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【摘要】虚拟演播室在院校教育教学中对丰富方法手段、提升教学效率、丰富校园文化环境有着积极的作用，但其建设经费投入较大、使用专业要求高。本文对院校开展虚拟演播室建设进行了探讨。
【关键词】教学设施;虚拟演播室
虚拟演播室技术是由计算机虚拟制作出传统实体演播室内搭建的背景、前景和道具，与演播室内所拍摄的主体在视频系统中进行合成，产生出仿实景的虚拟演播环境。通过这项技术，可以营造出各种虚拟的演播空间，这种空间可以是现实环境的模拟，也可以是超现实的想象创造;可以是静止的，也可以是动态变化的。虚拟演播室增强了节目的创意空间，提高了节目质量;背景等道具不需实际制作，减少了对实体演播室空间的需求，节约了人力和经费;不同节目对演播环境的布置在电脑内完成，缩短了制作周期。随着计算机硬件和软件发展水平的日益提高，虚拟演播室技术越来越成熟，建设成本越来越低，使用方式越来越便捷，制作效率越来越高，效果越来越好，应用越来越广泛。
一、虚拟演播室在院校教育应用的可行性
虚拟演播室的应用常见于电视媒体，简单的如节目主持、人物访谈、天气预报的演播室虚拟环境和数据背景，复杂的如讲述环境的模拟再现，比如中央电视台播出的我国“科学”号考察船探测冲绳海槽真相，主持人在虚拟海底介绍的情景。虚拟手段在电视中的应用，增强了节目的观赏性和直观效果，使内容易于理解，提高了对观众的吸引力。那么，在院校教育中，虚拟演播室有何作用，值得投入经费吗？
（一）虚拟演播室是信息化教学设施，是优质教学资源建设的良好平台
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中指出，要加快教育信息化进程，加强优质教育资源开发与应用，并对建立开放灵活的教育资源公共服务平台，创新网络教学模式等方面进行了规划，明确了教育信息化建设方向。
将虚拟演播室建设纳入校园信息化教学环境条件建设内容，可以助推优质教育资源的开发，用于日常教学与网络远程教育。一是利用虚拟演播室开发优质课程。以虚拟演播室为平台，整合多种媒体，创造模拟仿真环境，丰富教学手段，让课程易于理解、更加吸引人。二是提供课程资源共享平台。虚拟演播室场景变换灵活，及时满足不同课程的授课。利用网络交互支持，使课程制作和应用流程快捷高效。老师在演播室内主持授课，导入实时课程或相关资源，进行教学互动，让单一的课堂教学实时通过网络辐射。三是充分调动学生的学习积极性。先进的教学环境，多种媒体资源的综合运用，立体化的视觉效果，可以激发学生的学习兴趣，提升教学效果和效率。
（二）虚拟演播室在多方面应用，可以体现院校整体办学条件，提升育人环境
虛拟演播室的建设，不仅可丰富教学手段，还可以在拓宽学生知识面，发挥环境育人和文化育人作用。一是素质教育的辅助平台，有助于创新型人才的培养。现代教育技术手段的应用，直接对提高教学质量产生积极作用，同时，新的教学环境和教学方法手段的改革，影响着学生的认知和思维，对知识面拓宽，创新性思维能力提升，有着积极意义。二是在发挥文化育人功能中起积极作用。数字媒体时代，影像信息作为校园文化传播的重要载体，发挥着重要的作用。校园电视台采用虚拟演播室，可以高效而富有吸引力地承担校内新闻、访谈、讨论等不同专题形式的节目。在老师的指导下，学生自己进行节目创作，通过制作实践，拓展视野，增强团结协作精神，提升个人的素质。三是体现了学校的办学条件。虚拟演播室的硬件投入及其在教育中产生的效益，反映了学校的办学实力和育人环境。
（三）虚拟演播室建设投入大，使用专业，应量力而行
学校的教育信息化建设投入，需要全盘考虑。虚拟演播室建设作为其中的项目，需要专门的场所，前期经费投入较大，项目的开发和使用需要专业人员，要使其发挥出好的效益牵涉到学校管理部门、参与课程和节目制作的老师和学生。经费、场地和人员的制约，影响着系统的选择和应用。
二、虚拟演播室系统的主要构成
虚拟演播室系统是由传统演播室蓝背景抠像系统基础上发展而来。传统的抠像技术是利用色键，将拍摄对象与蓝背景分离，然后与背景图片、动画或视频合成。抠像合成的新视频，背景固定，前景和背景间缺少层次，如摄像机机位或镜头焦距发生变化，背景无法随动，因而主体与背景间无透视关系，画面无立体感且不真实。虚拟演播室系统相对于传统抠像系统，在色键的基础上，增加了虚拟环境实时渲染、摄像机跟踪等子系统，解决了单纯背景抠像存在的问题。子系统的不同构成，决定了设备的性能、效果和成本。
虚拟环境渲染系统。虚拟环境可分为二维、二维半、真三维三种。二维环境背景渲染场景为平面图像或视频，与摄像机镜头参数配合，主体与背景同步产生透视变化，设备价格低。真三维虚拟演播室价格相对高，系统实时使用预先由三维建模软件创建的模型，摄像机可在场景内进行自由运动拍摄，与虚拟环境实时合成。不同性能的设备，对场景渲染的精细度不同，仿真的效果有高低。二维半虚拟环境效果为三维，虚拟场景先由三维建模软件生成某视角的整场面图片，与摄像机拍摄的信号合成输出。其不足是摄像机位置要预先设定好，拍摄中不能移动，否则会产生失真。
色键合成系统：对摄像机拍摄主体的蓝色背景（也有采用绿色背景）信号分离，与虚拟场景合成。好的系统可进行便捷而精细的抠像参数调节，使边缘清晰自然而不生硬，无黑边和边缘锯齿现象，与背景融合真实。
摄像机运动跟踪系统。系统的作用是反映摄像机位置和镜头变化参数与演播室空间参数的关系，使拍摄对象的景别和角度变化与虚拟场景产生联动。跟踪的方式主要有机电传感、红外、蓝箱网格等方式。机电传感跟踪是在摄像机镜头、三角架云台、摇臂、轨道滚轮处装上传感器，采集镜头焦距变化以及俯仰摇移的参数，提供给图形渲染设备，是目前使用较多的一种跟踪方式。红外跟踪采用在演播室顶部安装信号发射器，对摄像机和被摄主体进行定位。蓝箱网格跟踪方式，是在蓝箱表面绘制网格，通过对拍摄时图形变化计算，识别摄像机位置、景别的变化。后两种方式要么安装复杂、初始设置和操作难、跟踪精度较低，要么价格昂贵，只有大型电视台采用。除以上物理跟踪系统外，还有一种采用软件模拟摄像机运动及背景联动的方式，呈现摇臂和机位、镜头焦距的变化效果。这种方式反映机位变化时透视失真，模拟镜头焦距变化时采用局部放大，清晰度降低。
机位通道。图形工作站与摄像机机位间形成信号通道。多路机位共用一个图形工作站为单通道，各机位分别使用图形工作站为多通道。单通道成本相对低，但需要增加延时设备，确保不同机位切换背景同步。
信号格式。目前系统支持的信号格式主要有高清SDI、高清HDMI、高清YUV、标清SDI、标清YUV、DV1394、Y/C等，一般高清格式系统兼容标清信号格式。SDI信号质量最好，投入成本也高。
三、院校的选型、建设与应用
学校进行虚拟演播室建设，除非有广播电视专业教学，一般不会投入太大，应从现实出发，注重效果，兼顾发展，量力而行。
（一）立足现有条件，合理选型建设
一是不盲目求高端。计算机硬件和软件发展迅速，随着时间的推移，设备价格下降很快。院校教育不同于商业应用，不需最求顶级性能，达到一定效果，满足教学需求即可。二是着眼兼容现有设备、场地。选型时，可考虑对外围摄像设备的兼容。灯光和抠像背景可在现有实体演播室的基础上进行改造。三是有完善的配套服务。系统供应商应在技术培训、软硬件升级、配套资源等方面给予充分和长期的保障。
（二）考虑技术发展，留有升级空间
系统应立足当前主流技术应用水平开展建设。如随着广播电视技术的发展，现在选择设备须考虑高清格式接口的应用。经费足可使用HD＼SDI的高清接口，经费不足，可使用HDMI接口。系统应易于升级换代，如物理传感跟踪系统可逐步添加，要求不高的话，通过软件也可营造虚拟空间效果。
（三）着眼应用效果，完善配套措施
在制作上，以专业人员为技术骨干，带动授课老师进行虚拟演播室教学应用设计，指导学生参与节目创作。在应用上，要完善网络环境和资源，使课程和节目有便捷畅通的播出环境。在配套机制上，管理部门要注重应用引导，加强人员培养，制定激励措施，鼓励积极应用，使虚拟演播室的投入产生应有的效益。
【关键词】教学设施;虚拟演播室
虚拟演播室技术是由计算机虚拟制作出传统实体演播室内搭建的背景、前景和道具，与演播室内所拍摄的主体在视频系统中进行合成，产生出仿实景的虚拟演播环境。通过这项技术，可以营造出各种虚拟的演播空间，这种空间可以是现实环境的模拟，也可以是超现实的想象创造;可以是静止的，也可以是动态变化的。虚拟演播室增强了节目的创意空间，提高了节目质量;背景等道具不需实际制作，减少了对实体演播室空间的需求，节约了人力和经费;不同节目对演播环境的布置在电脑内完成，缩短了制作周期。随着计算机硬件和软件发展水平的日益提高，虚拟演播室技术越来越成熟，建设成本越来越低，使用方式越来越便捷，制作效率越来越高，效果越来越好，应用越来越广泛。
一、虚拟演播室在院校教育应用的可行性
虚拟演播室的应用常见于电视媒体，简单的如节目主持、人物访谈、天气预报的演播室虚拟环境和数据背景，复杂的如讲述环境的模拟再现，比如中央电视台播出的我国“科学”号考察船探测冲绳海槽真相，主持人在虚拟海底介绍的情景。虚拟手段在电视中的应用，增强了节目的观赏性和直观效果，使内容易于理解，提高了对观众的吸引力。那么，在院校教育中，虚拟演播室有何作用，值得投入经费吗？
（一）虚拟演播室是信息化教学设施，是优质教学资源建设的良好平台
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中指出，要加快教育信息化进程，加强优质教育资源开发与应用，并对建立开放灵活的教育资源公共服务平台，创新网络教学模式等方面进行了规划，明确了教育信息化建设方向。
将虚拟演播室建设纳入校园信息化教学环境条件建设内容，可以助推优质教育资源的开发，用于日常教学与网络远程教育。一是利用虚拟演播室开发优质课程。以虚拟演播室为平台，整合多种媒体，创造模拟仿真环境，丰富教学手段，让课程易于理解、更加吸引人。二是提供课程资源共享平台。虚拟演播室场景变换灵活，及时满足不同课程的授课。利用网络交互支持，使课程制作和应用流程快捷高效。老师在演播室内主持授课，导入实时课程或相关资源，进行教学互动，让单一的课堂教学实时通过网络辐射。三是充分调动学生的学习积极性。先进的教学环境，多种媒体资源的综合运用，立体化的视觉效果，可以激发学生的学习兴趣，提升教学效果和效率。
（二）虚拟演播室在多方面应用，可以体现院校整体办学条件，提升育人环境
虛拟演播室的建设，不仅可丰富教学手段，还可以在拓宽学生知识面，发挥环境育人和文化育人作用。一是素质教育的辅助平台，有助于创新型人才的培养。现代教育技术手段的应用，直接对提高教学质量产生积极作用，同时，新的教学环境和教学方法手段的改革，影响着学生的认知和思维，对知识面拓宽，创新性思维能力提升，有着积极意义。二是在发挥文化育人功能中起积极作用。数字媒体时代，影像信息作为校园文化传播的重要载体，发挥着重要的作用。校园电视台采用虚拟演播室，可以高效而富有吸引力地承担校内新闻、访谈、讨论等不同专题形式的节目。在老师的指导下，学生自己进行节目创作，通过制作实践，拓展视野，增强团结协作精神，提升个人的素质。三是体现了学校的办学条件。虚拟演播室的硬件投入及其在教育中产生的效益，反映了学校的办学实力和育人环境。
（三）虚拟演播室建设投入大，使用专业，应量力而行
学校的教育信息化建设投入，需要全盘考虑。虚拟演播室建设作为其中的项目，需要专门的场所，前期经费投入较大，项目的开发和使用需要专业人员，要使其发挥出好的效益牵涉到学校管理部门、参与课程和节目制作的老师和学生。经费、场地和人员的制约，影响着系统的选择和应用。
二、虚拟演播室系统的主要构成
虚拟演播室系统是由传统演播室蓝背景抠像系统基础上发展而来。传统的抠像技术是利用色键，将拍摄对象与蓝背景分离，然后与背景图片、动画或视频合成。抠像合成的新视频，背景固定，前景和背景间缺少层次，如摄像机机位或镜头焦距发生变化，背景无法随动，因而主体与背景间无透视关系，画面无立体感且不真实。虚拟演播室系统相对于传统抠像系统，在色键的基础上，增加了虚拟环境实时渲染、摄像机跟踪等子系统，解决了单纯背景抠像存在的问题。子系统的不同构成，决定了设备的性能、效果和成本。
虚拟环境渲染系统。虚拟环境可分为二维、二维半、真三维三种。二维环境背景渲染场景为平面图像或视频，与摄像机镜头参数配合，主体与背景同步产生透视变化，设备价格低。真三维虚拟演播室价格相对高，系统实时使用预先由三维建模软件创建的模型，摄像机可在场景内进行自由运动拍摄，与虚拟环境实时合成。不同性能的设备，对场景渲染的精细度不同，仿真的效果有高低。二维半虚拟环境效果为三维，虚拟场景先由三维建模软件生成某视角的整场面图片，与摄像机拍摄的信号合成输出。其不足是摄像机位置要预先设定好，拍摄中不能移动，否则会产生失真。
色键合成系统：对摄像机拍摄主体的蓝色背景（也有采用绿色背景）信号分离，与虚拟场景合成。好的系统可进行便捷而精细的抠像参数调节，使边缘清晰自然而不生硬，无黑边和边缘锯齿现象，与背景融合真实。
摄像机运动跟踪系统。系统的作用是反映摄像机位置和镜头变化参数与演播室空间参数的关系，使拍摄对象的景别和角度变化与虚拟场景产生联动。跟踪的方式主要有机电传感、红外、蓝箱网格等方式。机电传感跟踪是在摄像机镜头、三角架云台、摇臂、轨道滚轮处装上传感器，采集镜头焦距变化以及俯仰摇移的参数，提供给图形渲染设备，是目前使用较多的一种跟踪方式。红外跟踪采用在演播室顶部安装信号发射器，对摄像机和被摄主体进行定位。蓝箱网格跟踪方式，是在蓝箱表面绘制网格，通过对拍摄时图形变化计算，识别摄像机位置、景别的变化。后两种方式要么安装复杂、初始设置和操作难、跟踪精度较低，要么价格昂贵，只有大型电视台采用。除以上物理跟踪系统外，还有一种采用软件模拟摄像机运动及背景联动的方式，呈现摇臂和机位、镜头焦距的变化效果。这种方式反映机位变化时透视失真，模拟镜头焦距变化时采用局部放大，清晰度降低。
机位通道。图形工作站与摄像机机位间形成信号通道。多路机位共用一个图形工作站为单通道，各机位分别使用图形工作站为多通道。单通道成本相对低，但需要增加延时设备，确保不同机位切换背景同步。
信号格式。目前系统支持的信号格式主要有高清SDI、高清HDMI、高清YUV、标清SDI、标清YUV、DV1394、Y/C等，一般高清格式系统兼容标清信号格式。SDI信号质量最好，投入成本也高。
三、院校的选型、建设与应用
学校进行虚拟演播室建设，除非有广播电视专业教学，一般不会投入太大，应从现实出发，注重效果，兼顾发展，量力而行。
（一）立足现有条件，合理选型建设
一是不盲目求高端。计算机硬件和软件发展迅速，随着时间的推移，设备价格下降很快。院校教育不同于商业应用，不需最求顶级性能，达到一定效果，满足教学需求即可。二是着眼兼容现有设备、场地。选型时，可考虑对外围摄像设备的兼容。灯光和抠像背景可在现有实体演播室的基础上进行改造。三是有完善的配套服务。系统供应商应在技术培训、软硬件升级、配套资源等方面给予充分和长期的保障。
（二）考虑技术发展，留有升级空间
系统应立足当前主流技术应用水平开展建设。如随着广播电视技术的发展，现在选择设备须考虑高清格式接口的应用。经费足可使用HD＼SDI的高清接口，经费不足，可使用HDMI接口。系统应易于升级换代，如物理传感跟踪系统可逐步添加，要求不高的话，通过软件也可营造虚拟空间效果。
（三）着眼应用效果，完善配套措施
在制作上，以专业人员为技术骨干，带动授课老师进行虚拟演播室教学应用设计，指导学生参与节目创作。在应用上，要完善网络环境和资源，使课程和节目有便捷畅通的播出环境。在配套机制上，管理部门要注重应用引导，加强人员培养，制定激励措施，鼓励积极应用，使虚拟演播室的投入产生应有的效益。