过10%的幅度。只有这样，在合成虚拟背景时，虚拟场景才不会产生互相矛盾的暗区或亮区。另外，在布置特殊虚拟背景的演区灯光时，要考虑到演播室的布光是否与虚拟场景的环境光相一致，例如，《两会微话题》录制过程中就有主持人在“户外”的虚拟场景中站播，这时要保证演区的灯光符合虚拟场景的环境光线，并形成自然的有逻辑关系的光照，使整个画面真实自然。总之，虚拟演播室的布光要按照动态人物的布光思路，明确节目设计的流程、主持人的活动路线范围、摄像机使用的景别以及摇移时的方向性和目的性等，使灯光的布局充分配合节目设计者的动态思路。

5 结语

近些年来，部分节目的内容环节都有所调整，媒体的采访方式也作出了调整，“云采访”访谈形式应运而生，采访不再“面对面”，既能满足新冠肺炎疫情期间的防控要求，又能通过技术手段及时报道代表委员的提案建议、传递场内信息。全国各大媒体也在发挥自己的创造力，通过改变报道方式使“云采访”更加精彩生动。如宁夏新闻联播就推出了《两会云访谈》版块，代表委员和主持人一起解读“两会”关键词，通过网络拉近与网友的距离，而此类节目的录制离不开虚拟演播室。随着时代的发展，虚拟演播室也在不断的发展，布光对于虚拟演播室来说变成一项更为复杂且严格的工作。合理地布光并不是一件容易的事情，工作人员不仅要有全局观，更要有创新意识，应配合虚拟场景设计，科学地布出自然生动，又符合电视要求的光线，促使演播室的布光从理性的技术升华成为感性的艺术，实现虚拟与现实的完美结合，创造出更多优秀生动的虚拟演播室节目。