Основы современного телерадиовещания 4

П4.2. Особенности виртуальных студийных систем

Известно несколько методов реализации виртуальной студии: применение предварительно представляемой графики (pre-rendered graphics), применение 2D-графики и применение 3D-графики [П4.1 — П4.5].

Для создания иллюзии виртуальной реальности следует учитывать, что любое движение камеры, которое влияет на переднее изображение, влияет и на заднее (фоновое) изображение. Во всех случаях следует использовать одну или несколько роботизированных камер.

П4.3. Предварительно представляемая графика

В первой из систем используется предварительно подготовленное с помощью графики изображение задника, которое записывают на видеодиск. (Изображение задника может быть в виде рисунка или фотографии.) Это изображение воспроизводят и используют как опору для управления движением роботизированной камеры. Если место для камеры выбрано удачно, то иллюзия получается достаточно хорошей. Этот метод широко использовался в новостных передачах Би-би-си. Недостаток метода состоит в том, что все сюжеты должны быть одинаковыми. Несмотря на то что может быть создано любое новое движение, оно потребует такого длительного периода самоустановки камеры, что ни артист, ни оператор не рискуют допустить ни малейшего отклонения от сюжета.

Когда в видеосюжете не требуются движения артиста или когда они oграничиваются небольшими наездами и откатами камеры (случай «говорящей головы»), необходимость в применении суперкомпьютеров для предварительной подготовки изображения отсутствует до тех пор, пока камера не начнет двигаться. В этом случае для получения виртуального изображения достаточно использовать обычную систему цифрового видеомонтажа (DVE).

П4.4. 2D-графика

Если артист перемещается в виртуальной студии, и съемка производится камерой, установленной на штативе, то для пересчета положений заднего плана требуется применение средств 2D-графики, а для отслеживания поворотов камеры необходимо использование дополнительного процессора управления движением (рис. П4.3). Характерным примером оборудования для этих целей служит комплект 2D Virtual Scenario фирмы Radomec Broadcast.

П4.5. 3D-графика

В случае линейного перемещения камеры вдоль сцены и ее поворотов необходимо применение двух процессоров управления и более мощных вычислительных средств 3D-графики, для реализации которых часто используют суперкомпьютеры фирмы Silicon Graphics, например Опух [П4.6, П4.7].

П4.6. Управление камерами

Для управления телевизионными камерами виртуальные студии оснащаются специальными сенсорными головками, на которые устанавливаются камеры. Помимо углов поворота камеры эти головки позволяют отслеживать фокусировку и положение трансфокатора. Принцип их действия основан на использовании сигналов от датчиков, фиксирующих углы поворота движущихся частей камеры. Они сложны и дорогостоящи. Стоимость такой головки, например Memory Head фирмы Ultimatte, может превышать стоимость самой камеры.

Значительно дешевле другие способы определения угловых и пространственных координат камеры с «привязкой» к внешним координатам. Фирма ORAD [П4.8] использует определение координат камеры с помощью рисунка (нерегулярной матрицы), нанесенного на задник виртуальной студии (рис П4.4). Во время съемок этот рисунок воспринимается системой распознавания образов и происходит вычисление пространственного положения камеры относительно задника сцены. В этом случае отпадает необходимость в сложных и дорогостоящих сенсорных головках. Кроме того, оператор меньше стеснен ограничением своего перемещения вдоль рампы.

В другой системе внешней «привязки» камер, именуемой free-d, используют потолочные светильники с нерегулярной структурой световых отражателей. Камера при этом снабжается специальным преобразователем, расположенным на ее верхней горизонтальной поверхности, который передает воспринимаемый световой рисунок на систему опознавания образов, вычисляющей координаты камеры относительно потолка студии. При использовании этой системы оператор может свободно перемещаться не только вдоль рампы, но и в глубь сцены.

П4.7. Другие варианты построения виртуальных сцен

П4.7.1. Применение третьей камеры

К двум основным камерам добавляется третья камера. В третьей камере имеется инфракрасный излучатель, направленный на объект съемки, и детектор интенсивности ИК излучения, отраженного от объекта (рис. П4.5) [П4.9]. Отраженное излучение возвращается к камере через интервал времени, пропорциональный расстоянию между камерой и объектом. Измерение интенсивности принимаемого излучения происходит в короткие интервалы времени. Это позволяет отделить ближние объекты от дальних (глубинных) объектов, поскольку интенсивность принимаемого излучения монотонно уменьшается с расстоянием. Информация о глубине объектов отображается в монохромном режиме. Такая камера в течение 1/15 с позволяет определить глубину расположения 350 тыс. пикселов с точностью 18 мм при расстоянии до объекта 2,5 м.

Совершенствование подобных камер идет по двум основным направлениям: уменьшению времени пересчета и увеличению разрешения по глубине сцены.

П4.7.2.технологические приемы

Имеется и третье, технологическое направление развития. Подобные камеры используют для слежения за каждым действующим лицом на сцене. Подробная информация об угловом положении артиста и глубине его расположения на сцене используется для более точного управления роботизированными камерами (рис. П4.6). При этом виртуальное изображение становится более реалистичным.

Применение роботизированных камер и камер слежения в сочетании с накопителями изображений позволяет реализовать новые приемы, например в спортивных передачах. В тех спортивных состязаниях, в которых спортсмены борются за секунды (в легкой атлетике, горных лыжах, конькобежном спорте и т. п.), важно знать, как дистанцию прошел спортсмен в предыдущем забеге и каковы его результаты на отдельных участках дистанции. Сравнение результатов отображается следующим образом. Каждый забег снимается роботизированной камерой и запоминается в накопителе. Изображение каждого последующего забега может быть наложено на воспроизводимое изображение любого из предыдущих забегов в одном и том же масштабе времени (рис. П4.7).

Еще одно направление развития виртуальных съемок связано с введением датчиков движения, прикрепляемых к различным частям тела и лица артиста. При этом накапливается информация о характере движений и мимики артиста. Эта информация может быть использована для создания совершенно новых виртуальных сюжетов и мультипликации.

П4.8. О применимости виртуальных студий

Сразу после первой демонстрации виртуальные студии стали популярными среди производителей телевизионной продукции и кино продукции. Это неудивительно, потому что для производства фильмов открылись совершенно новые горизонты. Во-первых, появились новые художественные возможности реализовать практически любое сценическое пространство, какое только может быть подсказано фантазией художника. Во-вторых, создание декораций для оформления сцен не требует напряженной работы целых цехов со всеми производственными и вспомогательными службами. Отпадает потребность в материалах для изготовления декораций. Наконец, отпадает необходимость в немалых площадях, для размещения цехов для изготовления и складирования декораций. В итоге могут быть сэкономлены огромные средства, которые обычно затрачиваются на оформление сцен для съемок.

Нельзя сказать, что виртуальные студии достаются производителям кинофильмов и телевизионных программ бесплатно. Стоимость только одного суперкомпьютера, используемого для вычислений, превышает в настоящее время 50 тыс. долл. США. (Два года назад он стоил вдвое дороже.) Стоимость необходимого ПО приближается к стоимости суперкомпьютера. Требуются и другие дорогостоящие составляющие для реализации виртуальной студии (сенсорные головки камер или потолочная матрица из специальных светильников для слежения за положением камеры, камеры слежения, блоки искусственной задержки сигналов и др.). И все же затраты на создание виртуальной студии практически всегда окупаются менее чем за полгода.

За несколько лет многие десятки крупнейших телецентров мира и крупные киностудии оснастились комплектами виртуальных студий, несмотря на их высокую стоимость. Свыше десятка крупнейших компаний мира интенсивно работают в области создания нового оборудования и ПО обеспечения для виртуальных студий. Стоимость нового оборудования для виртуальных студий постоянно снижается, а функциональные возможности вновь создаваемых систем растут.

Виртуальная студия применяется для самых разнообразных целей, среди которых необходимо отметить следующие цели:

• выпуск в прямой эфир информационных передач с демонстрацией событий в реальном времени;

• производство и выпуск информационных передач с предварительной подготовкой задних планов (карт погоды, фрагментов событий, динамических иллюстративных материалов);

• производство зрелищных и информативных спортивных передач;

• отображение ситуаций и событий в различных сферах деятельности людей (стихийные бедствия, экологическая обстановка, состояние отраслей хозяйства, события в финансовой сфере, события в политической сфере и т. п.);

• производство учебных фильмов и учебных материалов различного назначения;

• производство мультипликационных фильмов;

• производство художественных видеофильмов;

• производство художественных мультипликационных и документальных кинофильмов.

П4.9. Виртуальная студия минимальной конфигурации

Очевидно, что для малого телецентра нет необходимости строить полнометражную виртуальную студию, ориентированную на производство художественных видеофильмов. Но и ограничиваться примитивным комплектом, пригодным лишь для съемок «говорящей головы», также не следует. На первом этапе внедрения виртуальной студии целесообразно выбрать комплект, позволяющий осуществлять виртуальные съемки одной камерой с относительной свободой перемещения оператора вдоль рампы.

Для определения координат камеры можно использовать недорогую систему ORAD с нанесением рисунка-матрицы на заднюю стену студии. В этом случае для портативной камеры, устанавливаемой на штатив или пьедестал либо переносимой на плече, не требуется дорогостоящая сенсорная головка определения движений. Сигнал от камеры поступает в ORAD Video Processor, где происходит вычисление координат камеры. Для ввода виртуальных декораций и их обработки в соответствии с изменением координат камеры может быть использован как вычислитель компьютер Опух 2 фирмы Silicon Graphics и как рабочая управляющая станция компьютер О 2 той же фирмы. Окончательное сведение изображений производится в видеомикшере. Сигнал сведенного изображения записывается на цифровой видеомагнитофон. Портативная камера дополняется малогабаритным видеомагнитофоном и превращается в камкордер для внестудийных съемок. Из основного звукового оборудования потребуется комплект микрофонов, простейший микшерный пульт, DAT-магнитофон и звуковая станция с комплектом контроля звука. Из светотехнического оборудования в комплект следует включить компактный набор из четырех светильников холодного света с принадлежностями, который можно использовать для студийных и внестудийных съемок.

Такой состав оборудования позволяет осуществить высококачественную запись разнообразных сцен без какого бы то ни было применения реальных декораций. Это же оборудование (за исключением камеры и светильников) в полной мере используется и для изготовления «виртуальных декораций», для подготовки самого разнообразного иллюстративного материала, а также для всех процессов post-production: монтажа фонограмм, сведения видео и фонограмм, озвучивания видеофильма, введения спецэффектов, титров и, наконец, полного формирования законченного видеофильма.

Дальнейшее развитие виртуальной студии возможно путем дооснащения ее аппаратными и программными средствами, сопрягаемыми с техническими средствами рассмотренного минимального комплекта.

Выводы

1. Виртуальные студии — это новое, интенсивно развивающееся направление телевизионной техники, и технические средства для их реализации непрерывно совершенствуются.

2. Область применения виртуальных студий охватывает все сферы деятельности людей, где используется создание и представление видеоматериалов. В частности, комплекты виртуальных студий используются в вещательном, промышленном, корпоративном, учебном и специальном телевидении, в производстве художественных, мультипликационных и документальных фильмов.

3. Применение виртуальных студий позволяет в значительной мере отказаться от применения традиционных телевизионных студий и киностудий и сократить расходы средств и времени на производство декораций и оформление сцен традиционных студий. При этом исключается необходимость в самих цехах по производству декораций и экономятся производственные площади, средства на станки, оборудование и материалы, средства на эксплуатацию таких цехов.

4.При создании или реконструкции телецентра целесообразно изначально ориентироваться на применение не традиционной телевизионной студии, а виртуальной студии в целях экономии производственных площадей и средств на создание и эксплуатацию производственных цехов и вспомогательных служб для создания декораций и оформления сцен.

Источники

П4.1. М.Rothahaler (IRT). Virtual studio technology — An overview of the possible applications in television programme production. EBU technical Review Summer 1996.

П4.2. www.for-а.com.

П4.3. Kristina Jones. А new age of virtual studios. Broadcast Engineering, Dec 1, 2002.

П4.4. www.ddgtv.com.

П4.5. www.viswiz.gmd.de.

П4.6. www.silicongraphics.com.

П4.7. www.sgi.com.

П4.8 www.orad.com.

П4.9. www.nhk.com.

Приложение 5. Технологические таблицы

Таблица П5.1

Технология телевидения