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虛擬演播室技術
在傳統的影視制作中，或采用實物布景，或將表演畫面直接疊加在場景畫面上。前者費錢費時費力，靈活性差，搬動和保存都很不方便，無法達到一些特殊的效果;后者則會因表演圖像和背景的透視投影關系不一致，且當前景攝像機調整動作時，背景圖像無法進行同步變化，最終得到的畫面不自然，真實感差。
在虛擬演播室系統中，演員在以藍色幕布為背景的全空演播室里表演，前臺攝像機負責拍攝表演圖像，并用色鍵技術將演員的形象與藍背景分割開來，從而得到前景圖像。同時，攝像機跟蹤系統實時檢測攝像機的運動參數和成像參數，并根據這些參數構造一個虛擬攝像機。之后，在三維場景制作系統中構造出三維背景，而背景圖像則是按虛擬攝像機的參數生成的。最后，圖像混合系統將前景視頻信號和背景視頻信號合成為最終的畫面。由于前景圖像和背景圖像具有相同的成像參數和三維透視關系，因此，保證了合成畫面的真實感。
虛擬演播室技術可以大大降低節目制作費用，提高效率，極大地改善制作效果，為制作人員提供巨大的靈活性和創造力，實現強大的特技效果。
新形式電影啟蒙了虛擬現實思想的產生
回顧歷史令人深思，光學媒體的電影與電子媒體的電視的相互競爭所產生的新形式電影怎么會成為虛擬現實思想產生的啟蒙之源?持此種懷疑觀點的人的理由是，光學媒體與電子媒體不僅物理屬性不同，而且二者誕生的時間相差甚遠，相互之間競爭既無必要，又不可能，更談不上與虛擬現實的關系。圖1顯示了影視發展的關系框圖。由圖可見，上述懷疑是可以理解的，但并不完全符合客觀實際。
從1895年法國米埃爾兄弟發明無聲電影到20世紀50年代，電影“獨霸眼球”的時代，電影采用20世紀30年代Walt Disney發明的光電管特技技術為攝制特殊鏡頭提供了技巧，這就是最早出現的特技(special effects)。利用特技在電影銀幕上可表現仙境鬼域等趣味橫生的視覺效果，此時的電影像吸鐵石一樣，將大批電影觀眾牢固地吸引到電影院的座位上。電影在出盡風頭的同時，也誘發了人們“坐在家里看電影” 的愿望。
1936年11月2日在英國亞歷山大宮首先開始的黑白電視廣播，1954年1月美國首先開始的NTSC制彩色電視廣播，使這種愿望得以實現。在電視發展的初期，電視以初生嬰兒的面孔出現，處處模仿和借鑒電影的技術，確實不具備與電影競爭的實力。電影也從未把電視放在眼里，尤其是聞名于世界的《美國攝影師》雜志，從來也沒有低下那傲慢的頭，仔細考慮電影需要向電視學習點什么!
電視在模仿和借鑒電影技術的過程中，視頻技術得到迅猛發展，電子特技誕生。1956年美國AMPEX公司研制的旋轉4磁頭廣播用視頻磁帶錄像機的推出，為電視提供了傳播媒體。錄像帶出租業務的開展和普及，改變了人們欣賞電影的方式，大批電影觀眾從電影院回到家庭的電視機前，成為電影的真正的競爭對手。在電影院上座率夕陽西下，呈現一派冷落景象的形勢下，一向不重視電視的電影制片廠開始轉向為電視拍片。正當電影界愁眉鎖眼，苦于找不到出路之時，部分片段用電視特技拍攝的《星球大戰》票房收入高達4億美元的沖擊波，強烈地震撼了電影界，使他們認識到，只有借助于視頻技術，電影才能絕路逢生。就連最保守的《美國攝影師》雜志編者，也在1983年出版的 “電子影像”?？下暶鳎骸鞍央娮佑跋窈退械挠涗浐图庸ぜ夹g全面包括進來的時代已經到來，事實上，得趕一趕，讓我們懷著入迷和激動的心情共同踏上這勇敢的征途?！?/P>
與此同時，電影充分利用電影影像質量高于電視圖像質量的有利條件，發展新形式的特殊電影，試圖將電視觀眾拉回到電影院，與電視爭奪觀眾。怎樣才能對觀眾構成巨大的吸引力呢?關鍵是要擴大觀眾的視野，使其具有身臨其境的真實感。如寬銀幕電影、環幕電影和球幕電影等新形式電影都具有影像畫面視野廣闊、藝術表現力強的優點，都能給觀眾以寬視野的深度感和環境感，但有人提出浸沒深度太淺，并建議尋找一種觀眾可以進入新形式電影之內的辦法。這樣，電影圖像及聲音給人的身臨其境之感，啟蒙了虛擬現實思想的產生，當時人們稱其為“靈境”。
計算機應用推動了虛擬現實技術的實現
隨著計算機技術的發展，人們對仿真建模、計算機輔助設計、計算機藝術、計算機視覺、智能機器人等的需求，又在客觀上推動了虛擬現實技術的發展，成為虛擬現實發展的動力之一。在“第三屆中國北京高新技術產業國際周”上展示了一個利用計算機仿真技術制作的動感電影系統，名為“魔幻飛舟”。當你坐在飛舟上開始旅行時，驚心動魄的事件接連不斷。你感覺到你的身體與飛舟已經成為一體，并伴隨著飛舟左右搖擺而搖晃、上下顛簸而震動，兩手緊握飛舟扶手，生怕自己一不小心會墮舟太空。當飛舟被撞的粉身碎骨之時，你會下意識地閉上雙眼，頭腦里閃過一個念頭：“今天算交代了”。這種動感電影集視、聽、動、想于一體，融娛樂性、趣味性、知識性、刺激性于一身，給人以身臨其境、逼真動人之感。這與一級方程式賽車模擬訓練器、飛機駕駛模擬訓練器一樣，都是源自于60年代Horton Heiling 發明的多感、仿真環境的原型“Sensorama"。70年代， Myron Krueger 提出了“人工現實(Artificial Reality)”，描述了實際并不存在的一種概念化的環境;80年代Scott Fisher等研制了多感知、多用途的虛擬接口環境系統。
為什么人們對創造虛擬環境那么熱衷?這是由于真實世界對虛擬世界的需要。一般而言有三方面的需要：其一是人與虛擬環境交互的需要(參見圖2 中A與B的交互)，如建造像演播中心、電視發射塔、客輪等占用空間大、資金耗費大、生產周期長、不能中途退換的大型建造物，需要預先做虛擬現實系統，讓用戶進入虛擬現實物內參觀，并對設計和設施等進行選擇。顯然，用戶與虛擬環境的交互，實際上是用戶通過計算機創造的虛擬環境與計算機通信。
其二是共用一個虛擬環境的群用戶之間交互的需要(參見圖2中A與D的交互)，如虛擬會議、計算機三維動畫游戲和現代電子戰條件下海、陸、空聯合作戰演習模擬等，都是多用戶共處于同一個計算機所創造的虛擬現實環境中，以計算機作為用戶之間相互交互的媒介。
其三是終端用戶通過虛擬現實環境與發端現實世界交互的需要(參見圖2中A與C的交互)，如計算機輔助的遠程醫療檢查、遠程現場腫瘤切除手術和遠程控制那些操縱微小物體的機器人系統等，都是發端現實世界的虛擬重現作用于遠端的現實世界的實例。
顯然，計算機依然是終端用戶與發端現實世界交互的媒介。
由此可見，虛擬現實技術首先是一種現實，因為它可以使人通過視覺、色覺、聽覺、力覺、觸覺和運動等多維感官，沉浸(Immersion)在身臨其境之感的虛擬環境之中，并能根據自己的愿望實時地操縱和改變此種環境，與虛擬境界進行實時交互(Interaction)，從定位、定量計算的綜合環境中獲得感性和理性的認識，給人以一種真實的存在感。但是，這種在虛擬環境中的真實程度，并不是一種真實的物理世界，如把自己在虛擬環境中描述成一位大力神，能單手托起一輛載重汽車，而這在現實世界中是不可能做到的事，在虛擬環境中則可以通過自由構想(Imagination)做到這一點，即通過想像而虛構的現實。所以，虛擬現實是一種感覺到的現實，并非真實的現實，故稱其為虛擬現實。因此，沉浸其境、實時交互、自由構想三個要素構成了虛擬現實的基本特征。其中前兩個要素反映了現實性，后一個要素反映了虛擬性，虛擬現實是現實性與虛擬性對立統一的結果。若用邏輯關系表達，則有：虛擬現實(VR)= 沉浸(Immersion)×交互(Interaction)×構想(Imagination)。Joe Gradeck將“虛擬現實”形象地定義為“一個三維的交互式游樂場”。實質上是一個由計算機及其他傳感器組成的、滿足人們需要的、創建和體驗虛擬世界的多維信息處理的交互系統，其構成及交互類型如圖2所示。
由圖2可見，虛擬現實是一個基于計算機的應用系統，計算機及其外圍設備生成一種可由用戶實時動態控制的可感知的環境，用戶感覺這種環境好像是真的，并稱這種感覺環境為虛擬世界。事實上，計算機生成的這種虛擬環境是具有表面色彩的、可以重現的立體圖形或物體的模型。這些模型的形狀、大小、顏色有的具有靜態屬性，有的具有動態屬性。它可以是真實世界的體現，即從現實世界中提取而成的虛擬世界，如用視頻序列制成的交互式遠程診斷等;也可以是自由構想的世界，即由編導人員描繪、編輯、合成的虛擬世界，如建筑師設計的草圖等。通過控制各種反饋到用戶傳感器，使用戶浸沒在該環境之中，實現用戶與虛擬環境的自然、直接交互。如圖2中用戶A與虛擬世界B 的交互;用戶A也可以通過虛擬世界B與共處于同一個虛擬現實系統中的其他用戶D進行交互;終端用戶D也可以通過虛擬世界B與現實世界C進行交互，即現實世界的虛擬重現作用于遠端的現實世界。虛擬現實是一種基于計算機的應用系統，即是計算機應用推動了虛擬現實的實現，這已成為一個不爭的事實。
顯然，虛擬現實的概念產生于20世紀50年代影視競爭之時，并逐步成為信息科學領域中的新技術，由于其廣泛的實用性，引起軍事、建筑、醫療、教育等多學科領域的重視和應用。
虛擬現實與影視融合產生了虛擬演播室
正當虛擬現實走向實用之時，在廣播影視的節目制作系統中存在著如下問題：因摳像技術不完備而產生的背景圖像不能實時跟蹤前景圖像的變化，而使前景與背景之間的透視關系失配，最終使色鍵合成圖像失去真實感;傳統節目制作一個欄目要占用一個演播室空間，與日俱增的節目制作量和有限的演播室空間的矛盾越來越突出，搭建、拆卸、搬運、儲藏實物道具和布景費時間、費財力、難防火、占空間，不僅提高了節目制作費用，而且降低了節目制作的效率。正當這些問題困擾著影視節目從業者之時，虛擬現實技術在20世紀80年代進入廣播影視制作的大門，與影視融合成虛擬演播室概念。由虛擬演播室概念到可實用的虛擬演播室技術，經過了20多年的發展,過程如表1所示。
到目前為止,在全世界已經有10多個虛擬演播室品牌推向市場，按照攝像機的跟蹤方式的不同，可將這10多個品牌劃分為傳感器和圖形識別兩種方式，其中機械傳感方式占73%，圖形識別方式占27%;而且三維虛擬場景占77%，二維虛擬場景占23%，如表2所示。世界各國各大電視臺及節目制作單位已經采用100多套虛擬演播室系統，其中以美國、歐洲、日本為主，如美國的電影“泰坦尼克號”虛擬背景的制作，1998年法國世界杯足球賽采用虛擬演播室技術進行電視轉播等。
在中國，中央電視臺于1998年以來，采用了4套不同的虛擬演播室系統制作節目，北京電視臺、廣東有線電視臺等省級電視臺也采用虛擬演播室系統制作虛擬背景。目前在中國的市場上參與競爭的有Orad 、RT-SET、E&S等公司的產品，各個省級電視臺都計劃采用。但是，由于國外虛擬演播室系統多以圖形工作站為硬件平臺，一般都在20～40萬美元之間，許多用戶因價格太貴買不起，到目前為止全國電視臺采用國外的虛擬演播室系統還不到20套?？梢?，價格昂貴是阻礙虛擬演播室在廣播電視系統廣泛應用的主要障礙。因此，急需開發一種廉價實用的、適合中國市場的虛擬演播室系統。
為此，北京廣播學院電視工程系在PC Windows NT平臺上，探討了利用Open GL和Direct X模擬虛擬布景軟件的可能性，取得了階段性成果。實驗證明，基于PC的虛擬演播室系統是可行的。
由于價格昂貴，除了美國Play公司帶有虛擬場景的 Trinity數字編輯系統因性能價格比適中而受到歡迎外，國外的虛擬演播室系統在國內市場上占有的份額極小，為以后性能價格比更合適的虛擬系統留下了廣闊的市場?？上驳氖窃谥袊袌錾铣霈F了中國虛擬廠商的產品參與競爭的大好局面。這些虛擬產品雖然尚處于初級階段，但是由于具有“鄉土風味”的特點，很可能成為中國市場未來的主流產品，并后來居上。
虛擬演播室適應了節目制作的需要
虛擬演播室發展的歷史極其短暫，其性能遠未達到人們的期望，其價位之高令一般電視臺望而生畏。在這樣的條件下，為什么全世界會有100多家電視臺搶先采用?這是由于虛擬演播室技術具有誘人的優勢造成的：具有節省制作成本的經濟特點，具有保持前景與背景之間正確透視關系的技術特點，具有憑借想像力自由創作的藝術特點。
----其中第三個特點最重要，因為其獨特的藝術創造力為場景師和節目制作人員提供了憑借想像力進行創作的自由，創造出因物理條件不具備或經濟上難以承受的，或傳統演播室不可能實現的虛擬場景，使廣大電視觀眾收看到前所未有的、充滿立體感和強烈沖擊力的電視畫面。由于虛擬演播室技術在節目制作方面具有誘人的魅力，所以它已經顯示出強大的生命力。
