虚拟演播室的场景定位分析_计算机论文

虚拟演播室的场景定位分析

    为了适应节目制作的发展要求，依据实际情况，我台购置了 vi〔 z 〕set公司的ibis两维虚拟演播室系统，经过一段时间的使用，在虚拟场景定位的设置上有了一些体会。现做以下分析。

一 概 述

    二维虚拟演播室的出发点，是在合理的价位上建立一个简单实用而且图像质量高的虚拟演播室系统。二维虚拟演播室系统的场景生成与变换，是指场景工作站根据实时获取的摄像机参数进行比例变换，并用与真实摄像机一致的透视关系绘制背景图像。这类系统的背景生成装置一般采用图像处理器硬件，对预先渲染好的一幅大图像进行变换，生成类似于二维dve效果的背景图像，由于系统中各种数字视频效果的生成都是在摄像机运动参数的控制下进行的，因此二维虚拟演播室与一般的dve系统有着很大的区别。
虚拟演播室的双机位的准确定位，主要是使真实摄像机所拍摄的实际前景与虚拟摄像机所产生的虚拟背景在定位后，实际前景的移动在相应的双机位虚拟场景上做出符合正确的透视关系。

二 场景定位

1、摄像机的安装

    摄像机的安装是一个ibis自带的工具，使用正确可以使前景图片（摄像机的输出）的运动和背景（计算机的输出）一致。这是场景定位的第一步。

    一旦所有的视频线都连接好以后，色键被设置好，摄像机的轨迹被跟踪后就可以开始进行摄像机的安装过程。其摄像机的安装界面如图（1）以下是它的校准步骤：

（1）检查摄像机摇动的方向、俯仰、缩放和焦距

    在pan（摇动）、tilt（俯仰）、zoom（缩放）、focus（焦距）下的按钮就是在响应摄像机的轨迹时设置虚拟背景的方向。

    当摄像机镜头推上时，场景图片也要同时缩小。假如背景放大可以在zoom(缩放)标题下按plus/minus(加/减)按钮后再次进行缩放操作，去验证场景图片是否恰当的响应镜头的运动。
设置好缩放的方向后，左右摇动摄像机检查pan（摇动）的方向。场景图片（在操作中要将tilt锁住）应该随着摄像机的移动而左右移动。 如果场景图片向相反的方向移动，在pan（摇动）标题下按plus/minus（加/减）按钮后再次检查摇动的方向。

图1

    锁定摇动只检查俯仰的方向。验证当摄像机向上倾斜的时候场景图片也要随着向上倾斜。如果场景图片向相反的方向移动，在tilt（俯仰）标题下按plus/minus（加/减）按钮调整后再重新检查倾斜的方向。

    当摄像机拍摄在蓝屏内部的物体时要锁定摇动、俯仰和缩放。变换焦距检查场景图片是否和前景在相同方向上移动。如果场景图片向相反的方向移动，在focus（焦距）标题下按plus/minus（加/减）按钮调整后再重新检查焦距的方向。

（2）设置镜头参数范围

（3）调整镜头光轴轴心固有误差

    每个镜头在中心附近的位置有轻微的不同。center x, center y 可以使场景图片的中心和实际镜头的中心相匹配。进行zoom in （镜头推上）操作，定位在演播室中尖物体的边缘（例如硬纸盒的边沿）。调整框使来自场景图片的十字（见步骤1）正确的定位在盒子的边缘。锁定摇动和俯仰的跟踪头，然后调整焦距使边缘尽可能尖。一旦调整好摄像机后，再不断进行几次zoom out（镜头拉出）操作来检查场景图片的十字是否和盒子的边缘在一个位置上。如果十字移动了，可以调整center x 和center y的值，使十字和盒子的边缘再次匹配。最后再进行几次zoom in（镜头推上）操作检查一下十字是否还有偏移。这是一个交互式的过程，可以重复几次直到达到最好的结果。

    在移动摄像机时，这调整它可以使在框中的真实物体和场景图片之间的漂移最小。在地面上放一个盒子，调整摄像机的视频框将盒子移到框中间，调整焦距然后进行zoom out（镜头拉出） 操作。锁定跟踪头的倾斜轴，然后将摄像机左右摇动并保持盒子始终在框中。假如盒子"漂浮"在场景图片上，就调整nodal point slider(节点滑动条)（1/-1米是最大值）然后再次左右摇动摄像机。这是一个交互式的过程，你可以重复几次直到达到最好的结果。

（7） 下一步调整fov ratio（视野比率）.

（8）当在场景图片和演播室间在部分运动中有位置漂移时可以调整minimum fov facto(最小的fov系数)和 maximum fov factor(最大的fov系数).当进行缩放操作时,如果演播室和graphics大多数时间都是一起运动的，只有一部分发生了移动（接近最小的fov或最大的fov）可以用滑动条纠正漂移。

对系统中的每个摄像机重复上述过程。
    经过以上的调整可以使虚拟摄像机的虚拟背景和真实摄像机的前景在融合后达到同轴同点。

2、虚拟场景的设置
第二步是对虚拟场景的设置，现在以两机位为例，虚拟场景的设置步骤如下：
（1）在蓝箱中心（前景定位点）放置一个十字架，十字架的中心点高度与摄像机镜头的光轴中心点高度平齐。同时将两个摄像机跟踪系统复位，并且统一焦距和聚焦，保证两个摄像机所拍摄到的十字架中心重合到一点。

    以上步骤完成后，场景定位基本完成，由于摄像机镜头的固有差异，会有一定的偏差，再细调场景，可以达到更好的效果。
    需要特别注意的是，摄像机高度尺寸小于场景尺寸很多时，虚拟摄像机的高度与实际摄像机的高度应保证在最小误差。因为这时所在非相对镜头垂直面的景物因距离因为将依照近小远大的透视关系产生拉伸效果，这种拉伸效果的误差很容易被反映出来，影响合成效果的透视关系。

三 关于三维和二维虚拟场景定位的比较

以下是一商业公司三维虚拟演播室的场景定位方法：

（1） 首先要测量真实蓝箱的大小尺寸，以及摄像机距离蓝箱的位置和角度。
（2） 在设计场景图片时，把这些真实尺寸放在3d场景建模中，这就是前景的活动范围以及虚拟摄像机的相对位置，保证虚拟场景的坐标零点与真实蓝箱的中心点吻合。
（3） 制作完成场景后，在实际使用前进行真实摄像机的初始定位。取蓝箱中四个点，分别把摄像机镜头在此四点上初始化传感系统，通过"四点定位"算法即可确定摄像机在虚拟场景中的位置，并把该位置坐标分别赋予对应的虚拟摄像机，即可实现场景大小、位置与真实蓝箱吻合，并且从各个机位看上去，场景的相对位置关系正确。

四 总 结

    虚拟场景的定位是虚拟演播室系统应用中非常重要的一环，准确的场景定位保证了多机位切换时前景与背景准确的透视关系，使虚拟演播室的使用发挥更大的作用。