Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 8.2. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Radamec

задника. Все возможные преобразования задника сводятся к комбинации двух эффектов – увеличения изображения, соответствующего трансфокатору объектива, и трапецеидальных искажений изображения с перемещением камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях для создания иллюзии панорамирования и перспективы.

Видеопроцессор такой системы состоит из трех полностью независимых функциональных блоков: первый блок преобразует аналоговый сигнал телевизионной камеры в цифровой и обеспечивает его задержку на два кадра (именно столько времени требуется для преобразования задника); второй блок (собственно видеопроцессор) манипулирует изображением в соответствии с задаваемой программой; третий формирует специальные «маски» для создания правдоподобных эффектов перемещения актера среди виртуальных объектов. Важнейшая особенность рассматриваемой системы заключается в том, что на каждый канал требуется отдельный видеопроцессор со своим источником записанных изображений задника, которые должны соответствовать заранее заданному положению телевизионной камеры в пространстве. С этой целью фирма разработала собственную оригинальную технологию определения положения камеры Freе-D, в основе которой лежит комбинация принципов оптического распознавания и вычисления состояния камерной системы (трансфокации и фокусировки) на основании показаний датчиков. В виртуальной студии такого типа на

потолке укрепляются по определенному правилу круговые мишени с нанесенными на них штрих кодами (концентрические окружности, отличающиеся толщиной линий и диаметрами). Для изготовления мишеней применяется специальный отражающий материал, обеспечивающий точное распознавание штрих кода в условиях изменяющегося студийного освещения. С помощью закрепленной на штативной головке небольшой вспомогательной камеры, ориентированной на потолок студии, и специального цифрового процессора осуществляется вычисление координат положения студийной камеры. Дополнительная информация от оптической системы снимается с помощью специальных датчиков, объединяется с информацией от системы распознавания и может быть передана в любое устройство виртуальной студии.

Из перечисленных выше фирм, разрабатывающих виртуальные системы типа 3D, особого внимания заслуживает компания RT-Set. В виртуальной студии, созданной фирмой RT-Set, информация от сенсорных датчиков преобразуется в цифровую форму и передается на высокопроизводительную графическую станцию, которая в соответствии с заданными в системе установками осуществляет обсчет виртуального пространства со скоростью 50 полей в секунду. Далее замещающее изображение задника поступает на цветовой силуэт-генератор, где осуществляется соединение в одно композиционное изображение генерированной графики и снимаемого актера. Качество работы подобных виртуальных студий определяется чаще всего точностью датчиков и функциональностью программного обеспечения.

Компания Orad применяет собственную методику определения положения телевизионной камеры и виртуальных объектов, базирующуюся на технологии распознавания по специальным образом нанесенной на синем заднике сетке и информации, поступающей от инфракрасных датчиков, закрепленных на камере и актерах.

Использование подобной технологии позволяет применять стандартные телевизионные технические средства и обеспечивает необходимую свободу перемещения камеры и актера. Однако в данной системе существуют и теоретически обоснованные ограничения при работе в «экстремальных» условиях (крайние положения трансфокатора, быстрые перемещения камеры).

Наиболее известной разработкой фирмы Orad является виртуальный комплекс Orad CyberSet 0 (рис. 8.3) [62]. Данная система работает совместно с инфракрасным модулем, снабжающим весь комплекс дополнительной информацией о положении камер и актеров в пространстве. С этой целью в верхних углах студии устанавливаются две телевизионные камеры низкого разрешения с инфракрасными фильтрами, а на актерах и камерах – излучатели со своим индивидуальным кодом (допускается до 16 объектов). Для практической реализации рекомендуется трехканальная система (с тремя задниками, установленными под углом друг к другу), базирующаяся на трех компьютерах по числу используемых телевизионных камер стандартного разрешения. Это позволяет отказаться от дополнительных модулей просмотра, обеспечивающих просчет виртуального пространства в низком разрешении, и с другой стороны, позволя-

Рис. 8.3. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Orad

ет применить спецэффекты и микшерные переходы между всеми камерами. Применение трехканальной системы позволяет расширить реальное съемочное пространство студии, обеспечивая съемки большого числа участников программы тремя камерами, ориентированными под большими углами друг к другу. Эта особенность позволяет оператору брать боковые планы, но существенно усложняет работу системы в целом.

Важнейшим преимуществом рассматриваемой виртуальной студии является эффективно работающий канал дальности, дающий возможность свободного перемещения в студии. При этом система автоматически формирует маску виртуальных объектов в зависимости от положения актера в пространстве (за объектами или перед ними). В сочетании с навигационной системой, отмечающей световым лучом положение виртуальных объектов в студии, можно создавать максимально реалистичные перемещения в трехмерном пространстве.

Еще одно достоинство системы – тщательно разработанный модуль анимации трехмерных объектов. Все можно делать очень быстро и точно, создавая в реальном времени, например, эффекты движения экранов или столбцов рейтинга. Кроме того, комплекс имеет хорошо отработанную систему ориентации, которая отображает на контрольных мониторах пограничные и запрещенные области пространства студии, где появление актера нежелательно (например, выход за пределы сетки или виртуального пространства).

Выбор той или иной виртуальной системы определяется как конкретными задачами и технической базой, так и финансовыми возможностями телерадиокомпании.

Применение дорогостоящих систем на сенсорных датчиках оправдано при съемках достаточно больших шоу, музыкальных и развлекательных программ в

студиях достаточно больших размеров, где можно разместить сложное съемочное оборудование, например, роботизированные камерные и крановые системы. При съемках информационных программ с преобладанием статичных и малодинамичных планов в небольших студиях с уже установленным студийным и камерным оборудованием целесообразно использовать виртуальные системы, базирующиеся на технологии распознавания образов.

При решении вопроса о необходимости создания виртуальной студии обязательно следует учитывать экономические факторы. Однажды потратив деньги на виртуальную студию, телерадиокомпания избавляется от регулярных затрат на производство и установку дорогостоящих декораций. Процесс выбора изобразительного решения происходит быстро и безболезненно. Исключаются серьезные финансовые потери при композиционных ошибках художниковдекораторов. Использование виртуальной студии позволяет запускать в производство новые вещательные проекты в кратчайшие сроки, гибко реагируя на требования аудитории. При этом сокращается и общее время на производство телевизионных программ.

Подготовка телевизионной студии для работы с виртуальным ком-

плексом. В большинстве случаев виртуальная студия немногим отличается от обычной телестудии с синим или зеленым фоном. Но есть несколько важных моментов, которые необходимо учесть при создании эффективной виртуальной студии.

Во-первых, – это размер студии. На размеры синего/зеленого фона практически не накладывается ограничений. Они зависят только от того, как далеко участники телепередачи будут перемещаться по виртуальному пространству. Если нужно видеть естественные тени от актеров, то пол должен быть достаточно большим и выкрашенным в синий/зеленый цвет для использования рирпроекции, иначе часть тени будет обрезана и изображение получится неправдоподобным.

Большая синяя/зеленая стена позади актеров дает больше простора для перемещения камеры. Еще один способ максимизировать виртуальное пространство – это установка боковых стен, но угол между стенами должен быть больше 90 . Это позволит избежать проблем с освещением и отражением одной стены на другую.

Лучше избегать острых углов в физических декорациях и реквизите, так как их достаточно трудно осветить должным образом.

Во-вторых, – это освещение, которое является одним из наиболее важных факторов в виртуальной студии. При обычных обстоятельствах синий или зеленый фон должен быть освещен очень равномерно. Причем в виртуальных студиях рекомендуется использовать люминесцентное освещение.

Свет должен падать под достаточно большим углом, чтобы тени ложились на пол, а не на заднюю стену. В большинстве случаев этого легко избежать, если только физическая стена не совпадает по расположению с виртуальной. Это позволяет создать иллюзию, что виртуальная студия намного масштабней, чем материальная. Тени на полу производят эффект связанности материальных объектов с виртуальным ландшафтом.

Освещение пола – тоже очень важный момент. Если нет подсветки снизу, то единственный свет на эти части объектов переднего плана – это отраженный от стен, что приводит к ухудшению качества, так как синий или зеленый цвет будет удален при рир-проекции.

Как выбрать и оценить виртуальный комплекс?

Успех применения виртуального комплекса и реалистичность созданной с его помощью виртуальной среды зависят от многих параметров.

Во-первых, – это производительность. Виртуальные сцены, формирующие облик комплекса, должны просчитываться в реальном масштабе времени, в то время как традиционная 3D-анимация этого не подразумевает. Для того чтобы виртуальная студия соответствовала движению телекамеры, требование высокой графической производительности является одним из важнейших.

Во-вторых, коэффициент заполнения пикселями. В традиционном вещании для достижения эффекта перспективы часто используется несколько слоев физических объектов. (Многослойность – это возможность накладывать несколько видеоизображений поверх друг друга, то есть создавать сложные видеоэффекты). В виртуальных комплексах также применяется этот прием. Возможное количество слоев в виртуальной сцене (и, как следствие, производительность в масштабе реального времени) напрямую зависит от коэффициента заполнения пикселями на графической рабочей станции, который показывает, сколько раз каждый пиксель отображается на экране. А это в свою очередь зависит от числа перекрывающихся слоев в виртуальной сцене. Если их много (например, имеется виртуальный стол напротив виртуальной стены, а она – напротив виртуального фона и т.п.), то коэффициент заполнения возрастает, то есть появляется настоятельная необходимость в высоком коэффициенте заполнения пикселями.

В-третьих, – это текстурная память. Размер текстурной памяти определяет количество текстур, которые могут храниться в аппаратном буфере. В приложениях реального времени, таких как виртуальная студия, все текстурные карты должны сохраняться в текстурном буфере. Чем больше его объем, тем больше текстур можно сохранить и тем интереснее и реалистичнее будет виртуальный комплекс.

В-четвертых, необходимо учитывать производительность программного обеспечения (ПО) при работе в реальном масштабе времени.

Пятым важным компонентом является архитектура. Оптимальная виртуальная студия должна быть полностью открытой для интеграции с существующим оборудованием и ПО, аппаратурой и устройствами, в том числе:

датчиками движения;

камерными кранами и тележками;

распространенными пакетами 3D-графики;

распространенными форматами изображений;

моделями передающих камер и вариообъективов;

устройствами студийного света;

системами рир-проекции;

фоновыми рекордерами, видеосерверами, CD/DVD-плеерами;