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[摘 要] 文章在引入虚拟演播室技术概念的基础上，系统论述了虚拟演播室系统在高校教学中的优势，文章重点探讨了虚拟演播室在高校教学中的应用研究。
[关键词] 虚拟演播室系统； 高等教育； 教学
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 22. 060
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）22- 0095- 02
1 虚拟演播室技术
虚拟演播室（Virtual Studio）技术，是将计算机制作的三维虚拟场景与现场真实摄像机拍摄的人物活动图像进行数字化实时合成，从而形成一种新颖的电视节目制作系统。[1]虚拟演播室主要由蓝背景技术、摄像机跟踪技术、色键合成及定位技术、虚拟场景制作等技术组成，[2]其工作过程就是利用计算机仿真和摄像机视频合成技术，把在演播室中的摄像机所拍摄实景物体图像和计算机虚拟仿真生成的，也就是并不是真实存在的图像、物体进行实时合成，形成完全真实感的三维视觉效果，这种三维仿真效果是动态的，它会随着摄像机镜头的运动而相应地改变，所拍摄的实景画面和虚拟的三维场景效果会始终保持同步的运动关系，即实物和虚拟物体之间在摄像机推、拉、摇、移等运动过程中相对位置和景深关系不会发生扭曲，最大程度地实现了虚拟真实化。
2 虚拟演播室系统在高校教学中的优势
2.1 节约资金
虚拟演播室节约了传统演播厅制作电视教学节目所需制作真实场景布局而带来的诸如材料费、装修费、设计费、施工费、场地费以及人工费等大量的经费开支项目。虚拟演播室只需要蓝屏背景，适合的灯光效果，再加上计算机虚拟仿真现实技术，便可以制作出与教学内容相匹配的各种切合题材的精美场景。由于场景的构建都是依托计算机虚拟仿真技术实现，因此，虚拟布景设施的维修保养费用可以大幅减少甚至全部省去，且多套场景间经过虚拟仿真软件稍加修改编辑后便可以交叉重复，应用于各类题材类似的节目中，大大提高了虚拟演播室应用效率和性价比。
2.2 节省时间空间
虚拟演播室可以在面积不是很大的蓝色背景上展示出大气磅礴、精美壮观的演播空间。利用该技术的“无限蓝箱”功能，可以使摄像机自由地放大演播室空间，并且能完全脱离蓝色背景的区域范围，只要虚拟场景制作的足够精细和全面，就能够在超出实际演播室空间的领域内实现上、下、左、右360° 全方位立体展示，实现任意景别的透视关系合成，大大节省了有限的演播室空间。此外，由于各种虚拟课程场景都是以文件形式存储在计算机中，因此，利用同一演播室进行课程录制是非常省时方便的，当一门课程录制完成后，仅需调出下一门课程的虚拟场景文件，再经过一定的参数设置后，仅仅几分钟就可以进行另一门课程的录制，省去了传统演播室物资调动、重新布景的时间，提高虚拟演播室利用效率。
2.3 节目创意丰富
在传统演播室中，各种设施都是以实体形式呈现的，创作人员由于受到演播室场地、灯光、资金等各方面的原因，在设计思路上往往从开始就受到限制，无法实现独特新颖的创意。在虚拟演播室里，由于所搭建的场景都是以三维虚拟仿真形式展现的，可以说几乎是不受其他条件限制，这就给电视创作人员带来了无限的创意空间，只要有思路、有想法、有技术，只要创意符合教学主题的立意，场景的空间、规划、布局、装饰、道具、材质、光线的搭配以及音视频表现、动画展示等都可以随意设置、任意组合，可以将不同地域的讲解人置身于同一画面内，也可以将本就虚构或人眼无法看到的物体展现出来，还可以从精密仪器内、细胞内核里等独特的视角去观察分析事物。可以说，虚拟演播室给创作人员带来了思维上的天马行空，能将个体的想象力、创造力、艺术展现力等发挥到极致，展现出丰富多样的虚拟演播室。
3 虚拟演播室系统在高校教学中的应用
3.1 精品课程
利用虚拟演播室制作精品课程具有形象直观、表现生动、全方位立体展示等而深受广大师生青睐，特别是在机械工程专业、生物化工医学专业以及艺术专业等表现得更为突出。在机械工程专业的课程中，精密仪器设备的内部构造讲解是难点也是重点，由于设备精密不宜拆解，内部构造更是难以表现，利用虚拟演播室，通过构建三维虚拟模型，教师可以把自身置于仪器设备的内部构造中进行讲解，通过这种独特的视觉表现力，使学生对设备的工作原理、运转流程、表现方式等教学难点一目了然。在生物医学专业教学中，利用三维虚拟现实技术，教师可以把微小的细胞等人眼难以看见的物体，放大几万倍甚至更大，直观地展现在学习者面前。在化学专业教学中，可以将具有毒、危险、放射性的场景进行模拟展现，使学习者能感受到一种真实现场的感受，极大地方便了实训教学的开展。在艺术专业教学中，特别是播音主持、影视传媒等方面，学习者可以根据表演环节的特点以及个人的特色，自主进行虚拟环境的构建，实现自主化教学。另外在试验教学课程中，利用虚拟技术进行试验操作步骤的模拟，动作逼真、细节翔实、表现力强，特别对于试验误操作后险情处置、危局现场的展现方面更具有形象力和说服力。
3.2 远程教学
虚拟演播室技术在远程教学中也有其独特的优势。首先，利用虚拟演播室能增强远程课堂效果的现场感。利用虚拟场景功能，虚拟演播室根据教学需要，能为远程课堂增加多个“课堂”景别，能实现不同课堂景别的多角度切换，教师根据画面的不同采用灵活多样的授课方式，这样有助于激发学生的兴趣，提高学生学习的集中力，增加教学的现场感。[3]其次，利用虚拟演播室能实现异地交互的真实感。虚拟演播室技术的虚拟出席系统可以将远方传来的实况视频无缝地接入本地演播室，也就是说可以将远在异地演播室中的专家、教师或学生的实况视音频与本地虚拟演播室中的人物结合在一个虚拟场景中。两组人可以在虚拟场景中实时地面对面地相互交谈、互动、讲解、演示，[4]这样的应用特别是在一些实验操作课中，优势更为明显，在普通模式的远程试验操作教学中，由于设备、场地、经费等条件受限，有些实验无法操作实现，利用虚拟演播室技术，能摆脱空间的限制，[5]学习者在本地就能感受到言传身教式专家指导和自我主导式操作体验，这样将远程学习转化为本地学习，而学习者感觉不到他们是远隔千里，增强了远程教学的现场参与程度，拉近和学习者之间的心理距离，提高了学习兴趣，并且能够根据需要实时地感触经验的交流和知识的学习。此外，利用虚拟演播室还有利于提高学习者的学习效率。在普通演播室录制的网络远程课程，教师场景比较单一，久而久之，学习者会产生视觉疲劳，不利于课程内容的接受。在虚拟演播室中，强大的场景构建功能将视频播放、三维动画、虚拟大屏幕特技、场景漫游、图片转换等多场景结合仿真演示，大大提高了远程课堂教学内容情境设置的真实感，有利于学习者更快地进入教学情境氛围，提高课堂教学效率。
[关键词] 虚拟演播室系统； 高等教育； 教学
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 22. 060
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）22- 0095- 02
1 虚拟演播室技术
虚拟演播室（Virtual Studio）技术，是将计算机制作的三维虚拟场景与现场真实摄像机拍摄的人物活动图像进行数字化实时合成，从而形成一种新颖的电视节目制作系统。[1]虚拟演播室主要由蓝背景技术、摄像机跟踪技术、色键合成及定位技术、虚拟场景制作等技术组成，[2]其工作过程就是利用计算机仿真和摄像机视频合成技术，把在演播室中的摄像机所拍摄实景物体图像和计算机虚拟仿真生成的，也就是并不是真实存在的图像、物体进行实时合成，形成完全真实感的三维视觉效果，这种三维仿真效果是动态的，它会随着摄像机镜头的运动而相应地改变，所拍摄的实景画面和虚拟的三维场景效果会始终保持同步的运动关系，即实物和虚拟物体之间在摄像机推、拉、摇、移等运动过程中相对位置和景深关系不会发生扭曲，最大程度地实现了虚拟真实化。
2 虚拟演播室系统在高校教学中的优势
2.1 节约资金
虚拟演播室节约了传统演播厅制作电视教学节目所需制作真实场景布局而带来的诸如材料费、装修费、设计费、施工费、场地费以及人工费等大量的经费开支项目。虚拟演播室只需要蓝屏背景，适合的灯光效果，再加上计算机虚拟仿真现实技术，便可以制作出与教学内容相匹配的各种切合题材的精美场景。由于场景的构建都是依托计算机虚拟仿真技术实现，因此，虚拟布景设施的维修保养费用可以大幅减少甚至全部省去，且多套场景间经过虚拟仿真软件稍加修改编辑后便可以交叉重复，应用于各类题材类似的节目中，大大提高了虚拟演播室应用效率和性价比。
2.2 节省时间空间
虚拟演播室可以在面积不是很大的蓝色背景上展示出大气磅礴、精美壮观的演播空间。利用该技术的“无限蓝箱”功能，可以使摄像机自由地放大演播室空间，并且能完全脱离蓝色背景的区域范围，只要虚拟场景制作的足够精细和全面，就能够在超出实际演播室空间的领域内实现上、下、左、右360° 全方位立体展示，实现任意景别的透视关系合成，大大节省了有限的演播室空间。此外，由于各种虚拟课程场景都是以文件形式存储在计算机中，因此，利用同一演播室进行课程录制是非常省时方便的，当一门课程录制完成后，仅需调出下一门课程的虚拟场景文件，再经过一定的参数设置后，仅仅几分钟就可以进行另一门课程的录制，省去了传统演播室物资调动、重新布景的时间，提高虚拟演播室利用效率。
2.3 节目创意丰富
在传统演播室中，各种设施都是以实体形式呈现的，创作人员由于受到演播室场地、灯光、资金等各方面的原因，在设计思路上往往从开始就受到限制，无法实现独特新颖的创意。在虚拟演播室里，由于所搭建的场景都是以三维虚拟仿真形式展现的，可以说几乎是不受其他条件限制，这就给电视创作人员带来了无限的创意空间，只要有思路、有想法、有技术，只要创意符合教学主题的立意，场景的空间、规划、布局、装饰、道具、材质、光线的搭配以及音视频表现、动画展示等都可以随意设置、任意组合，可以将不同地域的讲解人置身于同一画面内，也可以将本就虚构或人眼无法看到的物体展现出来，还可以从精密仪器内、细胞内核里等独特的视角去观察分析事物。可以说，虚拟演播室给创作人员带来了思维上的天马行空，能将个体的想象力、创造力、艺术展现力等发挥到极致，展现出丰富多样的虚拟演播室。
3 虚拟演播室系统在高校教学中的应用
3.1 精品课程
利用虚拟演播室制作精品课程具有形象直观、表现生动、全方位立体展示等而深受广大师生青睐，特别是在机械工程专业、生物化工医学专业以及艺术专业等表现得更为突出。在机械工程专业的课程中，精密仪器设备的内部构造讲解是难点也是重点，由于设备精密不宜拆解，内部构造更是难以表现，利用虚拟演播室，通过构建三维虚拟模型，教师可以把自身置于仪器设备的内部构造中进行讲解，通过这种独特的视觉表现力，使学生对设备的工作原理、运转流程、表现方式等教学难点一目了然。在生物医学专业教学中，利用三维虚拟现实技术，教师可以把微小的细胞等人眼难以看见的物体，放大几万倍甚至更大，直观地展现在学习者面前。在化学专业教学中，可以将具有毒、危险、放射性的场景进行模拟展现，使学习者能感受到一种真实现场的感受，极大地方便了实训教学的开展。在艺术专业教学中，特别是播音主持、影视传媒等方面，学习者可以根据表演环节的特点以及个人的特色，自主进行虚拟环境的构建，实现自主化教学。另外在试验教学课程中，利用虚拟技术进行试验操作步骤的模拟，动作逼真、细节翔实、表现力强，特别对于试验误操作后险情处置、危局现场的展现方面更具有形象力和说服力。
3.2 远程教学
虚拟演播室技术在远程教学中也有其独特的优势。首先，利用虚拟演播室能增强远程课堂效果的现场感。利用虚拟场景功能，虚拟演播室根据教学需要，能为远程课堂增加多个“课堂”景别，能实现不同课堂景别的多角度切换，教师根据画面的不同采用灵活多样的授课方式，这样有助于激发学生的兴趣，提高学生学习的集中力，增加教学的现场感。[3]其次，利用虚拟演播室能实现异地交互的真实感。虚拟演播室技术的虚拟出席系统可以将远方传来的实况视频无缝地接入本地演播室，也就是说可以将远在异地演播室中的专家、教师或学生的实况视音频与本地虚拟演播室中的人物结合在一个虚拟场景中。两组人可以在虚拟场景中实时地面对面地相互交谈、互动、讲解、演示，[4]这样的应用特别是在一些实验操作课中，优势更为明显，在普通模式的远程试验操作教学中，由于设备、场地、经费等条件受限，有些实验无法操作实现，利用虚拟演播室技术，能摆脱空间的限制，[5]学习者在本地就能感受到言传身教式专家指导和自我主导式操作体验，这样将远程学习转化为本地学习，而学习者感觉不到他们是远隔千里，增强了远程教学的现场参与程度，拉近和学习者之间的心理距离，提高了学习兴趣，并且能够根据需要实时地感触经验的交流和知识的学习。此外，利用虚拟演播室还有利于提高学习者的学习效率。在普通演播室录制的网络远程课程，教师场景比较单一，久而久之，学习者会产生视觉疲劳，不利于课程内容的接受。在虚拟演播室中，强大的场景构建功能将视频播放、三维动画、虚拟大屏幕特技、场景漫游、图片转换等多场景结合仿真演示，大大提高了远程课堂教学内容情境设置的真实感，有利于学习者更快地进入教学情境氛围，提高课堂教学效率。