轨道机器人Furio与虚拟植入系统的结合

　　虚拟植入系统的特点

　　也许你对虚拟植入系统还不太了解，我们在这里先做个简单介绍。虚拟植入系统分两部分，图形处理和摄像机运动跟踪，图形处理部分包括：图形制作设备、图形播控设备、图形工作站，各采用一台计算机完成各自工作；摄像机跟踪部分包括摄像机传感器、跟踪信号处理相关软硬件。虚拟植入系统的工作流程包括虚拟场景制作、镜头校正、标定三维模型的相对空间位置信息，操作播控工作站控制三维场景的播出。
　　在演播室设计当初，黑龙江电视台考察了多家兄弟电视台，目前虚拟植入系统在国内有一些成功应用案例，如CCTV蛇年春晚、CCTV5豪门盛宴、江苏卫视跨年晚会、凤凰卫视气象站等。通过考察，台里认为摄像机轨道拍摄控制系统和虚拟系统结合是当今电视台演播室技术发展的一个方向，虚拟植入起到了丰富节目内容，提升画面呈现效果的作用，于是台里决定尝试这种先进的制作理念。
　　那么引入虚拟植入系统到底有哪些优势呢？黑龙江电视台技术部白晓云主任作了概括，虚拟植入技术可在画面中填加三维场景，这些三维场景可以是人物、建筑、舞台装饰、大屏幕等与节目相关的内容，可以是静态的，也可以是动态的。这些三维场景在演播室空间中具有相对确定的位置信息，并且可以通过传感器获取到摄像机的变焦、聚焦、平摇、俯仰等信息，根据这些信息实时进行调整，在摄像机景别变化时，画面中虚拟场景能跟实景一样产生相应的景别变化。“虚拟植入的应用为我台提供了更加丰富新颖的节目制作手段，实现了增强画面表现力，提升节目视觉感受，技术发展推动节目创新的项目预期。比传统节目制作的优势体现在包装手段更加生动、新颖、互动性强，虚实结合的效果增强了节目的表现力，提升了画面视觉冲击力。”
　　黑龙江台虚拟植入系统为两讯道虚拟系统，由一个固定机位，一个移动机位、图形制作设备、图形播控设备、图形渲染引擎及图形处理合成设备组成。此外，本项目整套设备设计成箱载模式，既可在台内流动使用，又可在外景使用；既有虚拟植入功能，又有虚拟演播室功能，可满足更多的节目制作需求。

图1 8号演播室虚拟植入系统技术架构

图2 Ross Video轨道机器人机位分布图—图中VR-One需要修改为Furio

　　Furio机器人让虚拟植入系统生辉

　　在整个虚拟植入系统中，Ross Video的轨道机器人遥控跟踪系统Furio起到了重要的作用。白主任强调，Furio机器人与传统的摄像机承托设备相比优势显著：Furio机器人可沿轨道高速运动，最高速度达到2m/s，使镜头一气呵成，流畅生动。Furio机器人提供了全新的拍摄角度和更大的拍摄灵活性，提供了新颖的动态拍摄效果，具有更多的运动自由度，运动更加迅速平稳；操作简单，使用方便，可远距离遥控操作。Ross Video机器人支持拍摄状态存储功能，可以将摄像机的动态拍摄过程记录在服务器中，只需点击对应缩略图标，即可重现摄像机拍摄过程中的所有动作和状态。“一次设计，多次使用。”只需摄像师根据节目需求进行一次操作，并将拍摄状态保存下来，在以后的节目录制过程中，普通工作人员即可通过调用存储状态的方式控制机器人进行拍摄。

　　节目录制部科长张甲寅体会很深，相比之前的多个固定拍摄机位，只需一个轨道机位就直接将主持人送到大屏前，全方位展示主持人的风采。机器人不仅可以水平移动，还可以灵活地上下移动，移动镜头的视觉冲击力强，给主持人提供了更大的空间。机器人可向渲染引擎传送升降、俯仰、横摇、变焦、聚焦及移位等摄像机运动信息。360度旋转不仅可以拍到主持人，也可以拍到台下的嘉宾和观众，增强了台上台下的互动效果。自今年年初使用以来，Furio轨道机器人性能稳定，未出现大的故障，现已成为该演播室主要机位。

　　Ross Video为虚拟植入系统提供有力的技术支持

　　谈到Ross Video对整个项目提供的支持，白主任称赞道，“Ross Video是一家在国际上技术领先的视频设备厂商，将最先进的技术理念和技术方案第一时间介绍到中国，让国内的制作水平与国际同步接轨。” Ross Video公司为该设备在黑龙江电视台的使用提供了良好的使用设计和技术支持，严格按照黑龙江台演播室景区的整体设计来安装该系统，并进行精确调试，多次对台方员工进行技术培新，而且也借鉴了很多国外成熟制作模式。通过使用Furio机器人系统，使得台方新闻节目在表现形式上更具创新性。

　　在设备安装和使用过程中也面临一些挑战，机器人也不例外。机器人提供的是沿圆弧轨道的位移，而图形设备需要的是直角坐标系中的位移。另外，机器人沿轨道运动时，与虚拟物体之间除了相对距离的变化还有拍摄角度的变化，这就需要定制相应的算法来解决以上问题。白主任说，在项目实施过程中，Ross Video的工程师和台里的技术人员通力合作，经过多次的现场测量和反复的计算调试，最终成功解决了这个难题，实现的弯轨运动的正确跟踪。
　　张科长也谈到了在施工阶段遇到过的一些困难，由于轨道弧度较大，机器人快速运动时会产生较大的离心力，再加上原演播室水泥地面不太平整，导致机器人高速运动时出现抖动现象。“Ross Video公司及时从比利时派来工程师到我台，对机器人重心进行精确调整，反复对轨道进行调平，使其在现有地面条件下实现最大的平整度，通过水平调整，加装减震片等措施，误差由原来的3度，减小到1度，抖动现象很好地得到改善，从画面上看不出任何抖动。另外，Ross工程师还在轨道两端加装了刹车反光片和缓冲器，防止机器人快速运动时脱离轨道。”张科长强调，在前期设计方案时，要充分考虑自流平、承载度等问题，这样在后期施工中，就能避免由于路基不平出现的抖动现象。 “总之，在此项目上，Ross Video与我们合作非常默契，大家相处非常愉快。Ross Video提供的技术服务和支持很及时，很到位，我们也很感谢！”

　　黑龙江电视台是国内首个使用Ross Video Furio机器人控制跟踪系统用于新闻节目录制的电视台，在黑龙江电视台报道“神十飞天”、“辽宁号航母”、“钓鱼岛事件”等重大新闻节目中，通过轨道机器人和虚拟植入系统的完美结合，“航母”、“神舟”、“钓鱼岛”不仅全景展现，而且细节清晰，整个画面非常协调，仿佛就在观众眼前。模拟演示非常逼真，动画效果栩栩如生，对内容的阐述更加直观和深入，这在以往的制作手段中是很难达到的效果。通过使用虚拟植入系统，大大提升了新闻节目的收视率，在当今激烈的节目竞争中脱颖而出。
　　台领导表示，技术创新，引领节目的制作方式。在技术部门的推动下，节目部门也接受并喜欢上了这种先进的、节省人力和物力的变革的制作形式。