高校虚拟仿真实验室 基于Web的虚拟演播实验室在高校的应用研究
时间：2019-05-13 03:27:43 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：演播室对于影视节目编导与制作方向人才的培养具有非同凡响的意义。根据高校的现状及应用需求，拟构建一个用于课堂及实践教学的虚拟演播室实验室。对虚拟演播实验室应用于高校的优势进行了分析，并介绍了虚拟演播实验室的功能组成，最后对虚拟演播实验室的技术实现进行了阐述。将虚拟演播实验室应用于高校教学，可取得良好的教学效果，具有一定的推广价值，可广泛应用于影视节目编导与制作类的人才培养当中。
关键词：虚拟演播室；虚拟实验；布光；摄像手法；摄像景别
作者简介：赵娅（1980-），女，河南漯河人，东北石油大学计算机与信息技术学院，讲师；杨丽波（1971-），女，黑龙江绥化人，东北石油大学计算机与信息技术学院，副教授。（黑龙江?大庆?163318）
基金项目：本文系黑龙江省高教学会高等教育科学研究“十二五”规划课题（课题编号：HGJXHB1110131）、黑龙江省教育厅科学技术研究项目（项目编号：12511011）的阶段性研究成果。
中图分类号：G482?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）20-0099-02
现在越来越多的高校开设了影视节目编导与制作人才培养方向。众所周知，演播室对于影视节目编导与制作方向人才的培养具有非同凡响的意义。对于大部分高校来说，因资金及场地的限制，都没有能力建设真正的演播室，因此现在所培养出的学生对演播室相关知识和能力的掌握程度有限。
虚拟演播室是近年在传统演播室色键技术、虚拟现实技术、图形图像处理及音频处理等技术基础上发展起来的一种新型电视节目制作方式。虚拟演播室进行节目制作的方式是：把用摄像机真实拍摄好的活动图像序列导入计算机中，和计算机中已经制作好的虚拟节目场景进行实时合成（这种合成是数字化的），达到使真实摄像活动和虚拟节目场景同步变化的目的，从而实现真实前景与虚拟背景的完美结合。[1-5]它能够充分发挥节目制作人员的想象力和创造性，提高节目质量，降低制作成本，在各级电视台有广泛的应用。
此类虚拟实验室具有以下优点：构建成本很低，构建的虚拟实验环境生动且逼真；最重要的是，只要连接了网络，学生就可以像进入真实实验室一样“走进”虚拟实验室，成为虚拟实验环境中的“真实”实验者，通过操作虚拟实验仪器进行具体的操作实验。[6]可见，通过网络构建基于Web的虚拟实验室对于解决高校实践教学的硬件实验瓶颈问题，对于调动学生的实践学习的积极性问题，对于解决高校实践教学的重点、难点问题，对于培养学生的实践技能、动手能力等都能起到积极的作用。
基于虚拟演播室的各项优点，若将其引入高校，将虚拟演播室和虚拟实验室的相关技术结合起来，构建一个用于课堂及实践教学的虚拟演播室实验室，可以用其展示演播室的真实环境及布置，模拟演播室及各种媒体设备的功能，学生可以随意“走进”该实验室，“操纵”各种媒体仪器，复习巩固课堂所学知识及实践操作技能，可以达到解决构建真实演播室资金及场地不足的目的。
一、虚拟演播实验室综述
本文所构建的虚拟演播实验室属于虚拟实验室的范畴，它的功能没有虚拟演播室那么多，主要是借鉴虚拟演播室搭建一个虚拟的演播室实验环境，其应用侧重于虚拟实验方面，更注重其教学功能。首先通过三维建模软件构建一个可视化的三维演播室实验环境，该环境中包含了演播室中的各种媒体设备及其他对象，然后通过游戏开发平台对虚拟实验环境进行漫游及交互操作设计，接着将其在web上发布。发布完成后的虚拟演播实验室，任何位于网络服务器终端的学生用户都可以进入该环境，通过鼠标或键盘等外部设备对虚拟实验环境中的虚拟实验设备进行交互性操作，完成相关的实验内容，在此过程中观察实验过程，并对实验结果进行分析。
本文所实现的虚拟演播实验室是基于Windows操作系统平台开发的。三维演播室实验环境、环境中的各种虚拟媒体设备及其他对象通过3DS Max软件进行模型构建；为了提高真实性，使用Vray插件对模型贴图进行了烘焙渲染，虚拟演播室环境中启用了虚拟角色模型，其动作利用CAT插件进行设计和实现；通过鼠标和键盘等外部设备的交互性操作在Vritools平台上得以实现，最后将整个虚拟演播实验室在Web上进行发布和使用。
二、构建虚拟演播实验室的优势分析
本文所实现的虚拟演播实验室场景及仪器设备非常逼真，并能用于影视节目编导与制作相关的教学之中。将其应用于高校，具有以下几大优势：
（1）节省建设场地。虚拟演播实验室是基于操作系统平台和各种软件构建实现的，不占用真实场地和空间，任何地方只要拥有一台计算机，连接了Internet网络，即可随时随地进行学习和操作。
（2）节省建设资金。虚拟演播实验室利用软件构建而成，可以代替真实的演播室环境，其中的虚拟传媒设备可以代替各种真实传媒设备，经济效益显而易见。
（3）实验设备资源的实时更新。虚拟演播实验室中的各种虚拟实验设备可以随着现实设备的更新而进行模型更新和替换，不需要任何资金投入即可跟上时代发展。
（4）学习方式自由化。虚拟演播实验室提供自由化的学习方式。学习的时间、地点、内容都可以根据学习者的需要自由选择。由此可见，虚拟演播实验室可以给学习者充分的自由，能够大幅度地提高学习者的知识掌握程度和专业技术水平。除此之外，学生可以与进入该实验场景的其他学生合作，实现人与人、人与设备、设备与设备之间的操作互动。
（5）多元化的应用。本文所实现的虚拟演播实验室既可用于高校常规的课堂教学和实验教学，还可以用于远程函授培训的网络教学。总之，在任何一个学习环境下，学生都可以选择自己感兴趣的实验内容，自由地进入相关的实验场景中完成实验。
三、虚拟演播实验室的主要功能组成
综合考虑教学及实践需要，虚拟演播实验室设计了5个功能，各功能如下所述：
（1）虚拟演播实验室总体介绍：该功能通过虚拟演播实验室场景自动漫游、语音讲解及手势指引实现。该功能可以让学生了解及掌握演播实验室的主要场景构造、布局及实验功能。 （2）虚拟演播实验室灯光介绍：该功能通过结合语音和字幕的三维动画方式展现，可以让学生了解及掌握演播室的灯光类型及布光方法。
（3）摄影灯调整实验：该实验主要展示虚拟演播实验室中各种摄影灯的位置、方向及角度的调整方式。学生通过对位于摄影棚上的摄影灯进行伸缩、旋转及滑动调整，从而进行不同的布光设置，获得不同的布光效果。该实验可以让学生在掌握演播室各种摄影灯调整方法的同时，学会不同的布光效果设置方法。该功能主要通过人机交互方式实现，通过鼠标、键盘等外部设备直接操纵虚拟场景中的摄影灯物体，对摄影灯灯的位置、方向及角度进行调整与控制，以达到不同的布光效果。
（4）摄像操作手法实验：该实验主要展示如何运用不同的摄像机摄像操作手法来获取不同景物拍摄效果。通过该实验学生可以理解和掌握摄像机的推、拉、摇、移等摄像操作手法。该功能主要通过人机交互方式实现。
（5）不同摄像景别拍摄实验：该实验主要展示如何操作摄像机拍摄不同的景别，让学生理解和掌握不同景别的摄像概念及拍摄方法。通过对摄像机的摇移及对推拉按钮的调整，从而获取不同的景别（远景、全景、中景、近景、特写）效果。其实现及操作方式同（3）。
四、虚拟演播实验室的技术实现
1.真实场景信息获取
要构建虚拟演播实验室，首先需要获取真实演播室场景及场景中各种相关设备信息。这些信息直接从电视台的真实演播室处获取。为了保证虚拟演播实验室具有高度逼真性，需要对一些特殊的设备进行拍照取样，经过后期处理作为模型的贴图材质使用。
2.建立三维实体模型
根据从真实演播室所获取的场景及场景中各种相关设备信息，确定需要构建的三维模型，并使用三维建模软件构建这些模型。构建模型时要注意模型形状和外观的逼真性；为了保证实时性，要注意降低模型构建的复杂度；为了保证真实性，需要赋予模型材质或贴图，并调整光照进行烘焙贴图。虚拟演播实验室的场景完全按照真实演播室的真实构造建立，演播室的室内构建比例、室内的各种设备、设备的放置等都和真实演播室保持一致，墙体及门窗模型构建也严格按照真实演播室声学装修的要求标准来进行。[5]
3.三维实体模型的优化
在保证模型真实性的同时，要考虑计算机硬件如网卡、显卡等器件的限制，虚拟演播实验室的运行实时性要求以及网络传输带宽和速率的制约，所以在构建实验室各种模型时要遵循尽量采用最简化模型的原则，但该原则的实施必须是在保证虚拟实验室各种模型视觉效果不失真的前提下。为保障虚拟演播实验室的实时性，场景及模型建模时采用了各种模型优化方法。
4.人物模型及动作的建立
虚拟演播实验室根据需要设置了两个虚拟角色：虚拟导游和虚拟主持人。虚拟导游用来进行场景及仪器漫游和介绍等的语音指引和手势提示。虚拟主持人用来观察进行布光后主持人的给光效果。
这两个人物模型通过3ds max的骨骼系统构建，为了获取虚拟角色的仿真真人外表，为其设置了蒙皮。并根据具体实验需求分别为两个虚拟角色设定了相关动作。
5.人机实时交互的实现
在使用虚拟演播实验室时，如何让学生获取操作虚拟媒体仪器的真实感受是构建虚拟演播实验室时首要考虑的问题。人机交互技术可以帮助学生获取这种感受。通过这种技术，学生在虚拟演播实验室进行实验时可以“走进”虚拟演播实验室内部并实时操作虚拟媒体设备，观察操作结果。主要包括：在虚拟实验场景内部自有走动观察环境，操作各种虚拟媒体仪器：灯光调整、摄像手法及摄像景别调整等。
在进行摄影灯调整进行布光时，学生可以通过计算机的自身部件对位于虚拟演播实验室不同位置的各个摄影灯分别进行滑动、伸缩或旋转等操作，以达到营造不同节目的不同摄影灯布光效果的目的。通过鼠标操纵虚拟摄像机左右移动，可以获取不同的摇移摄像效果。而通过鼠标操纵虚拟摄像机上的推拉按钮则可以获取不同的摄像景别效果。
6.网络发布
完成各个实验功能的虚拟演播实验室发布于网络之上，以Web形式展现，利于位于各个网络终端的学生进行学习和使用。
虚拟演播实验室进行网络发布后的场景如图1、图2所示。
五、结论
将构建完成的虚拟演播实验室应用于高校影视节目编导与制作人才培养之中效果良好，培养出的学生能够深入理解和掌握摄影灯光的类别、摄影灯营造各种布光的方法、对摄影灯光的调整、摄像操作手法和不同摄像景别拍摄等各种专业知识，最大限度地提升了学生的演播室相关知识和实验操作能力。
参考文献：
[1]董武绍,李端强.对高校虚拟演播室建设的探讨[J].电化教育研究,
2007,(2):62-64.
[2]Simon Gibbset al.Virtual Studios:An Overview[J].IEEE Multimedia,
January March,1998:18-35.
[3]Blonde L.A virtual studio for live broadcasting:The mona lisa project[J]. IEEE Multimedia,1996,(3):18-29.
[4]李文光,董志彪.高校虚拟演播室教学实验系统的建设与应用[J].中国教育技术装备,2009,(18):100-101.
[5]赵娅,刘贤梅,杨丽波.应用于教学的仿真演播实验室的设计与实现[C].Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training,2010:63-66.
[6]赵娅,刘贤梅.远程教育中基于Web的虚拟实验室的研究与应用[J].现代教育技术,2009,19(2):124-127.
（责任编辑：王祝萍）
