浅析虚拟演播室灯光特点与LED灯光系统设计[1]

　　近几年来，白光LED光源技术在影视照明得到迅速推广应用。这为电视演播室提供了新一代节能环保、高光效、长寿命的灯具。虚拟演播室作为电视演播室的一种形式，其灯光系统除了具有一般演播室的通性外，还有其特殊的一面。本文以中央电视台第18虚拟演播室灯光系统改造为案例，谈一下LED灯具虚拟演播室灯光系统的设计问题。

　　中央电视台第18演播室面积为250㎡。演播室为长方体结构，长边约17m，短边约14 m，设备层高约6 m。演播室内设置一个横跨短边，纵深约10 m，高约4.5 m的U型蓝箱。灯光系统设计内容包括：灯光吊挂系统、调光控制系统、DMX512信号控制系统、LED灯具等几部分。

　　一、虚拟演播室的技术特点

　　虚拟演播室是通过虚拟的场景与真实的人或物合成电视画面的一种制作形式。其实质是将计算机制作的虚拟三维场景与电视摄像机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实时合成，使人物与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者天衣无缝的融合，以获得完美的合成画面。

　　虚拟演播室中制作电视节目不需要搭建实际背景，所以不占用演播室制景、拆景时间，省去庞大的道具仓库，缩短了节目制作周期，节约了人力、物力、财力，制作成本有所降低。虚拟演播室中的前景人物，需要一个特殊的表演场地。演员一般是在呈“U”型或“L”型的箱体里做着各种表演(见图1)。箱体是由几面蓝(绿)板组成的一个半开放式的“蓝色箱体”。 并且要求各面蓝板的交界处为圆弧面连接，箱体内各板连接处无明显接缝。

　　虚拟演播室技术包括色键技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和摄像机跟踪技术等。视频色键器对摄像机获得的前景信号与虚拟演播室系统产生的背景信号进行处理，从而实现前景人物与虚拟场景的合成。

　　实际的前景摄像机对前景人物进行拍摄，背景图像(画面装饰、道具和风光布景)大都是三维立体图，由制作人员预先用计算机生成，前景与背景图像在传输或录制过程中混合。

　　与传统的蓝幕色键技术截然不同的是，虚拟演播室技术中的真实摄像机(前景图像)与“虚拟摄像机”(产生背景图像)始终保持同步互锁，为此，必须确定真实摄像机各种运动参数，包括摄像机镜头的变焦、聚焦、摇移、俯仰，以及摄像机机身的X.Y.Z的信息。传递这些信息的方法主要有机械传感、网格识别、红外线传感、辅助摄像机等几种跟踪方法。

　　二、虚拟演播室的灯光特点

　　虚拟演播室的照度不同于一般演播室，它要求前景与蓝箱背景照度相匹配，追求光照的一致性。另外，虚拟演播室栏目的灵活性、电子背景的多样性也要求照度必须满足不同栏目、不同电子背景的需要。因此，虚拟演播室的灯光要能满足大多数节目制作的要求。

　　1.灯光布置特点

　　首先是要有适合的灯具和合理的灯光布局;其次是正确调配灯光，确保前景与虚拟背景的照明亮度及方向匹配，实际和虚拟光源之间的同步变化;并且要求炽热的灯具不能影响虚拟跟踪技术的正常运行，在使用红外线传感的演播室尤为重要。

　　灯光的布置决定着虚拟背景的真实感，要随时保证灯具的精确调控。实际光线的任何变化都可以被计算机产生的背景检测，来触发虚拟灯光随之变化，反之亦然。演员及真实道具投下的影子也要一起进入虚拟空间，为了更好地拾取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。

　　根据虚拟演播室视频技术对“蓝色箱体”照明的要求，活动区域内的灯光照度一般要求要均匀，光线要柔和，不能有明显的光斑和灯的影子，也就是说蓝箱四个面的照度值应基本一致。

　　对人物光的要求与传统演播室基本一致，一般依照三点布光的原则进行布光，所不同的是要注意人物的光影关系要于虚拟背景的一致性。

　　2.灯具的要求

　　虚拟演播室灯具与传统的演播室基本一致，但也存在一些差异。可在一般演播室灯光系统设计基础上，要适当增加柔光灯的比例。柔光灯发光均匀、阴影小、光效高，能使布光效果更自然逼真。

　　3.布光特点

　　虚拟演播室布光，与传统的布光方法基本一致，但要注意以下几点。

　　布光区域要大。在虚拟演播室，为了增强节目的真实性，活泼性，主持人都会有一定的活动区域，因此, 对前景(主持人)布光不能像新闻类节目一样采用定位的点布光方法，而必须进行大面积区域布光。

　　立体布光是关键。传统的新闻类演播室一般都运用三点式布光就能满足要求，而虚拟演播室采用的是色键器消蓝技术进行抠蓝处理。因此，要消除蓝色对前景 ( 主持人 ) 的影响，就必须要有立体布光的理念。

　　先前景后蓝箱的布光顺序。柔光灯发光分散，不好控制，前景人物光会对蓝箱上产生一定的影响。布光时，首先对前景布光 达到要求后，再对蓝箱进行适当补光就能满足计算机抠蓝的要求。前景与电子背景完美融合的关键在于前景与蓝箱的合理布光。

　　蓝箱布光要均匀。蓝箱的布光既要均匀，又不要太强，要根据虚拟场景的实际情况认真调整。

　　4.光型特点

　　面光：虚拟演播室的面光一般要低平使用，布光时要避免产生前景人物身上的初级投影。因为蓝箱反射光作用于阴影，通过计算机处理后，此阴影将会被色键器的蓝消除电路消除，从而影响输出的前景的图像质量。虚拟演播室不建议加主光源，因为如果使用不当，可能出现投影环境的逻辑错误，而出现实际光源与虚拟光源的不一致性。另外，主光源在蓝箱上产生的次级投影也会影响计算机的图像处理。

　　逆光：传统的布光原则是逆光强于主光，从而凸现主持人鲜明的轮廓，增强空间立体感。虚拟演播室必须注意逆光的合理使用。太强的逆光，会使蓝箱地面显得过亮过白而破坏蓝箱色调的一致性，影响计算机抠蓝效果;前景在蓝箱地面上的次级投影也会影响计算机的图像处理。而不用逆光或逆光太弱，则前景(主持人)像贴在电子背景上，很死板。因此，逆光的合理使用能很好地体现人与场景的关系，从而加强纵深感，增强三维立体效果。逆光的过强或过弱都会对画面产生极大的不利影响。