Vladimir Mindrov
  На главную
 
Виртуальная студия и многое другое
 
Что такое виртуальная студия?

Виртуальная студия - это больше, чем хромакей фона и одна или две камеры. Это
настоящий трехмерный мир, в котором актер и камеры свободно перемещаются, создавая
эффект 'реальности' происходящего. Взаимодействие между актером и декорацией -вот
основное различие между истинной виртуальной студией и другими системами с
прокеиванием фона. Виртуальная стулия может быть использована для создания
реалистичной окружающей среды, смоделированной компьютером, для создания
развлекательных или образовательных программ. Система полезна для работы как в
реальном времени, так и в процессе пост-обработки.
Один из важных аспектов виртуальной студии -это способность одновременно
использовать много анимации, делающей сцену более живой. Под управлением
пользователя объекты могут двигаться, образцы текстур могут оживляться, освещение
может изменяться, передвижения актера могут быть наложены через проходящий
видеосигнал или с уже записанного материала. С готовым материалом (AVI-файлы или
"последовательности изображений") почти любая анимация может быть воспроизведена в
реальном времени. Графика и титры также могут быть анимированы, а виртуальные камеры
могут перемещаться так, как не смогла бы перемещаться реальная камера.
Виртуальная студия содержит мощные средства для комбинирования живых актеров с
двумерными и/или трехмерными смоделированными на компьютере элементами сцены.
Виртуальная студия использует метод blue/green screen, который уже много лет
используется в индустрии кино и телевидения, но также добавляет уникальные новые
возможности к уже существующим технологиям.
Краткий обзор системы виртуальной студии
Большинству пользователей известно, как обращаться с телевизионной камерой.
Изображение зависит от позиции камеры, наклона, настроек фокуса и масштаба
изображения. Оператор камеры управляет тем, что она видит. Оператор виртуальной
студии также может рассматривать ее 'выходные данные' как результат съемки
виртуальной камерой, виртуальный мир вместо физических декораций и актеров в студии.
Этот виртуальный мир создается путем использования мощных программных средств,
большинство из которых знакомо широкому кругу пользователей. Виртуальный мир может
быть очень реалистично смоделирован, например декорации новостных студий, интерьера
определенного здания, это может быть структура сложной молекулы или поверхность
Марса. Все зависит от Вашего воображения.


Описание компонентов виртуальной студии
Этот раздел описывает назначение и основные возможности компонентов виртуальной
студии. Дополнительную информацию можно найти в документации по индивидуальным
компонентам. Помните, что количество и конфигурация каждого компонента системы,
наряду со способом, которым они связаны, изменяются от системы к системе. Фактически,
не все элементы используются во всех конфигурациях.
Графическая станция для вывода информации
Большинство конфигураций виртуальных комплексов верхнего уровня базируются на
суперкомпьютерах платформы SGI Onyx2. Конфигурации, размещенные на платформе
Wintel PC, обладают хорошими возможностями отображения в комбинации с
дополнительными решениями для работы с 3D. Существуют системы, заявленные как
работающие на базе PC, но, по сути, это просто специализированные графические
компьютеры с пользовательским PC интерфейсом. Эти так называемые 'виртуальные студии
на PC-платформе' c собственным графическим 'железом' могут доставить массу проблем с
обслуживанием и дальнейшим апгрейдом.
Задержка видео
Генерация виртуальной сцены на экране графической станции требует некоторого отрезка
времени. Поэтому чтобы живые и виртуальные объекты вместе смотрелись органично,
необходимо задержать живое изображение с камеры. Иначе возникает расхождение между
двумя изображениями, разрушающее иллюзии восприятия актера, погруженного в
виртуальный мир.
Рабочая станция оператора (пользовательский интерфейс)
Рабочая станция оператора -это компьютер управления графической станцией вывода
изображения. Это недорогое рабочее место освобождает центральный процессор
графической станции, позволяя создавать сложные виртуальные сцены, не отвлекаясь на
задачи управления. Это рабочее место позволяет с легкостью управлять всеми аспектами
производства, сменой камер, запуском диск-рекордеров или управлением
маршрутизаторами.
Задержка звука
Как и в случае видеозадержки, задержка звука служит для синхронизации звука из
реального мира, например, голоса актера, и фоновой музыки для виртуального мира.
Прокеивание / композитинг
Здесь соединяются изображения с живых камер и виртуальные изображения из
графической станции вывода. После композитинга эти два мира сливаются в единое целое.



Трекинг камеры
Системы трекинга камеры отправляет информацию о местоположении и перспективной
ориентации физических декораций на графическую станцию вывода. Виртуальная среда
просчитывается в реальном времени с точки зрения камеры, чтобы синхронизировать
виртуальное изображение с физическими объектами.
В настоящее время существуют различные типы технологий трекинга камеры. Они описаны
в отдельном документе. Некоторые отслеживают поворот, панораму, масштаб изображения
и фокус (PTZF), другие отслеживают фокус и местоположение камеры по осям XYZ в
пределах реальной студии. Такие различия в видах трекинга оборачиваются гибкостью
подходов, например, одни техники -для переносных камер и другие -для камер,
зафиксированных на штативы.
Общая концепция виртуальных студий
Работа с виртуальной студией представляет собой согласование реальных студийных камер
(направленных на реквизит и актеров) с виртуальными камерами (смотрящих в
виртуальный мир). Основная концепция системы виртуальной студии -это тщательный
контроль за тем, что видит камера в студии, с последующей передачей данных в
графическую станцию вывода, которая выстраивает виртуальные камеры, ориентируясь на
параметры студийных камер. Т.е. графическая станция выстраивает картину, которую
камера видела бы, если бы была погружена в виртуальный мир вместо студии. Затем два
изображения, реальное и виртуальное, сливаются в одно с помощью прокеивания /
композитинга, создавая иллюзию того, что декорации и актеры в действительности
пребывают в виртуальном мире. Когда оператор реальной камеры придвигает изображение,
меняет угол наклона и т.д., графическая станция делает то же самое в виртуальном
пространстве.
Чтобы контролировать положение камеры в студии, ее перемещение, наклон, масштаб
изображения и фокус, камера снабжена трекером - системой датчиков, которые точно
фиксируют все параметры и мгновенно передают их графической станции.
Рабочая станция оператора -это высокопроизводительный компьютер, оборудованный
пакетом программ, управляющих виртуальной студией и называющихся интерфейсом
пользователя. Это 'главный блок управления' виртуальной студии. У него существует две
основные цели:
Во-первых, это 'сборка' виртуального мира с использованием любых известных пакетов
для 3D-моделирования. При 'сборке' пользователь решает, какие объекты будут
размещаться в пределах виртуальной студии, создает динамические пути, по которым будут
перемещаться объекты. Также можно создавать события, которые будут происходить в



студии: движение объектов и камер вдоль путей, анимация, взрывы, исчезновение и
появление некоторых объектов и т.д.
После того как виртуальный мир создан, интерфейс используется как элемент управления в
реальном времени (как при прямой трансляции, так и при записи на пленку). В режиме
производства интерфейс управляет графической станцией для реализации движения
объектов, анимации и других спецэффектов, задуманных по сценарию. Графисечкая
станция отслеживает информацию с трекера и управляет положением виртуальных камер,
которые связаны с реальными камерами в студии.



Подготовка студии для работы с виртуальным комплексом
В большинстве случаев виртуальная студия немногим отличается от обычной студии с
синими или зелеными ширмами. Но есть несколько важных моментов, которые необходимо
учесть при создании эффективной виртуальной студии.
Размер студии
На размер синей/зеленой сцены практически не накладывается ограничений. Они зависят
только от того, как далеко актер может 'гулять' по виртуальному пространству. Если
постановка требует, чтобы актеры перемещались по большому пространству, то сцена
должна быть вместительной, а если актеры практически стоят на месте, то небольшой. Если
вы хотите видеть естественные тени от актеров, то пол должен быть достаточно большим и
выкрашенным в синий/зеленый цвет для использования хромакея, иначе часть тени,
выпадающей за сцену, будет обрезана, и картинка получится неправдоподобной.
Большая синяя/зеленая стена позади актеров даст больше простора для перемещения
камеры. Еще один способ максимизировать виртуальное пространство -это установка
боковых стен, но угол между стенами должен быть больше 90 градусов. Это позволит
избежать проблем с освещением и отражением одной стены на другой.
Углы
Лучше избежать острых углов в физических декорациях и реквизите, т.к. они очень трудны
в освещении. Если острые углы все-таки будут, понадобится дополнительная подчистка на
этапе прокеивания/композитинга, и будет затруднена поддержка теней. Округленные же
участки помогут уменьшить разницу освещения.
Освещение
Это один из наиболее важных и трудных моментов в виртуальной студии. В некоторых
студиях подписывают контракт с профессиональным осветителем.
При обычных обстоятельствах синяя/зеленая ширма должна быть освещена очень
равномерно. В виртуальных студиях рекомендуется использовать люминесцентное
освещение. Наиболее часто используемые марки для такого света - Kino Flo и Videssence.
Если люминесцентное освещение недоступно, то обычные студийные софиты с покрытием
из вощеной бумаги могут частично его заменить. Рекомендуемая интенсивность света
порядка 120 свечей. Однородность освещения лучше проверить люксметром. Чем более
однородно освещение, тем меньше придется возиться на этапе прокеивания/композитинга.
Кроме этого, значительная подчистка на этом этапе затрудняет сохранение реалистичных
теней.
Свет должен падать под достаточно большим углом, чтобы тени падали на пол, а не на
заднюю стену. В большинстве случаев такую ситуацию легко избежать, если только
физическая стена не совпадает с виртуальной. Это позволяет создать иллюзию, что



виртуальная студия намного масштабней, чем материальная. Тени на полу производят
эффект, что материальные объекты связаны с виртуальным ландшафтом.
Освещение пола -тоже очень важный момент. Если нет подсветки снизу, то единственный
свет на эти части объектов переднего плана будет попадать от отражения света от
зеленых/синих стен. Это уменьшит качество, т.к. зеленые/синие отражения при
прокеивании будут исключены.



Классификация человеческих ресурсов виртуальной студии
Самая важная часть любого производства -это успешная организация совместной работы
команды сотрудников. Ниже перечислены основные члены коллектива виртуальной студии.
На некоторых студиях один человек может выполнять несколько функций.
Исполнительный продюсер
Исполнительный продюсер следит за всеми аспектами производства, которые включают
творческие решения и планирование ресурсов. Это мостик между творческой и
технической командами. Исполнительный продюсер - возможно самая важная фигура в
каждой успешной команде.
Арт-директор
Это творческий руководитель группы. Он обычно придумывает начальную творческую
концепцию. Когда концепция ясна, творческая команда начинает ее развивать. Арт-
директор несет ответственность за эстетику производства. От начала и до конца он
гарантирует непрерывность и последовательность во всех художественных работах.
Постановщик
Постановщик -важный участник в визуализации конечного продукта. Каждая сцена,
эпизод, должна быть тщательно им просчитана. Все взаимодействия актеров должны быть
ясны всем членам команды. Постановка -это каркас, на котором держится все
производство. Труд постановщика неоценим.
2D художник
После утверждения концепции производства начинаются художественные работы. В
обязанности 2D художника входят этапы от сканирования изображения до обработки
текстурных карт. Работу художника контролирует арт-директор.
3D моделер
3D моделер, учитывая концепцию проекта и детали постановки, разрабатывает
трехмерные цифровые модели с помощью разнообразных инструментов моделирования.
Некоторые объекты статичны и просты по форме, а некоторые обладают сложной
структурой и нуждаются в 'оживлении', так что 3D моделеру не помешает талант
архитектора или скульптора. Кроме этого, специфика создания 3D объектов для
виртуальных студий, работающих в реальном времени, требует навыков моделирования
качественных низкополигональных объектов.
Оператор виртуальной студии
Оператор виртуальной студии реализует сценарий, события, спецэффекты и все, что
придумали остальные члены команды на стадии подготовки. Зачастую оператор
подключается к творческому процессу в качестве технической связи. Оператор принимает
участие и на стадии подготовки и, разумеется, на стадии производства.



Как выбрать и оценить виртуальный комплекс?
Реалистичность и успех виртуального комплекса зависят от многих сложных параметров.
Даже незначительные компоненты должны быть учтены и рассмотрены.
Производительность
Виртуальные сцены, формирующие облик комплекса, должны просчитываться в реальном
времени, в то время как традиционная 3D анимация этого не подразумевает. Виртуальные
сцены должны просчитываться 50-60 раз в секунду (Гц) в зависимости от видеоформата.
Для того, чтобы виртуальная студия соответствовала движению камеры, требование
высокой графической производительности является одним из важнейших. При этом
необходимо принять во внимание следующие компоненты:
Количество полигонов
Сложность виртуального комплекса напрямую зависит от количества полигонов в сцене.
Например, одним из элементов сцены является трехмерный глобус, но возможность
рендеринга полигонов в реальном времени (или количество полигонов) низкая. Для того,
чтобы вращать глобус в реальном времени и при этом оставить запас полигонов для других
элементов сцены, моделировщик должен как-то уменьшить количество полигонов в этой
модели. Таким образом, образуется необходимость компромисса с остальной виртуальной
сценой. И напротив, если графическая станция успевает просчитывать в реальном времени
большое количество полигонов, то глобус может иметь вид идеальной сферы и еще
останется возможность для качественного моделирования остальной сцены.
Коэффициент заполнения пикселами
В традиционном вещании для достижения эффекта перспективы часто используется
несколько слоев физических объектов. В виртуальных комплексах также используется этот
прием. Количество слоев в виртуальной сцене (и, как следствие, производительность
реального времени) напрямую зависит от коэффициента заполнения пикселами на
графической рабочей станции. Коэффициент заполнения показывает, сколько раз каждый
пиксел отображается на экране, а это в свою очередь зависит от числа перекрывающихся
слоев в виртуальной сцене. Если их много (например, имеется виртуальный стол напротив
виртуальной стены, а она напротив виртуального фона и т.п.), то и коэффициент
заполнения возрастает, т.е. появляется настоятельная необходимость в высоком
коэффициенте.
Текстурная память
Размер текстурной памяти управляет количеством текстур, которые могут храниться в
аппаратном кэше. В приложениях реального времени, как виртуальная студия, все
текстурные карты должны сохраняться в текстурном кэше. Чем выше объем текстурной
памяти, тем больше текстур можно сохранить и тем интереснее/реалистичнее будет
виртуальный комплекс.


Видеотекстуры
Видеотекстуры в виртуальной студии используются, например, для видеостен, мониторов и
спецэффектов. Они не являются жесткой необходимостью, но в хорошей виртуальной
студии они должны присутствовать в качестве опции или легко добавляться. Разрешение
видеотекстур также является важным компонентом. В некоторых случаях может
потребоваться съемка видеотекстур крупным планом, и если разрешение недостаточное, то
диапазон наезда (zoom) придется ограничить. Также в случае обработки проходящего
сигнала от нескольких источников может быть использовать видео сплиттер
(мультиплексор), но если разрешение видеотекстур недостаточное, разрешение у
результирующего видео может быть еще ниже.
Производительность программного обеспечения в реальном времени
Если производительность аппаратной графики важна при работе в реальном времени, то
производительность программной графики в реальном времени еще важнее. Графическая
рабочая станция, с котрой производится вывод, может достигнуть вершин своего
потенциала только в случае оптимальной настройки программного обеспечения реального
времени. Существуют виртуальные студии, использующие ту же аппаратную графическую
платформу, но производительность реального времени у них существенно отличается. Если
какая-либо сложная модель в одной виртуальной студии работает гладко и быстро, то это
вовсе не означает, что в другой виртуальной студии она будет работать так же.
Существуют графические аппаратные платформы, которые просчитывают со скоростью 2530
Гц вместо 50-60, но результат тем не менее воспроизводится в реальном времени. Это
достигается за счет фрейм-буфера -вместо того, чтобы каждый раз заново пересчитывать
каждый кадр, он просто использует нечетные кадры и сдвигает их в нужном направлении,
чтобы получит четные кадры. Это хорошее решение для движения камеры типа pan или tilt,
хотя и не работающее для зуммирования, фокуса или анимации, движущейся в
направлении, противоположном движению камеры.
Архитектура
Открытая архитектура
Ни одна фирма пока не в состоянии предоставить полностью законченное решение даже
для реальной студии, поэтому и виртуальные студии - не исключение. Идеальная
виртуальная студия должна быть полностью открытой для интеграции с существующим
оборудованием и программным обеспечением, аппаратурой и устройствами, в том числе:
-трекерами;
-камерными кранами и тележками;
-популярными 3D программными пакетами;
-распространенными форматами изображений;
-типами камер и объективов;
-устройствами студийного света;



-решениями для прокеивания и композитинга;
-видеомагнитофонами, диск-рекордерами, видеосерверами, CD/DVD плеерами;
-свитчерами и маршрутизаторами;
-внешними источниками различной информации (новостной, финансовой, спортивной
и т.п.);
-возможностью подключения плагинов, решений и спецэффектов от третьих
разработчиков.
Пользовательский интерфейс
Пользовательский интерфейс виртуальной студии должен быть графическим, интуитивно
понятным и простым в использовании. Прграммное обеспечение также должно иметь
решения на все случаи и стадии: предпроизводства, производства и постпроизводства.
Оператор должен уметь быстро создавать и модифицировать виртуальные сцены,
спецэффекты и анимации до или во время процесса производства.
Трекинг камеры / калибровка объектива
Процесс калибровки объектива должен быть простым и быстрым. Камера должна
перемещаться без ограничений и иметь возможность панорамирования, наклона,
зуммирования и фокуса с любой скоростью.
Интеграция
Этот критерий имеет непосредственное отношение к теме открытости архитектуры. Дизайн
системы должен не только принимать философию открытой архитектуры, но и иметь
возможность интеграции с существующим студийным обрудованием.
Возможности виртуальной студии
У хорошей виртуальной студии, конечно, внушительный список возможностей, среди
которых, например:
-аудио / 3D звуковые эффекты;
-'billboarding' -возможность для объектов смотреть прямо в камеру независимо от ее
движения;
-настройка нескольких виртуальных источников света;
-воспроизведение видео с небольшой задержкой или вообще без задержки;
-возможность для живых и виртуальных объектов перекрывать / заслонять друг друга;
-показ видеоклипов;
-виртуальный свитчер;
-централизованное управление несколькими камерами (program launcher);
-виртуальные тени;
-глубина поля;
-плавный переход от виртуальной к реальной камере;
-избыточность для поддержки backup-копий;



-определение сбоев в системе;
-недорогой канал предпросмотра;
-возможности пост-производства.
Стоимость и надежность
Бывает, что на рынке рекламируются системы с низкой стоимостью и соотношением
цена/производительность, но они могут не оправдать свою рекламу. Дешевизна может
иметь место в случае решения для одной камеры и базового набора возможностей, но для
крупной многокамерной студии это не реально. Другой важный аспект - это количество
времени, затрачиваемого для того, чтобы донести идеи до воплощения, и для того, чтобы
внести изменения. А в случае телевещания время - это деньги.
Задавайте вопросы
. Это действительно открытая система, возможна ли локальная поддержка аппаратной
части?
. Является ли аппаратное и программное обеспечение типовым/стандартным?
. Возможно ли быстро вносить изменения в виртуальном комплексе?
. Может ли студия поддерживать графику одновременно, в среде того же
пользовательского интерфейса?
. Возможно ли в виртуальной студии использовать те же приемы и техники, что и в
'реальном' производстве?
. Имеется ли возможность свободного перемещения камеры без ущерба качеству?
 
 
Этот сайт не для продажи. © http://dragonmaster.sitecity.ru/. Все права защищены.