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XR将面临哪些技术挑战?——上篇

XR系统中主要包含了LED大屏系统、摄像机拍摄系统、同步系统、灯光系统、传感跟踪系统、渲染系统、信号处理与监看系统、电力系统几大部分。各个部分协调工作,必须成为一个有机的整体,才能完成实时虚拟现实节目的拍摄。接下来我们介绍一下影响XR扩展现实虚拟制作系统的关键技术,以及针对广播电视系统节目制作XR的巨大挑战。

1. 大屏幕的选择、匹配与场景布局设计

大屏幕作为虚拟场景的核心呈现设备,对最终节目的真实感有着较大的影响。大屏也是整个虚拟系统中占用资金最多的一个部分。合理选择大屏幕LED点间距可以有效控制成本,经过大量的系统实践测试,建议选择P2.0~P2.6点间距的大屏,这样的点间距不影响节目呈现,具有最好的性价比。同时要选择具有高刷新频率、帧率可调、高动态范围且亮度可调的优质LED,这样有助于后续跟摄像机的匹配。

拍摄区域的布局目前主要有X-Y-Z垂直正交方式、弧形方式(椭圆形方式、弓形方式、圆形方式)几种,选择哪种方式的布局主要跟拍摄的节目类型有关,早期电视拍摄习惯性选择X-Y-Z正交方式较多,电影选择弧形方式的较多。

目前随着对XR扩展现实虚拟制作的不断理解及适应不同节目、不同场景的需要,越来越多的高端电视XR制作开始选择弧形布局方式。竖屏的高度往往跟拍摄角度、距离有关,一般选择6m~8m。

电视制作往往会选择地屏,地屏可以选择与竖屏不同点间距的LED,但如果想实现更好的呈现效果,建议跟竖屏选择同样规格的LED。天屏可以有效地作为环境光的补充,一般不会进入拍摄区,是系统的选配,我们可以选择点间距较大一些的LED,可以参考5.9mm附近的点间距。当然我们也可以通过灯光系统代替天屏。为适应不同的拍摄环境,往往需要配置一定量的可移动LED屏,作为环境光线的补充,这类移动屏的点间距也可以选择在5.9mm附近。

2. 抑制摩尔纹的出现

摩尔纹是由于规律的纹理重叠引起的干扰,这一问题在LED大屏应用于演播室的第一天就一直存在。诱发出现摩尔纹的因素有很多,其中包括摄影机型号、LED光珠类型、LED光珠间距、低通滤镜、镜头的光学特点、光圈和焦距等。在我们的XR系统中,当摄像机传感器的成像单元与LED背景墙发光点重叠时就会出现较严重的摩尔纹。所以在构建XR系统时,一定要结合考虑节目选用的摄像机、镜头特点、结合选用的LED屏进行测试,形成拍摄手册,用于节目创作时的参考。目前,国际上也相应地出现了结合固定系统,提前可以对拍摄角度进行摩尔纹告警的配套系统。

3. 灯光系统

灯光系统在XR系统中也尤为重要,在XR系统中灯光不再是简单的照明工具。要想真实地模拟环境光,同时配合视频节目的拍摄,需要有一套完善的灯光控制、调色系统。灯光控制系统要能通过视频信号源模拟软件Madmapper,将灯光的metadate与LED背景大屏实时匹配,从而实现闪电、乌云、火焰、警灯、日出等效果。还要注意的是,我们自然界的光线光谱是连续的,要想在摄像机上真实呈现物体的本来颜色,我们需要选择光谱连续且尽可能地接近BT.2020色域的灯光,且灯光要具有连续可调的色温。

4. 摄像系统与大屏系统的调校

摄像机是系统的眼睛,摄像机成像器件、内部色彩矩阵、处理算法之间的匹配、调校水平决定了摄像机的图像质量和图像风格。XR系统的摄像机系统除具有基本的拍摄能力外,还需要具备镜头数据输出能力,通过输出的镜头数据虚拟引擎系统完成相应的数据匹配。目前,像ARRI等一线XR摄像机还针对Mo-Sys和UE4进行了深度开发,虚拟引擎能够直接远程控制摄像机的录制、回放、参数调整、画面风格、时间码、ND滤镜、媒体信息等,摄像机的元数据能够实时地输入到虚拟引擎中,从而简化整体流程。

为了让摄像机能够记录到准确的色彩,ARRI也正在开发一种有针对性的色彩校正方案,有了标准的校色标准后LED屏幕可以更加容易简单地与ARRI摄像机进行颜色灵敏度和色彩重现匹配。

此外,由于人员看到的大屏和摄像机拍摄的大屏呈现是不一致的。素材源通过大屏,人眼舒适地接收图像时,在摄像机拍摄出来再次显示则图像往往是过亮的。大屏的显示一般会比真实物体的亮度高1.2倍左右,在XR系统拍摄时,为更好地实现虚拟背景的真实感,我们要注意大屏到摄像机OOTF曲线的调校。

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