虚拟演播室中虚拟场景生成系统的设计与实现.pdf

西南交通大学
硕士学位论文
虚拟演播室中虚拟场景生成系统的设计与实现
姓名:王华
申请学位级别:硕士
专业:计算机应用技术
指导教师:金炜东
20070901
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文虚拟演播室系统可以使现场视频与计算机产生的三维图形实时地集成在一起。它突破了传统演播室实景制作和场景设计的时空限制,能将真实人物与虚拟环境自由组合,完美地表现出电视节目制作者的非凡创意,提高电视节目制作的质量和效率,同时降低了节目制作费用。目前较成熟的商用虚拟演播室系统均是基于独立工作站平台开发,其价格昂贵。对于中小型电视台而言,购买一整套虚拟演播室系统成本较高。因此,开发一种成本低、实用性强的虚拟演播室系统具有广阔的应用前景和现实意义。而利用机实现虚拟演播室系统具有成本低、控制灵活等特点,能够满足中小型电视台的电视节目制作需求。因此,利用机实现虚拟演播室系统已成为目前的研究热点。在此背景下,本论文在基于已有的虚拟演播室系统理论的基础上,从开发一套实际的基于机的虚拟演播室系统的角度出发,将研究工作主要集中在基于机的虚拟演播室中虚拟场景生成系统的研究、设计和实现上。论文先从理论上对虚拟演播室系统的意义、工作原理和关键技术以及现有虚拟演播室系统的优缺点进行了阐述,确定了基于机和技术进行虚拟演播室系统开发的方案;接着对虚拟演播室系统的虚拟场景生成技术进行了研究;同时详细介绍了实现本系统所采用的技术,重点对其整体构架及相关知识点进行了论述。在此分析和研究的基础上,选择作为系统的开发平台、?7⒐ぞ呒安捎妹嫦蚨韵蟮纳杓品椒ǘ孕槟庋莶ナ抑行槟场景生成系统按工作流程从整体到局部进行了整体构架设计,并在此设计基础上具体实现了虚拟场景生成系统的事件处理、渲染初始化、场景数据预处理和管理、虚拟摄像机管理、场景渲染及图像数据输出模块,最终实现了基于技术的虚拟场景生成原型系统,为虚拟演播室系统提供了良好的功能关键字:虚拟演播室;场景渲染:裁剪;第服务。
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西南交通大学硕士研究生学位论文第∞:.咀.;;籇
,传统的电视节目制作是利用色键技术将主持人的活动与不同的背景混合起来,用于拍摄~些在现场无法拍摄完成的画面⋯。这项技术在较长时间内被广泛应用,但随着电视节目制作技术的发展和观众欣赏水平的不断提高,该制作方式所呈现的缺点越来越明显,它的主要问题是前景主持人和背景不能实时地同步变化,当摄像机的推、拉、移等运动变化使主持人在画面中的位置发生改变时,作为背景的画面却固定不动,这样会使得合成的图像不真实、不自然,造成视觉上的差异,影响了项目效果“R虼耍矶喙驹谏细鍪兰年代初就开始了虚拟演播室系统的研究与开发工作。虚拟演播室系统,简称是近几年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统”K实际上是把演播室中已有的视频技术与现代计算机技术相结合,通过专业的计算机三维图形技术,模拟真实的电视节目演播场景,并通过摄像机位置参数的精确传感,使真实电视演播视觉空间与三维虚拟场景空间在透视关系上完全一致,最终用视频色键混和器处理,将演播主体合成到三维虚拟场景中,实现电视节目的虚拟场景演播虚拟演播室系统除了可以进行数字化三维布景外,还可以带来许多意想不到的应用。使用虚拟演播室系统可以产生任何想象中的布景和道具,无论是静态的,还是动态的,无论是现实存在的,还是虚拟的。虚拟演播室系统突破了传统演播室实景制作和场景设计的时空限制,能将真实人物与虚拟环境自由组合,完美地表现出电视节目制作者的非凡创意嘲。同时它还具有许多优点:档偷缡咏谀康闹谱鞣延谩S杉扑慊谱魅槟獬【埃恍枰4罱ㄕ第
.槟庋莶ナ蚁低车墓谕庋芯肯肿西南交通大学硕士研究生学位论文实场景,只需要一个蓝色的背景即可,避免了真实场景的制作、安装、拆除、运输和存储空闻,节约了大量人力、物力和财力。岣叩缡咏谀康闹谱髦柿俊5缡咏谀恐谱髡呖梢园谕咽奔洹⒖占浼暗谰制作等方面的限制,充分发挥想象力,在广泛的想象空间中自由创作出人工难以甚至无法实际制作的三维虚拟场景,提高节目的质量。岣叩缡咏谀康闹谱餍省V谱魅槟獬【氨却车娜斯ご罱ㄕ媸党景快捷方便,并且制作完成后的三维虚拟场景保存在计算机数据库中,以后可以重复使用。这大大缩短了电视节目的制作周期,提高了制作效率和资源的利用率”’”。随着计算机科学技术的发展,虚拟演播室系统也将不断完善,它所制作的电视节目质量将越来越高、制作效率越来越高、制作成本越来越低,这些正适合了当前传播媒体的迅速发展、观众对节目质量要求高,节目需求量大等形势发展的需求。虚拟演