در توسینسو تدریس کنید

و

با دانش خود درآمد کسب کنید

سیستمهای استودیو مجازی

استودیوي مجازی

بررسی اجمالی

سیستمهای استودیو مجازی به عنوان نمونه¬های تجربی که بصورت سنتی توسعه یافتند، کار خود را آغاز نمودند. اکنون محصولات تجاری مبتنی بر ابر رایانه¬های گرافیکی به طور معمول برای پخش تولید مورد استفاده قرار می گیرند. ما این تحول و در نظر گرفتن الحاقات، و سایر روشها و مسائل دیگری که معرفی سیستمهای استودیو مجازی یا آن مواجه میگردند را مورد بحث قرار می¬دهیم.

تاریخچه

استودیو مجازی از چندین تکنیکهای تولید ویدیویی استفاده می¬کند. در ابتدا به مرور آنها خواهیم پرداخت و سپس توضیحات فنی دقیقتری را ارائه می¬نماییم.

chromakeying

Chromakeying، یک جزء اصلی از تولید فیلم، نقطه شروع خوبی را برای درک توسعه تاریخی از استودیوهای مجازی، فراهم می-نماید. در Chromakeying سنتی، موضوع شات در برابر یک پس¬زمینه ثابت به عنوان یک پرده آبی یا صفحه نمایش میباشد. این "صفحه آبی" شات نموده و پس از آن از طریق chromakeyer، عبور میکند، که آن با یک شات دوم شامل پشت زمینه جدید، ترکیب شده است. بنابراین، عمل chromakeyer ساده میباشد: پیش زمینه را با پس زمینه در مکانهایی که در آنها پیش زمینه دارای یک رنگ خاص شناخته شده به عنوان رنگ اصلی میباشد، جایگزین می¬نماید (در اینجه زمانیکه صحبت از رنگ اصلی میشود، فضای رنگی بیشتر از یک تک رنگ مورد نظر میباشد.) اپراتور chromakeyer رنگ اصلی را انتخاب میکند و یا chromakeyer به خودی خود ممکن است انتخاب رنگ را انجام دهد.

متاسفانه، مقایسه ساده پیکسلهای پیش زمینه با رنگ اصلی، لبه های غیر طبیعی سختی را در اطراف اشیاء پیش زمینه ایجاد می-نماید (مانند مو با یک ظاهر مجسمه). همچنین، سایه¬های اشیاء پیش زمینه بر روی صفحه نمایش ایجاد خواهند شد. سیستم های Chromakeyingمدرن بنابراین از تکنیکهایی برای حفظ جزئیات پیش زمینه و از بین بردن آثاری مانند حاشیه آبی در اطراف اشیاء پیش زمینه، استفاده می¬کنند.

با وجود به پختگی سیستمهای Chromakeying ، عملیات آنها دارای محدودیت های اساسی میباشد: دوربین پیش زمینه (و دوربین پس زمینه، اگر پس زمینه یک شات دوربین باشد) نمیتواند حرکت کند، آن ممکن است در طول شات "قفل شده" باشد. وضعیت Chromakeying معمولی را در نظر بگیرید. Announcer ، آب و هوا و نقشه اگر دوربین به جلو و عقب حرکت م کند و یا زوم نماید، Announcer به نظر می رسد که رشد میکند و یا کوچک میشود. بعبارت دیگر، روابط فضایی موجود بین دو لایه (مانند یک شی پیش زمینه که در سمت چپ یک شئ پس زمینه ظاهر می شود) به طور مداوم نگهداری نمی شود. ثابت نگه داشتن موقعیت دوربین به حفظ انسجام پیش زمینه و لایه پس زمینه کمک میکند، اما بسیار محدود است. در نتیجه، تکنیکهای بسیاری به منظور گسترش سودمندی Chromakeying توسعه یافته¬اند.

Synthevision

در اواخر دهه 1980، محققان شرکت گسترده NHK در ژاپن، یک فرمی از chromakeying را تحت عنوان Synthevision توسعه دادند. سنسورها متصل به دوربین پیش زمینه، tilt، زوم و تمرکز داده متصل شدند. حرکات دوربین بر لایه پس زمینه در زمان واقعی، شبیه¬سازی شده است، که شامل تغییر چشم انداز پس زمینه برای مطابقت با پیش¬زمینه میباشد. پیش زمینه و پس زمینه تغییر یافته سپس با استفاده از chromakeyer متداول با یکدیگر ترکیب میشوند (به شکل 3 مراجعه نمایید). پس زمینه از HDTV (تلویزیون با تعریف بالا، یا چشم انداز بالا) قاب تشکیل شده است، و اندازه تصویر بزگتری را جهت شبیه سازی سوژه متحرک از روبرو، کج کردن، و زوم فراهم می¬نماید.

Synthevision، اولین بار در المپیک سئول در سال 1988 پدیدار گشت، و NHK از آن بطور روزانه استفاده نمود . اگر چه عکسهای پس زمینه هنوز معمولا فریم میباشند، طراحان به پیش¬بینی استودیوی مجازی واقعی پرداختند و عنوان کردند که " Y با استفاده از تصاویر CG در پس زمینه، مجموعه¬های استودیویی نمیتوانند احتمالا وجود داشته باشند و به راحتی برای تولید برنامه استفاده شوند". NHK همچنان به آزمایشات دوربینی خود همچنان ادامه داد. برای مثال، آنها از چندین لایه ویدئویی جهت ارائه اختلاف منظر حرکت واقعی استفاده کردند و مجموعه¬های تولیدی کامپیوتر را در زمان واقعی در چندین محصولات، گنجانیدند.

این تکنیک جدید، گاهی اوقات تحت عنوان واقعیت مجازی سوم شخص نامیده شده است، مشاهده "سیگنالهای مخلوط" مربوط به دیدن مردم و اشیاء فیزیکی دیگر را در ترکیب با یک محیط مجازی، برای شما ممکن می¬سازد. برای رسیدن به این سیستم استودیو مجازی، قطعات سخت افزار و نرم افزاری مورد نیاز میباشند، در حالی که تصاویر را با فیلم زنده و مجموعه مجازی، ترکیب مینمایند.

شکل1، DK3 را نشان می¬دهد، سیستمهای استودیوی مجازی در GMD توسعه یافته¬اند (مرکز تحقیقات فناوری اطلاعات ملی آلمان ). مجموعه¬ای از دوربین ها مجهز به سیستم های ردیابی ارائه اطلاعات در مورد حرکت دوربین شده¬اند. این دوربین سیگنال های ویدئویی پیش زمینه (FG) را تولید میکند، در حالی که یک سیستم تولید تصویر مانند ابر رایانه گرافیکی به تولید سیگنالهای پس زمینه مربوطه (BG) و سیگنالهای ماسک میپردازد (شکل 2). پیش زمینه و پس زمینه پس از آن با هم توسط ، اغلب توسط chromakeying ترکیب میشوند، و خروجی ترکیب (پیش زمینه + پس زمینه) در دسترس اجزایی مانند میکسر، دستگاههای جلوه های ویژه، مانیتور و ضبط قرار میگیرد. علاوه بر این، هر سیگنال ترکیب شده، شده یک منظره یاب دوربین مربوطه برای کمک به اپراتور جهت قرار دادن شات میباشد.

همانطور که شکل 1 نشان میدهد، سیستمهای استودیوی مجازی به طور طبیعی به سه سیستم فرعی مهم تقسیم میشوند: ردیابی، پردازش و ترکیب. برای عملکرد واقعی زمان، هر یک از موارد از سخت افزار خاص که قادر به عملیات ویدئوی میباشد، استفاده میکند (50-60 هرتز).

شکل 1. سیستم استودیو مجازی بر اساس SGI و بورد ویدئویی Sirius.

شکل 2. سیگنالهای ویدئویی مورد استفاده در یک سیستم استودیو مجازی: (a) پس زمینه، (b) پیش زمینه، (c) پس زمینه به همراه پیش زمینه، (d) ماسک پیش زمینه ، (e) ماسک زمینه (f) ماسک پیش زمینه به همراه ماسک پس زمینه.

شکل 3. NHK Synthevision

ganging دوربین

یک جایگزین جهت جفت نمودن دوربین واقعی و مجازی " ganging " دو دوربین واقعی در رابطه mastersalve میباشد (به شکل 4 مراجعه نمایید). به طور معمول، پیش زمینه دوربین به عنوان استاد عمل میکند، و دوربین پس زمینه تکرار هر حرکت آن را ایجاد مینماید. این روش با تولید اثرات خاص و مفید مشترک است.

چنانچه بيش از يك لايه از ويدئو موثر تشكيل شده باشد (در مقابل كامپيوتر-توليد شده)، فرمهاي ممكن ganging شامل موارد زير مي¬شوند:

1- ضبط حركتهاي يك دوربين و استفاده از داده¬ها جهت تحريك دوربين دوم

2- اتصال فيزيكي دو دوربين، بطوريكه دوربين پيرو حركت دوربين اصلي را همانند حركت اپراتور، تكثير نمايد و

3- کنترل دوربین توسط یک منبع خارجی (مانند یک کامپیوتر) که آنها به طور همزمان و یا در زمانهای مختلف از طریق دنباله¬ای از حرکت، هدايت مي¬نمايد.

شکل 4. ganging دوربین

مجموعه¬های مجازی Prerendered

اگر حرکت دوربین و تنظیمات شناخته شده باشند، prerender مجموعه¬ای مجازی و اجراي مواد بطور طبيعي و مواد دوربین از طریق chromakeyer امكانپذير ميباشد. بی بی سی از این فن¬آوری در اخبار راديويي و تلوزيوني استفاده كرده است، ارائه مجموعه¬ مجازی از ضبط دیسک سخت استفغاده نموده و سپس آن را با یک دوربین زنده تركيب نموده (نشان دادن گوینده) و از اين روش قبل از پخش استفاده مينمايد. این روش دارای دو نوع ميباشد:

1- ضبط پیش زمینه و یا رديابي دوربین یا محاسبه حرکت دوربین از طریق توسط تجزیه و تحلیل قاب (نه لزوما در زمان واقعی). سپس استفاده از داده¬هاي حرکتي براي موقعیت دوربين واقعي و رندر مجموعه¬ای مجازی، و سپس تركيب پیش زمینه و پس زمینه prerendered ، در اين خصوص مطرح مي¬گردد.

2- مشخص نمودن حرکت دوربین، به عنوان مثال با استفاده از نرم افزار انيميشن و prerender پس زمينه و ذخیره آن بر روی دیسک یا نوار، در اين مورد مطرح ميگردد. ايجاد پیش زمینه با استفاده از سیستم کنترل فرمان که دوربین پیش زمینه را از طریق توالی حرکت از پیش تعیین شده، تحريك مينمايد نيز در اين خصوص مطرح ميگردد. پخش پس زمینه در كاراكتر همگام همراه با پیش زمینه، تركيب موثر و زنده را ممكن ميسازد (به شکل 5 مراجعه نماييد).

سیستمهای اولیه استودیوی مجازی

مجموعه مجازی زمان واقعی به احتمال زیاد اولین بار در ژاپن در سال 1991 مورد استفاده قرار گرفته است. NHK از يك نمونه سیستم استودیو مجازی جهت تولید " Nanospace "، یک علم مستند، استفاده نموده است. جلوه در سال 1992 پخش شد و در حقیقت، از زمان خود جلوتر بود. (برای اطلاعات بیشتر در مورد این اثر، به " سامانه کامپوزیت تصویر در دوربین های مجازی" صفحه 36 مراجعه نماييد). پروژه پیشگام اصلی NHK شامل عناصر یک سیستم استودیو مجازی ميباشد: رندرينگ پس¬زمينه زمان واقعی (با استفاده از SGI VTX) همراه با ردیابی پیش زمينه زمان واقعی (با استفاده از سیستم سنسور توسعه يافته درون ساختمان يك شركت). متاسفانه، تلاشهاي NHK توسط عملکرد سخت افزار گرافیکی، پس از آن در دسترس بودن، از كار ماندند. سیستمهای استودیوی مجازی تجاري تا معرفي SGI 1993 از RealityEn به موفقيت دست نيافتند.

دو مورد از اولين سیستمهای استودیوی مجازی در اروپا توسعه يافته شدند: پايگاه نرم افزاری توسط شرکت IMP با تخصص در گرافیک زمان واقعی براي تليد مجموعه ویدئویی و مجموعه الکترونیکي (ELSET) توسعه یافته توسط پروژه مونا لیزا ، كه يك پروژه اروپايي به رهبری شركت VAP هامبورگ میباشد. در سال 1995، پايگاه نرم افزاری مورد نیاز به دست آورده شد و در حال حاضر بعنوان vapour در دسترس مي¬باشد. ELSETاز Accom در دسترس ميباشد.

جدول شماره 1، اقتباس شده از هیوز، به تخليص توسعه استودیوی مجازی (عذر خواهی ما را برای هر خطا یا حذفیات پذيرا باشيد) ميپردازد. ما اولين نمايش عمومي از سیستم استودیوی مجازی ، DK3 را اضافه نموده¬ايم.

جدول ،1 به وضوح نشان میدهد که سیستم های استودیو مجازی توسعه يافته¬اند. گوينده¬هاي راديو يا تلويزيون، علاقه بسياري را از خود در اين رابطه نشان داده¬اند، و بسیاری از آنها در حال برنامه ریزی یا در حال حاضر درگیر تولیدات آزمايشي مي¬باشند. آنها همچنین شروع به تحقق بخشیدن به استودیوهای مجازی بعنوان تنها بخشی از یک روند بسیار بزرگتر، نمودند. مسائل مربوط به صنعت صدا و سیما، طیف وسیعی از حرکت از آنالوگ به دیجیتال فن آوری، آینده HDTV ميباشند، و در سیستمهای انتقال دیجیتال به تعامل و اینترنت، از اهميت بسيار بالايي برخوردارند. فرآيندهاي استودیو به احتمال زیاد تحت بازسازی بیش از ده سال آینده قرار خواهد گرفت، و سازگاري تکنیکهاي استودیوی مجازی به منزله تنها یک عنصر تحول در این صنعت ميباشد.

تکنولوژی ویدئویی دیجیتالي

سیستمهای استودیوی مجازی به طور کلی از استاندارد CCIR ویدیويي دیجیتالي استفاده ميكنند، که يك نمايش دیجیتالي غیر فشرده را برای ویدئو YUV آنالوگ، مشخص مينمايد. آن از یک پایگاه فرکانس نمونه حدود 3.375 مگاهرتز و نمونه¬هاي اجزاء آنالوگ در تقسیم عددی بر مضرب های مختلف از این فرکانس استفاده مي¬نمايد. به عنوان مثال، "2: 2: 4" نشان میدهد که Y (جزء درخشندگی) در چهار فرکانس پایه نمونه¬برداري شده، در حالی که با اشعه UV (دو اجزاء مربوط به مشخصه¬هاي رنگي) در دو بار فرکانس پایه نمونه¬برداري شده است. حجم نمونه هر جزء 10 بیت است (تجهیزات قديميتر از 8 بیت استفاده ميكنند)، نرخ بازده داده ها 270 مگابیت در ثانیه برای "2: 2: 4" ميباشد. اندازه قاب 576 720 برای PAL (خط فاز متناوب، استاندارد تلویزیونی اروپايي) و 720 486 براي NTSC (کمیته سیستمهای ملی تلویزیون) ميباشد؛ متاسفانه، نسبت پیکسل 1:1 نمیباشد.

گسترش به CCIR 601 يك استاندارد اتصال را مشخص ميكند (که اغلب به نام رابط سریالي دیجیتال ، یا SDI ناميده ميشوند) که از کابل کواکسیال براي سیگنال های ویدئویی دیجیتالی نرمال استفاده مي¬كند. رابط پشتیبانی – صنعت، اتصال از تغییرات گسترده مربوط به تجهیزات ویدئويي از جمله ضبط صوت ویدئویی دیجیتال (D1، D5، و دیجیتال بتاکم )، ضبط دیسک ، میکسر، مسیریابی سوئیچ ها، قاب SYN chronizers و مبدل را ممكن ميسازد. نرم افزارهای تبدیل کننده MPEG-2در سیستم های پخش دیجیتال، اغلب رابطهاي دیجیتال سريالي، يافت ميشوند.

فرمت های 04:02:02 و 4:00:00 براي برخي سيگنالها جهت محیطهاي ویدیویی از اهميت بسيار بالايي برخوردارند. ضبط صوتهاي ويديويي D1 و D5 و سیستمهای دیسکي جدید، ذخیره سازی مبتنی بر ساخت کامپوزیت های پیچیده را بدون از دست دادن نسل موجود در سیستم آنالوگ، ممكن ميسازند. این قالب نیز به خوبی براي سیستم های استودیو مجازی كار ميكند، از آنجا که نسل پس زمینه به طور معمول يك فرایند دیجیتال ميباشد. به عبارت دیگر، پيش زمينه، پس زمینه، و سیگنالهای ماسک مورد استفاده در سیستم استودیو مجازی همه میتوانند در قالب همان ویدئویی دیجیتال باشند. هيچگونه تبدیلي بین آنالوگ و دیجیتال موردنياز نميباشد. البته، پس از تولید و هر گونه ویرایش یا پروسس ، ممکن است سیگنال به آنالوگ برای توزیع، تبديل گردد.

طراحی اتاق آبی و روشنایی

از آنجایی که سیستمهای استودیوی مجازی، جنبش دوربین را ممكن ميسازند، طراحی رسانه بازيابي آبی از دوربين "قفل شده" مهمتر می شود. برای یک گوینده آب و هوا و نقشه، یکی می تواند احتمالا آغاز با صفحه نمایش نسبتا کوچک آبي (شاید 2 * 1.5 متر) پشت سر گوینده صورت ميپذيرد. هنگامی که دوربین برای حرکت آزاد است، صفحه نمایش آبی بزرگتر شده و نتایج بهتری میدهد. علاوه بر این، شاتهاي بلند به آبی نه تنها در پشت بلکه بر روی زمین نيز نياز دارند. به همین دلیل شوتينگ با یک سیستم استودیو مجازی اغلب در یک اتاق آبی (یا "جعبه آبی") متشکل از یک آبی دیوارها و کف آبی اتفاق می افتد.

روشنایی، احتمالا مهمترین موضوع مورد توجه در طراحی اتاق آبی ميباشد. ترکیب خوب بستگی به یکنواختي نور پس زمینه دارد. افزودن یک نورپردازی پیچیده ( زيرا کف و دیوارها در جهتهای مختلف از منابع نوري قرار دارند) در اين ميان مطرح ميگردد، آنها بعنوان سایه¬های آبی كمي متفاوت پديدار ميگردند. این مسئله به ویژه در امتداد لبه¬ها رخ ميدهد و ممکن است از طریق باندهاي سایه در تركيب، نشان داده شود. بخشهای منحنی بین دیوارها و طبقه و بین دیوارهاي این لبه ها، و با استفاده از مواد مشابه برای کف و دیوارها باعث روشنایی راحت تر ميگردد. اگر چه با اضافه کردن بخشهاي منحنی، منطقه قابل استفاده در اتاق آبی، مجموعه ای مجازی می تواند بسیار بزرگتر از مجموعه ای فیزیکی باشد.

مجموعه¬ فیزیکی نیاز به مشخصه¬هاي رنگي آبی ندارد و ساير دستگاههای ترکیب با سطح قرمز یا سبز، سطح روشنایی، و یا حتی رنگ دلخواه كار ميكنند. با این حال، رنگ آبی داراي مزایایي ميباشد. مکمل آبی برخي از فرآيندهاي تركيب را حفظ مينمايد و همچنین، اثر خفیفی از رنگ آبی در اطراف اشیاء مشاهده ميگردد و اثر آن کمتر از اثر خفیف رنگ سبز ميباشد. بازیگران احتمالا از کار کردن در یک اتاق آبی لذت بيشتري در مقايسه با اتاق سبز یا قرمز ميبرند.

علاوه بر نیاز به یکنواخت بودن نورپردازی کلی، عوامل دیگر را نور اتاق آبی تحت تاثیر قرار ميدهد. اول، مقدار زیادی از نور آبی بر روی اشیاء منعکس ميگردد. این "آبي" می تواند در خلال فرایند ترکیب، حذف شود كه در نتيجه آن، اصلاحاتي بايد صورت پذيرد. دوم، شدت و ميزان نورپردازی بر روی اشیاء پیش زمینه بايد از تعادل برخوردار باشند، كه در نهايت كار بصورت طبيعي جلوه نمايد و غير طبيعي نباشد. سوم، برخی از فرآیندهاي ترکیبي ، مانند Ultimatte ، میتوانند اشیاء را در اتاق آبی حفظ نمايند. این امر بسیار مفید است. این نیاز به توجه ویژه به نور، و اطمینان از سازگاری با سایه توسط اجسام مجازی دارد (آنها باید حداقل در همان مسیر، تغيير نمايند). در نهایت، طراحان مجموعه میتوانند اشیاء آبی رنگ را در اتاق آبی قرار دهند و سپس آنها با اشیاء مجازی بپوشانند، بدين طريق حمايت اشیاء مجازی و یا مسدود واقعی اشیاء ممكن ميگردد. اضافه کردن اشیاء مجدد آبی روشنایی را پيچيده ميسازد: نمای کلی سایه¬های ناخواسته ممكن است در اطراف شیء آبی رنگ ظاهر شوند و فقط زماني ناپدید شوند که این فرایند جهت حذف سایه ها به طور کامل، تنظيم گشته است.

ردیابی دوربین

بدیهی است، برای ارائه پس¬زمینه¬های مجازی، ما نیاز به دانستن موقعیت دوربین واقعی و جهت¬گیری داريم. ما همچنین باید تنظیم زوم آن را به دست آوريم و اگر عمق شبیه سازی میدان بر روی پس زمینه مجازی باشد، تمرکز و تنظیمات دیافراگم را به خوبي انجام دهيم. (به طور کلی، دیافراگم به ندرت تغییر ميكند و اگر دنبال نشود، می تواند به صورت دستی وارد سیستم استودیوی مجازی گردد.) سیستمهای ردیابی مورد استفاده در استودیوهای مجازی به دو دسته اصلی تقسيم ميشوند: الکترومکانیکی و نوری. هیچ سیستم ردیابی دوربین ایده آل هنوز وجود ندارد، و هر دو روش دارای کمبودهايي ميباشند.

ردیابی الکترومکانیکی. ابتدا توسعه يافته و هنوز هم معمولا مورد استفاده قرار ميگيرد، سیستم های الكترومكانيكي میتواند فعال و یا منفعل باشند. در سیستمهاي فعال، مکانیسمهای کنترل- servo تحريك دوربین را ممكن ميسازند، برای مثال، کنترل از راه دور. در سیستم های غیر فعال، حسگرها به تشخیص عمل اپراتور ميپردازند. (سنسورها اغلب نرم افزارهای نوری هستند كه نشانه¬گذاری کوچک در حلقه¬های سایر قطعات متحرک را تشخيص ميدهند، با وجود این ما به این سیستم به عنوان يك سيستم الکترومکانیکی اشاره ميكنيم.)

برای ردیابی هر دو سیستم فعال و غیر فعال، باید زوم لنز و تمرکز موقعیت های حلقه به همراه درجه¬هاي مختلف آزادی دوربين را تعيين نماييم. مانت ممکن است، با درجه¬هاي آزادی خود، شامل موارد زير گردد:

1- سه پایه ثابت: pan و tilt

2- پایه ثابت: pan ، tilt و ارتفاع

3- پایه متحرک يا دالی: pan ، tilt، ارتفاع، و جابه جایی در یک بعد) یا دو بعد

4- بازوي متحرك ثابت: pan ، tilt، و بالابر بازوي متحرك و نوسان (شکل 6)

5- بازوي متحرك در حال حرکت: علاوه بر جابه جایی بالا در یک یا دو بعد

ردیابی الکترومکانیکی با دقت بسيار بالا، به ارائه اندازه گیریهای زاویه ای براي هزاران درجه و جابجایی صدها ميليمتر ميپردازد. علاوه بر این استفاده متداول از دوربین های دستی، با این حال، آن داراي اشکالاتی نيز ميباشد:

1- درجه بندی، ثبت دقيق نیاز به اندازه گیری دقیق ویژگی های این لنز دارد.

2- هم ترازی، مقدم بر شوتينگ، سیستم ردیابی باید با استفاده از روشهای مصرف بالقوه زمان به منظور تعیین موقعیت اولیه دوربين و جهت گیری در تراز وسط قرار گيرد.

3- واکنش و ارتعاش، مانت دوربین کاملا سفت و سخت نیست و ممکن است زمانيكه تحت بار سنگين قرار ميگيرد، كمي خم گردد. این امر براي بازوي متحرك بلند، بسیار شدید ميگردد.

سیستمهای ردیابی الکترومغناطیسی مورد استفاده در بسیاری از برنامه های واقعیت مجازی، برای کار استودیوی مجازی مناسب نميباشند. گذشته از تداخل، با توجه به نزدیکی تجهیزات روشنایی و تصویری، مسائلي مربوط به دقت و ثبات بوجود می¬آیند. با استفاده از دوربین فیلمبرداری با بزرگنمایی كامل، ميدان افقي ديد ممکن است به كوچكي پنج درجه باشد. هر پیکسل در یک فریم ویدیويي، یک زاویه کمتر از 0.01 درج را پوشش می دهد ه، و حتی يك سیستم ردیابی میتواند پس زمینه را توسط پیکسلها تغيير دهد. پس زمینه متلاطم، آزار دهنده است، اما زمانی که با یک پیش زمینه ثابت تركيب ميگردد، نتیجه غیر قابل قبول ميگردد. اگر یک لایه از تغییرات کامپوزیت به طور غیر منتظره تغيير كند، تصویر شکسته شده و بیننده منحرف ميگردد.

شکل 5. مجموعه مجازی Prerendered.دنباله قاب بر روی دیسک ضبط دیجیتال (DDR) ذخیره می شود و دنباله متناظر با پارامترهای حرکت دوربین در واحد دوربین دیسک ذخیره می شود. این دو دنباله در همگام سازی سیگنال مرجع نقش دارند.

شکل 6.مانت دوربین: بازوي متحرك استودیو.

ردیابی نوری، جایگزینی برای ردیابی الکترو مکانیکی ميباشد كه از شناختن الگو استفاده ميكند. با نقاط قابل رویت مرجع و یا خطوط شبکه¬ای در اتاق آبی، تكنيكهاي فن¬آوری پردازش تصویر میتوانند جهت استخراج موقعیت دوربین، و میدان دید مورد استفاده قرار گيرند. اگرچه رسیدن به زمان واقعی با دقت و صحت مورد نیاز برای کار استودیو مجازی بسیار دشوار است ، این مورد نیاز به کالیبراسیون سیستم لنز را از بين ميبرد و ميتواند براي هرگونه مانت دوربين مورد استفاده قرار گيرد.

ردیابی نوری داراي برخی از مشکلات بالقوه ميباشد، هر چند:

1- سیستم ردیابی ممکن است بهم بخورد،اگر نشانگر از تمرکز خارج شده باشد و یا اگر تعداد کافی در ديد، وجود نداشته باشد.

2- مختصات دنیای واقعی نشانگر باید به دقت شناخته شده باشد.

3- خواسته¬های پردازش ممکن است سيستم ردیابی را در پشت دوربين توسط چندين قاب ايجاد نمايد و يا ممكن است عملكرد را در زير نرخ ميدان ويديويي نگه دارد.

4- نشانگرها در یک اتاق آبی ممکن است، دشواريهايي را ايجاد نمايند. نشانگرها بايد از رسانه ذخيره¬سازي موقت، متمايز گشته و نباید در کامپوزیت قابل مشاهده باشند.

سیستمهای ردیابی موجود در بازار. شبكه حافظه Ultimatteنشان داده شده در شکل 7، اولين سری تجاری از سیستم ردیابی دوربین برای کار استودیو مجازی بوده است كه از دقت كافي برخوردار بوده است. این سیستم الکترومکانیکی فعال به اندازه¬گيري tilt، زوم و تمرکز در هر فریم ميپردازد (پشتيباني از نرخ فریم 24، 25، و 30 هرتز). پیگیری داده میتواند بر روی یک فلاپی دیسک در یک واحد کنترل ثبت گردد،و به طور مستقیم به یک کامپیوتر بیش از یک خط سریال، و یا به یک دوربین ارسال گردد. علاوه بر این، اين نوع ميتواند به داد¬ های ردیابی ناشي از از یک دوربین یا یک کامپیوتر پاسخ دهد و در نتیجه میتواند براي ganging همراه با مجموعه prerendered مجازی (مانند پیکربندی كه در شکل 5 نشان داده شده است) مورد استفاده قرار گیرد.

انستیتو ملی L'Audiovisuel (INA) در فرانسه يك سیستم استودیو مجازی به نام چشم انداز هیبرید توليد نموده است. آن از سیستم ردیابی منفعل الکترومکانیکی بر اساس Sachtler با سنسورهايي با وضوح بالا و حسگرهای مشابه زوم و فوکوس حلقه استفاده نموده است. رمزگذار / رمزگشای صوتی مفید ردیابی اطلاعات را به سیگنالهای صوتی تبديل مينمايد و ضبط حرکت دوربین بر روی نوار ویدیویی را به همراه سیگنال تصویر دوربین ممكن ميسازد.

شکل 7.شبكه حافظه Ultimatte (سمت چپ) و یک سیستم thoma يهمراه dolly و rack (سمت راست).

سیستم thoma، یک سیستم الکترومکانیکی منفعل، شامل يك تا هشت سنسور حرکت ميباشد. علاوه بر pan، tilt، زوم و تمرکز، سیستم می تواند برای پیکربندی با پایه، دالی، و مانتهاي پايه مورد استفاده قرار گيرد (به شکل 7 مراجعه نماييد). این داده را چهار برابر نرخ فریم های ویدئویی ايجاد مينمايد، و به ارسال هر مجموعه اندازه گیری در یک بسته 25 بایتی بیش از یک خط سریال با سرعت بالا به کامپیوتر میزبان ميپردازد.

شبكه رمزگذار واقعیت مجازی، یک سیستم فعال الکترومکانیکی ميباشد که داده¬های pan و tilt را فراهم مينمايد. يك رمزگذار لنز، زوم و فوکوس را فراهم میكند. دقت زوم بسیار بالا بوده و وضوح فوکوس بیش از 10،000 نمونه ميباشد.

TSM، همچنين يك سیستم الکترومکانیکی فعال با دقت بالا و صحت 36 قوس ثانیه ميباشد (در حدود 0.01 درجه). رمزگذار لنز میتواند برای بزرگنمایی و کنترل تمرکز اضافه شود .

میلو يك boom و سیستم پیگیری توسعه یافته توسط کنترل حرکت رابرت ميباشد. آن بسیار سفت و سخت بوده و حرکت سریع در طول چند محور را ممكن ميسازد. این سیستم فعال الکترومکانیکی به رديابي pan ، tilt، زوم و تمرکز؛ نوسان؛ و پیگیری جابجایی ميپردازد.

سیستم ردیابی نوری Orad در حال حاضر تنها محصول در نوع خود در بازار ميباشد. آن یک الگوی شبکه مانند را در اتاق آبی قرار داده و به عبور سیگنالهای دوربین از طریق پردازنده¬هاي ویدیويي دیجیتال ميپردازد. نرم افزار شناخت الگوی Orad پس از آن میتوانید جهت برآورد موقعیت دوربین، روش orienta و زوم مورد استفاده قرار گيرد. پردازنده¬های ویدئویی از چند پردازنده¬هاي ویدیو¬های چند رسانه¬ای تگزاس اینسترومنتز تک تراشه استفاده ميكنند.

Rendering

يك جزء Rendering سیستم استودیو مجازی باید لایه پس زمینه و سيگنال ماسک را همگام با حرکت دوربین توليد نمايد. اگر تولید در نرخ فریمهای ویدئویی صورت پذيرد، پس زمینه تشنجی در حرکت سریع دوربین به نظر میرسد، از این رو رندر باید با نرخ ویدیويي زمینه مطابقت داشته باشد. برای ویدئوهای CCIR 601 رندر باید سپس یک تصویر 576 * 720 را توليد نمايد. دو رویکرد اولیه براي رندر پس زمینه وجود دارد: اولي از یک تصویر پس زمینه D2 استفاده ميكند، و دومي نیاز به یک مدل D3 دارد.

رندر پس زمینه D2. فرض کنید که ما داراي يك تصویر، پس زمینه، منبع با یک مرکز شناخته شده از طرح ميباشيم. با قرار دادن دوربین مجازی در این مرحله شبیه سازی Pan، tilt، و زوم با استفاده از تبديل چشم انداز به منطقه ای از تصویر پس زمينه منبع ممكن ميگردد (به شکل 8 مراجعه نماييد). ما میتوانیم به تغییر چشم انداز با استفاده از پردازنده افکت های ویدئویی دیجیتالي (DVE) یا سیستمهای گرافیکی D2 دست يابيم.

1- پردازنده DVE تحولات مختلفي از D2 و D3 در زمان واقعی انجام ميدهد، بهمراه آنكه رابطهاي کنترل خارجی میتوانند پارامترهای تحول لازم را از دوربین سیستم ردیابی جمغ¬آوري نمايند.

2-

3- سیستم گرافیکی D3 استفاده از تصویر منبع پس زمینه را به عنوان یک بافت بر روی صفحه و موقعیت دوربین مجازی در مرکز طرح را ممكن ميسازد. دوربینهای مجازی سپس به سیستم ردیابی دوربین، متصل ميگردند.

تصویر منبع پس¬زمینه ممکن است از قبل يك نمايي از مجموعه مجازی، عکس، دنباله ویدئویی (منبع پس زمینه لازم نیست كه استاتیک باشد، اما مرکز طرح نمیتواند تغییر كند)، و یا ترکیبی از این موارد باشد. بنابراین ما میتوانیم داراي تصاوير پیچیده واقعی و مصنوعی در پس زمینه باشيم به عنوان مثال، یک دوربین تركيب شده با يك مدل سفینه فضایی.

شکل 8. رندرينگ زمین D2: شبیه سازی pan و زوم

شکل 9. ترکیب با يك سیگنال اصلی

شکل 10. ترکیب: (الف) چرخ رنگ ، (ب) چرخ رنگ به همراه زمینه سیاه

(chromakey)، (ج) چرخ رنگ به همراه زمینه سیاه (Ultimatte) د) شات صفحه نمایش آبی، شات صفحه نمایش آبی به علاوه پس زمینه خاکستری (chromakey)، (ج) شات صفحه نمایش آبی به همراه زمینه خاکستری (Ultimatte).

این روش دارای چندين محدودیت ميباشد. اول، آن نياز به برخی از برنامه ریزیها دارد، از آنجاييكه موقعیت و پيكربندي دوربين برای تولید منبع پس زمینه مورد استفاده قرار ميگيرد و باید با پیش زمینه دوربین در استودیو، مطابقت نمايد. دوم اينكه، ميدان ديد و وضوح منبع ممکن است pan دوربین پیش زمینه، tilt، و زوم را محدود کند. این مشکل هنگام استفاده از DVE به دلیل آنكه منبع پس زمینه به وضوح ویدئويي محدود شده است، مطرح ميگردد. با استفاده از یک سیستم گرافیکی برای پروسس پس زمینه ، ما میتوانیم وضوح بالايي را كه pan کامل و tilt حرکت و محدوده زوم بسیار بیشتر را ايجاد مينمايد، ارائه نماييم. سوم اينكه، این روش شامل حرکت دوربین پیش زمینه بوده و دوربين باید در مرکز طرح اولیه باقی بماند. همانطور كه بعدا خواهيم ديد، یک pan و یا tilt نیز باعث جابجايي دوربین ميگردد، مگر اینکه اصلاح گردد.

رندرينگ پس زمینه D3: این رویکرد به مدلسازي مجموعه¬ای مجازی D3 ميپردازد و آن را همراه با دوربین مجازی داراي همان وضعیت، جهت گیری، و ميدان ديد به عنوان دوربین پیش زمینه، ارائه مينمايد. هیچ محدودیتي بر حرکت دوربین وجود ندارد. محدودیتها داراي اثراتي بر پیچیدگی مدل ميباشند. با تنها 20 میلی ثانیه در دسترس برای ارائه، مدلهاي مجموعه مجازی باید به دقت طراحی و تنظیم گردند. مدلها به طور معمول داراي تعداد چند ضلعی نسبتا کم هستند و استفاده از بافت را مشكل ميسازند. طراح مجموعه مجازی نیز باید تکنیکهای بهینه سازی عملکرد را مانند سازمان فضایی برای حذف کارآمد و سطوح مختلف از جزئیات، در نظر بگيرد. یکی دیگر از روشهاي معمول، تصویب مدل از طریق محاسبه radiosity (که تمایل به منفجر شدن تعداد چند ضلعی دارد) و سپس استفاده از راه حل با استفاده از مدل اصلی ميباشد.

واضح است، پشتیبانی سخت افزاری برای نقشه برداری بافت، ضروری است، سخت افزار نیز باید از خوش نما سازی مراقبت نمايد. هم¬اكنون، سیستمهاي استودیوی مجازی، از SGI E2 و یا iteReality وRealityEn استفاده ميكنند.

ترکیب

مرحله نهایی یک سیستم استودیو مجازی، به تركيب سیگنالهای پیش زمینه زنده و سیگنالهاي پس زمینه ميپردازد. عبارت ویدیو برای این موضوع بسيار مهم است، چرا که یک سیگنال متوسط به عنوان "key-hole" عمل میکند و تعیین کننده آن است كه كجا يك لایه ویدئويي از طریق مورد دیگر نشان داده ميشود (به شکل 9 مراجعه نماييد). صفحه نمایش آبی سیگنال اصلی را از سیگنالهای پیش زمینه مشتق مينمايد. نمونه¬هایی از فرآیندهای self-keying شامل keying درخشندگی ميباشد، که در آن key بستگی به مقادير درخشندگی سیگنال و akeying chrom دارد.

سیگنال کلید باینری باعث میشود كه لبه¬ها بصورت دندانه دار بوده و از اثرات شفافیت پشتیبانی نمی¬کند . برای اصلاح این موضوع، سیگنالهای کلیدی در سراسر دامنه متفاوت ميباشند و تغيير ميكنند و کنترل اختلاط دو لایه را، بسیار شبیه به ترکیب آلفا بر عهده دارند. این keying خطی یا افزودنی به ارائه لبه های طبیعی تر پرداخته و جزئیات خوب را حفظ مينمايد، اما تمایل به ترک حاشیه آبی در اطراف اجسام دارد. این نیز جهت جبران "نشت آبی" با شكست مواجه ميگردد و به نتایج ضعیفي منتهي ميگردد.

Ultimatte، يك فرایند ترکیبي پیچید¬تر ميباشد و نزدیک به استاندارد بالفعل در سیستم استودیوی مجازی ميباشد، آن يك chromakeyer نیست .با این حال، مانند chromakeyer، آن کامپوزیتهايي را از عکسهای روی صفحه نمایش آبی، ايجاد مينمايد. keyer Ultimatte در سه مرحله اصلی عمل مينمايد. اول، آن سطح آبی رنگ را جهت ترك پیش زمینه سیاه که در آن backing حضور دارد و کاهش رنگ آبی در جای دیگر مشاهده ميگردد را factor out مينمايد. بعد، آن یک سیگنال مهم مبتني بر اساس مقدار رنگ حذف شده، ايجاد مينمايد. در نهایت، آن به تركيب پیش زمینه و پس زمینه فرآوری شده با استفاده از يك سیگنال اصلي، ميپردازد. Ultimatte جزئیات لبه پیش زمینه را حفظ نموده و میتواند لبه¬هاي خارج از فوکوس و اجسام نیمه شفاف را تركيب نمايد.

شکل 10 هر دوي chromakeying و Ultimatte را نشان ميدهد. برای برجسته کردن اختلافات، ما به تنظيم akey تنظیم پرداختيم، به طوری که key نزدیک به دودویی ميباشد (توجه کنید که چگونه منطقه چرخ رنگ در شکل 1 0b تغيير و سخت لبه-هاي سختي در اطراف اشیاء پیش زمینه در شکل 1e0 وجود دارد).

تکنیکها

یک استودیوی مجازی موفق نه تنها به تکنولوژی قدرتمند بستگي دارد، بلكه به دانستن اینکه چگونه به بهترین وجه از آن استفاده ميشود نيز وابسته است. در اینجا به شناسايي برخی از تکنیک های رایج ميپردازيم.

کالیبراسیون دوربین

با شاتهاي اتاق آبی، آن جهت فكر كردن به "نقاط anchor"،مناطقي در پیش زمینه که باید در تماس فیزیکی با پس زمینه قرار گيرند، مفيد ميباشد. پاهاي مردم ایستاده در اتاق آبی به صورت نقاط، به صورت حائل فیزیکی عمي ميكند. عدم وجود چنین نقاطي منجر به داوری پیش زمینه و موقعیت جسم سخت و پنهان نمودن خطاهای جزئی در ثبت بین پیش زمينه و پس زمينه ميگردد.

شکل 11. یک سیستم لنز (سمت چپ) (سمت راست) توسط یک جفت از نقاط کانونی (F1 ، F2)، صفحات اصلی (H1 ، H2)، و نقاط گره¬اي (H1 ، H2) مدلسازي شده است. ابتدا نقطه گره¬اي پرتوها را بگونه¬اي ايجاد ميكنند، بطوريكه منشاء نقطه گره¬اي دوم ميباشد.

از دست دادن تداوم چنین sliding به طور کلی غیر قابل قبول است، و ثبت دقیق برای سیستم های استودیوی مجازی ضروري ميباشد. key به نوبه خود دقیق است. بسته به نوع مراحل ردیابی مورد استفاده، روشهاي كاليبراسيون الکترومکانیکی یا نوری مختلفي ميتوانند مورد استفاده قرار گيرند.

کالیبراسیون برای ردیابی دوربینهای الکترومکانیکی، يك شبكه pan/tilt الکترومکانیکی را همراه با سنسور بر روی تمرکز و حلقه زوم در نظر بگيريد. فرض كنيد كه دوربین بر روی یک سه پایه ثابت قرار داده شده است. سیستم ردیابی مجموعه¬ای از اندازه گیریهاي <mp, mt, mz, mf> را برای هر یک از زمینه¬های ویدئویی ايجاد مينمايد (به ترتیب با اشاره به pan، tilt، زوم و اندازه گیری تمرکز). در حال حاضر ما باید پارامترهای دوربین مجازی مورد استفاده جهت ارائه مجموعه ای مجازی را استنباط نماييم. در نگاه اول، از آنجاييكه موقعیت واقعی دوربین ثابت است، ما تنها نیاز به چرخاندن دوربین مجازی توسط pan و زاویه tilt و تنظیم ميدان ديد داريم كه توسط اندازه گیری زوم نشان داده شده است. با این حال، این فرض که دوربین واقعی مانند دوربین pinhole نصب شده در تقاطع تابه و محور tilt ،عمل ميكند، بعید است. به طور کلی، برای دوربین هایي با لنزهاي متحرك، مرکز طرح بدنبال حركت لنز های مختلف ، تغيير ميياب.

مدل اپتیک " لنز نازک از شش پارامتر استفاده ميكند: یک جفت از نقاط کانونی (F1 ، F2)، صفحات اصلی (H1 ، H2) و نقاط گره¬اي از نقاط (N1 ، N2). نقاط گره¬اي از اهميت بالايي برخوردارند، زيرا اگر اشعه از طریق اولین نقطه گره¬اي ترسیم گردد، سیستم لنز منجر به جابجايي اشعه ميگردد، به طوری که آن از نقطه دوم ظاهر ميگردد (به شكل 11 مراجعه نماييد).

علاوه بر این نقطه گره¬اي، ما نیاز به دو بخشهاي دیگری از اطلاعات برای ثبت داريم: میدان دید (که داراي تنظیمات زوم و فوکوس متفاوت ميباشد) و اولین ضریب اعوجاج شعاعی (لنزهای زوم به معرفی اعوجاج شعاعی ميپردازند، که رندرينگ سیستم باید صحيح باشد).

به طور خلاصه، ما باید توابع زیر را براي لنز دوربین تعيين نماييم، هنگامی که از سیستم ردیابی الکترومکانیکی استفاده مينماييم:

1- N1(mz, m f) : موقعیت نقطه گره اول (در امتداد محور نوری)

2- fov(mz, m f): ميدان افقي ديد

3- k1(mz, m f): اولین مرتبه ضریب اعوجاج شعاعی

این توابع از یک مونتاژ لنز تا دیگری متفاوت خواهند بود، اما میتوانند بصورت آفلاین و نیمه اتوماتیک تعيين گردند (به عنوان مثال، با استفاده از اهداف خاص، همانطور که در شکل 12 نشان داده شده است). شکل 13 برخی پلاتهاي نوعي را نشان ميدهد، توجه داشته باشید که نقطه گره¬اي حدود یک متر تغيير مي¬يابد و اعوجاج شعاعی به معرفي خطاهای تا 30 پیکسل ميپردازد (و یا در حدود چهار درصد از عرض قاب).

هنگامی که دوربین نصب شده است، دو كميت باید بطور دقیق اندازه¬گيري شوند: Oh ، ارتفاع محور نوری بالاتر از محور tilt، و Lc,، فاصله محور pan تا نقطه¬اي که از آن N1 اندازه گیری شده است (شکل 14). دانستن این مقادیر و موقعیت مانت دوربین محاسبه مختصات نقطه گره¬اي را برای هر <mp, mt, mz, mf> ارائه شده توسط سیستم ردیابی، ممكن مي¬سازد.

کالیبراسیون برای ردیابی دوربین¬های نوری. سیستمهای ردیابی نوری با نقاط جهان واقعی مربوط به نقاط تصویر مطابقت مينمايند. به طور خاص، ارائه مجموعه¬اي از نقاط براي مختصات دنیای واقعی (x, y, z) شناخته شده ميباشد، سیستم ردیابی، به شناسایی نقطه متناظر در مختصات تصویر ميپردازد (u, v) . بهمراه تطابقات کافی، مشتق موقعیت دوربین و جهت گیری ممكن ميگردد. مدل محبوب مورد استفاده برای این منظور، مدل دوربین Tsai، ميباشد كه داراي 11 پارامتر است، پنج پارامترهای داخلی عبارتند از:

1- f : فاصله کانونی موثر

2- k1 : مرتبه اول ضریب اعوجاج شعاعی

3- Cu, Cv: مختصات مركزي اعوجاج شعاعي

4- Su : عامل مقیاس

شکل 12. اهداف کالیبراسیون لنز: نقطه گره¬اي و ميدان ديد

شکل 13. تغییر نقطه گره¬اي، ميدان ديد و اعوجاج شعاعی رسم شده در برابر تنظیمات زوم و تمرکز

و شش پارامتر خارجی عبارتند از:

1- p, t, r : pan دوربین ، tilt، و رول با توجه به مختصات جهاني

2- x, y, z : موقعیت دوربین در مختصات جهاني

این مدل شامل چند ثابت ( به عنوان مثال تعداد کل پیکسل ها در جهت U و V) است که میتواند از تنظیمات کارخانه سازنده یا اندازه گیری به طور مستقیم، تعيين گردد. الگوریتم کالیبراسیون Tsai مجموعه¬ای از نقاط همسان را شامل ميگردد و به حل پارامترهای مدل ميپردازد. به طور کلی، یک راه حل بهینه، نیاز به حداقل 11 نقطه دارد، هر چند در صورتی که نقاط دنیای واقعی همسطح باشند، 5 مورد ميتواند كافي باشد. به عنوان مثال، یک سیستم ردیابی نوری تجربی از هشت نقطه بصورت دو گروه همسطح مرتب استفاده میکند (شکل 15).

شکل 14. محور نوري و افستهاي نقطه گره¬اي

شکل 15. رديابي نوري ::

پیش زمینه (اتاق آبی در بالا، کامپوزیت در پایین است. هشت نقاط مرجع استفاده می شود، چهارتا در سکو و چهار تا در حلق آویز قاب آبی

سنکرون

شکل 16 (صفحه بعد) نمودار زمان را برای سیستم استودیوی مجازی نشان ميدهد. توجه داشته باشید که تمام اجزاء "genlocked" براي سیگنال سنکرون اصلي ميباشند (ارائه شده توسط ژنراتور پالس سنکرون ویدیو). genlocking به چند دلیل مفید است. اول، تجهیزات اختلاط ویدئو مانند chromakeyer یا Ultimatte مستلزم آن است که سیگنال ای پیش زمینه و پس زمینه همگام با ویدئو باشند. دوم، سنكرون اصلي یک پایگاه مشترک برای همه اجزای ساده جهت تشخیص و تصحیح مشکلات زماني فراهم نمايد.

در شکل 16، زمینه¬های ویدئویی، بصورت توالی شماره¬گذاري شده¬اند، بنابراين fg0 اولین پیش زمينه را نشان ميدهد. فرض کنید که سیستم ردیابی به تولید داده ها در نرخ زمینه بپردازد، این اندازه گیری ها دنباله ای از mi را نشان دادند. همچنين فرض كنيد كه رندر بصورت double-buffered ميباشد. آن برخی اوقات برای یک اندازه¬گيري جهت انتقال به رندر و نمايش پس زمینه مورد استفاده قرار ميگيرد، از این رو bg0 در فریم اول بافر تا دوره زمینه 1 قرار ندارد.

بعد خروجی رندر (واقع در جلو بافر) تبدیل به سیگنال اسکن CCIR 601؛ ميگردد، فرض کنیم این مورد دو دوره زمینه طول بكشد. نتیجه نهايي این است که bg0 ، با fg0 كامپوزيت نميگردد، اما با fg3 تركيب ميگردد و یا به عبارت دیگر، پس زمینه در سه فیلد براي پال داراي تاخير ميباشد، یک تاخیر حدود 60 میلی ثانیه است.

تاخیر در سیستم استودیو مجازی – خود را به دنبال از دست دادن ثبت در طول حرکت دوربین، آشكار مي¬سازد. به عنوان مثال، اگر اپراتور دوربین را pan نمايد و به یک توقف سریع برسد، بیننده يك پيش زمينه ثابتي را ميبيند، در حالی که پس به چند مينه در حال ادامه دادن pan ميباشد. این تاخیر می تواند با شتاب گرفتن دوربین يا كاهش شتاب آن پنهان بماند، اما این اپراتور دوربین را محدود مي¬سازد. به طور کلی، سیستم های استودیوی مجازی باید جبران تأخیر زمینه را نمايند. برخی تکنیکهاي ممکن عبارتند از :

1- پیشبرد داده¬های ردیابی. بكاربردن فیلتر کردن پیش بینی به اندازه گیری های ردیابی و پيش¬بيني داده ها در زمان.

2- تأخیر سر دوربین. برخی از سیستم های الکترو مکانیکی فعال ردیابی میتوانند براي تاخير قبل از اقدام به درخواستهاي حرکتي، برنامه¬ريزي گردند(هر چند این حرکت از سیستم رندر بدون تاخیر عبور مي¬يابد).

3- تأخیر در پيش زمينه. خط تاخیری ویدیو میتواند بین دوربین و سیستم ترکیب معرفي گردد (شکل 17 را ببینید).

شکل 16. نمودار زماني استودی مجازی

شکل 17. سیستم استودیوی مجازی با پیکربندی تاخیر پیش زمينه

شکل 18. سیستم استودیوی مجازی با پیکربندی ماسك پیش زمينه

تاخیر جبراني صحيح، صرفنظر از اینکه چقدر طولانی ميباشد، قابل توجه است براي کساني که تنها کامپوزیت نهایی را مشاهده ميكنند، قابل توجه نمي¬باشد. ممکن است، با این حال، هنوز هم براي مردم در استودیو حائز اهميت باشد. به عنوان مثال، خط تاخیر ویدئویی، ساده ترین پیاده سازی، نیاز به تطابق تاخیر صوتی برای حفظ سنكرون لبه دارد. تاخیر بیش از چند فریم می تواند بسیار منحرف-كننده باشد. به طور مشابه، اپراتور دوربین، در حال مشاهده سیگنال مرکب تاخیر در منظره یاب، متوجه خواهد شد که بلافاصله به حرکات دوربین پاسخ نمي¬دهد.

پیشبرد ردیابی داده¬ها و یا به تاخیر انداختن Head دوربین نیز مشکلاتي را ايجاد مي¬نمايد، به ویژه زمانی که تاخیر بسیار طولانی ميگردد (چهار فریم یا بیشتر). پیشبرد داده¬های ردیابی مستعد خطا ميباشند. ممکن است در هنگام حرکت ناگهانی دوربین، قابل مشاهده باشد، در حالی که با اضافه کردن یک تاخیر به Head دوربین میتواند به مشکل رسيدگي نمايد.

اثرات زمان واقعی

قدرت اصلی سیستمهای استودیوی مجازی بگونه¬اي است که آنها "زنده" ميباشند: ارائه و ترکیب در زمان واقعی به جای آفلاین یا در طول postproduction انجام میشود . استودیوهای مجازی میتواند بسیاری از انيميشن¬ها و جلوه های ویژه را بهمراه سيستمهاي آنلاین اجرا نمايند، به عنوان مثال، اثاثیه صحنه نمايش میتواند حرکت كند و اندازه آنها تغيير يابد و یا مورف از یک فرم به فرم دیگری تبديل شود. چنین انیمیشنهايي بصورت دستی کنترل شده ميگردد. از آنجا که این اثرات باید در زمان واقعی انجام شوند، طراح باید از تاثیر عملکرد خود آگاه باشد، در نتیجه اثرات استودیوی مجازی بسیار وابسته به دستگاه" مي¬باشند. در اینجا ما در مورد جلوه های ویژه به بحث مي¬پردازيم که تکیه بر ویژگیهای سخت افزار ي دارد، به ویژه که معمول Ultimatte سیستم 7 (و یا سیستم 8) ، SGI RealityEn، و بورد ويدئويي SGI مورد استفاده قرار مي¬گيرد.

ماسکهاي پیش¬زمینه: Ultimatte، مانند بسیاری از chromakeyers، یک کلید خارجی را می پذیرد با کلید تولید شده از سیگنال پیش زمينه، ايجاد شده است. کلید خارجی به شناسایی نواحي پس زمينه ميپردازد كه بايد در پیش زمینه ظاهر گردند، از این رو آن پیش¬زمینه را mask out مينمايد. به عنوان مثال، شکل 2 نشان جهان اجباری (عنصر پس زمینه ) در مقابل سیگنال اتاق آبی (زمین جلو) را نشان مي¬دهد. به اجرا درآوردن و تشكيل پایه برای اثراتي مانند حرکت مردم در پشت دیوارهای مجازی و یا مبلمان امري آسان مي¬باشد.

ماسکهاي ناخواسته: اتاق آبی داراي سقف کم و یا خیلی تنگ برای زاویه گسترده و ثابت ميباشد. دانستن هندسه اتاق آبی، موقعیت، جهت گیری، و میدان دید دوربین "ماسکهاي ناخواسته" را ممكن مي¬سازد که نیروهایي به سقف واقعی (و یا دیواره های جانبی) اتاق آبی وارد مي¬نمايد. این امر میتواند توسط مدلسازي سقف برای مجموعه¬ای مجازی و ایجاد یک ماسک پیش زمینه ، ایجاد یک نوار افقی در بافر آلفا، و یا کنترل یک پنجره کلید زنی در دستگاه ترکیبی انجام شود. شکل 19 نمونه ای از روش دوم را نشان می¬دهد.

شکل 19. ماسکهاي ناخواسته: الف) پیش زمينه، ب) ماسک ناخواسته، ج) پیش زمینه + پس زمینه، د) پیش زمینه + پس زمینه با استفاده از ماسک ناخواسته

اختلاط Z. مخلوط¬كن Z، به اختلاط از دو توالی ویدیويي بر مبناي ارزشهای عمق آنها ميپردازد. اخذ اطلاعات عمق مشکلاتي را بهمراه دارد. VMix ، يك دستگاه سخت افزاری برای اختلاط Z ميباشد، كه شامل بافر Z به عنوان منبع هر پیکسل از مقادير عمق براي مقادیر پارامترهای پس زمینه و پیش زمینه ميباشد كه به يك مقدار ثابت Z تخصیص داده شده است. برای یک مقدار Z پیش زمینه ثابت ، ما میتوانیم همچنین به شبیه سازی اختلاط Z با ارائه ماسک پیش زمینه همراه با صفحات تنظيم شده بعنوان پيش زمينه بپردازيم، که به صورت دستی وارد می شود یا از طریق یک سیستم ردیابی وارد ميگردند. به عنوان مثال، Orad يك دوربین فیلمبرداری کوچک را در بالای اتاق آبی ثابت مينمايد و پیش زمینه نمايشي Z را توسط شناسايي اشیاء در اتاق آبی، تعيين مينمايد. چگونه مقدار Z پیش زمينه به دست آمده است مهم است، از آنجاييكه بسیاری از مقادير نتایج عجیب و غریبي را ايجاد مينمايند، اين موضوع از اهميت بالايي برخوردار است (توجه داشته باشید که چگونه افراد در سمت چپ تصویر ناپدید می شوند شکل 20).

بافتهاي ویدئو. بورد Sirius از بافتهاي ویدئويي نرخ- قاب- کامل، یکی از ویژگی های قدرتمند پشتيباني مينمايد. منبع بافت می تواند هر دستگاه ویدئويي، نوار ویدئويي و یا ضبط بر روی دیسک سخت باشد، هر چند برای اتصالات كامپيوتري در استودیو مجازی، منبع می تواند خوراک دوربین زنده ماهواره ای باشد. بافت ویدئويي ممکن است به عنوان یک فلت ساده " دیوار ويديويي " در مجموعه ای مجازی و یا، مانند دیگر بافت ها، نقشه برداری بر روی هندسه های پیچیده تر به نظر رسد . اگر بافت ویدئويي داراي سیگنال همراه با کلید باشد، کلید را می توان به عنوان یک کانال آلفا در نظر گرفت و بخش هایی از این ویدئو بافت میتوانند به صورت شفاف باشند. به عنوان مثال، گوینده در این هرم در شکل 21 ظاهر می شود، در واقع بافت ویدئويي با کانال آلفا ایجاد شده توسط chromakeyer مي¬باشد.

props آبی. قرار دادن اشیاء آبی با اشکال، رنگهای مختلف و اندازه های مختلف در اتاق آبی، اجازه می دهد تا اشیاء واقعی در "تعامل " با اشیاء مجازی باشند. به عنوان مثال، جعبه آبی تنظيم شده با یک ميز مجازی، قرار دادن اشیاء واقعی بر روی ميز یا پشت میز را ممكن ميسازد و یا ميتواند چند جعبه را روی زمین ايجاد نمايد تا یک بازیگر بر روی آن بنشيند و يا بر روي پله¬های مجازی قدم بزند (به شکل22 مراجعه نماييد). با استفاده از پرده آبی امكان ناپديدشدن بازیگران پشت ديوارهاي مجازي بوجود مي¬آيد و راه رفتن از طریق درگاه های مجازی ممكن ميگردد. اگر چه ماسک میتواند به همان اثر دست یابد. پرده دارای این مزیت است که سایه های واقعی بر روي سطوح آنها از طریق ترکیب حفظ شده و قرار گرفتن بر روي سطوح مجازی به درستی به نظر میرسد.

بازیگران مجازی. مشخصات متحرک (بازيگران مجازي) به ارائه فرم دیگري از تعامل بین اشیاء واقعی و مجازی ميپردازند. يك بازيگر مجازي میتواند به جنبش و حرکات بازیگر واقعی پاسخ در اتاق آبی پاسخ دهد. یک یا چند اپراتور به طور معمول به كنترل جنبشها و حركات بازيگر مجازي با استفاده از دستگاه ورودی مانند سیستم ضبط بدن یا صورت حرکت، ميپردازد. یک اپراتور نیز ميتواند صداي بازیگر مجازي را ارائه نمايد. در پخش زنده، بیننده از راه دور میتواند در کنترل بازیگر مجازی قرار گيرد.

شکل 20. اختلاط Z با انتخاب ضعیف پیش زمینه Z (بالا)، و با ماسک پیش زمینه (پایین).

شکل 21. بافت ویدئو با شفافیت.

شکل 22. نشستن بر روي پله¬هاي مجازي

سایه¬ها: چالش نهایی اضافه کردن سایه به مجموعه های مجازی ميباشد. در اینجا ما به افتراق بین سایه های واقعی بر روی اشیاء واقعی و سایه های واقعی بر روی اشیاء مجازی ، سایه مجازی بر روی اشیاء مجازی، و سایه های مجازی بر روی اشیاء واقعی ميپردازيم. اولین بار به طور طبیعی اتفاق میافتد و به روشنایی استودیو بستگی دارد؛ سوم مشکل رندر سنتی ميباشد. منحصر به فرد نمودن مجموعه¬های مجازی، روشهايي برای ايجاد سايه واقعي بر روي اشیاء مجازی و سايه¬هاي مجازی بر روي اشیاء واقعي ميباشند. همانطور که قبلا ذکر شد، ترکیب سخت افزار میتواند یک کلیدي را ايجاد نمايد که تنها بخش شفافي در مناطقی ميباشد که سایه ها مجر به تیرگي دیوار یا کف اتاق آبی مي¬گردند. این تیرگي مناطق مربوط به پس زمینه جهت ایجاد ظاهر سایه های واقعی در زمینه مجازی ميباشد. با این حال، این روش نیاز به هندسه واقعی و مجازی همزمان دارد و نتایج صحیحي را ارائه نمیدهد، برای مثال، اگر کف اتاق خالی باشد، كف مجازي اشياء بسياري را نمايش ميدهد.

برای سایه¬هاي واقعی در واقع بمنظور بسته بندی واقعي در اطراف اجسام مجازی ، نیاز به تکنیکهایي مانند "پیش بینی" سیگنال اصلی به عنوان بافت های اضافی بر روی مجموعه مجازی، مطرح ميگردد. تکنیکها برای casting سایه های مجازی بر روی اشیاء واقعی، هنوز روش های تجربی ميباشند: رويكردهاي ممكنه شامل طرح ریزی فيزيكي یک سیگنال ارائه شده بر روی اتاق آبی و ساکنان آن، و یا محاسبه عمق نقشه برای سیگنال دوربین و ارائه آن به میکسر Z ميگردند.

سیستمهای تجاری

جدول 2 لیستي از سیستم های استودیوی مجازی موجود در بازار را ارائه مينمايد (اکثر مراجع صفحه وب نیز در صفحه اصلی استودیو مجازی ظاهر ميگردند، ,( http://viswiz. gmd.deDMLvstudioHome.htm. علاوه بر نامهاي شرکت و سیستم، و جدول نشان می دهد كه آيا ردیابی الکترومکانیکی یا نوری مورد استفاده قرار گرفته است، و اینکه آیا ارائه پيش¬زمينه 2D یا 3D ميباشد. اگر چه در حال حاضر اکثر سیستم های ردیابی الکترو مکانیکی ميباشند، یکپارچه سازی ردیابی نوری نسبتا ساده ميباشد. همچنین توجه داشته باشید که سیستم های 3D می تواند رندر 2D را در صورت نیاز انجام دهند.

سیستمهای استودیوی مجازی 3D تجاری قابلیت ها و عملکردهاي نسبتا مشابهي را نشان ميدهد (با فرض سخت افزار مشابه)، اما در دقت ردیابی و ثبت، سهولت استفاده، و نیرومندی به طور کلی متفاوت ميباشند. به جای تلاش برای ارزیابی آنها، ما به ساده نمودن برخی از ویژگی های بسیار مفید ميپردازيم:

1- پشتیبانی برای دوربین های مختلف

2- پیش نمایشي از دوربین های "off-air" با استفاده از سخت افزار ارزانتر

3- رابط¬هايي برای چندین سیستم ردیابی

4- کسب اطلاعات کالیبراسیون لنز

5- روشهاي ساده برای هم¬ترازي دوربین

6- فرمت های واردات مدل چندگانه

7- بافتهايي با رزولوشن بالا

8- خوشنما سازی زمان واقعی و نقشه برداری بافت

9- اثرات زمان واقعی

10- صادرات داده های ردیابی برای ارائه آفلاین

قابلیت پیش نمایش، اشاره به تنظیمات multicamera دارد که در آن سخت افزار به ارائه پس زمینه برای دوربین های خارج از هوا و سیستمهاي high-end با دوربین بر روی هوا ميپردازد. این موضوع منجر به کاهش هزینه سیستم multicamera و پیاده سازی نسبتا آسان ميگردد (هر چند تعویض باید به درستی برای کاهش خطر جدید براي دوربین با پس زمینه های قدیمی برای قاب صورت پذيرد). هنگام راه¬اندازی سیستم ردیابی الکترومکانیکی، هم ترازی شامل جانمایی دوربین در مختصات مجازی مجموعه ميگردد (سیستم مختصات اتاق آبی). هر روش به صورت خودکار یا نیمه اتوماتیک (مانند قرار دادن یک هدف از ابعاد شناخته شده در یک نقطه مرجع در اتاق آبی) به صرفه جویی زمان در هنگام عکسبرداری خواهد پرداخت.

نتيجه¬گيري

شاید به دلیل تازگی استودیوهای مجازی ، بسیاری از مردم آن را نادیده بگیرند و یا به وضوح محدودیتهای آنرا انجام ندهند. بنابراین ما برخي موضوعات مربوط به نسل کنونی در خصوص سیستم های استودیوی مجازی را مورد بحث قرار مي¬دهيم.

اول، پرسنل تولید باید از محدودیت های فن آوری استودیوی مجازی آگاه باشند. واضح ترین مورد نیاز به shoot در اتاق آبی ميباشد. اتاقهاي آبی عموما داراي آکوستیکهاي بد ميباشند (از دیوارها لخت و گوشه¬های منحنی)، و بازیگران جهت ايجاد موقعیت براي خودشان و یا ارتباط برقرار کردن با اشیاء نامرئی با آن به مشكل بر مي¬خورند. همچنین، روشنایی اتاق آبی دشوار است، و پس از آن که روشنایی تنظيم مي¬گردد، تغییر دادن آن (شاید برای برخی اثرات دراماتیک) در عین حال یکی دیگر از چالشها به شمار مي¬آيد.

محدودیت ديگري ناشی از پیچیدگی مجموعه مجازی مي¬گردد. سیستم رندر چنین مواردي را به عنوان چند ضلعی، اندازه¬هاي بافت، و اثرات روشنایی محدود مي¬سازد. طراحان و ساير افراد درگير با ساخت مجموعه مجازی، باید از محدودیت های سیستم رندرآگاهي داشته باشند.

دوم، سیستمهای استودیوی مجازی تقاضای مهارتهای لازم جدید برای عملیات موفقیت آمیز دارند. اپراتورهای دوربین باید قابلیتهای سیستم ردیابی را درک نمايند. بازیگران نیاز به آموزش تکنیکها در اتاق آبی دارند و مدیران باید از پیچیدگی کلی عملیات و عملکرد زیر سیستم های مختلف برای رندر کردن، ردیابی، و ترکیب آگاه باشند.

سوم، هزینه¬ها راه اندازی، منسوخ شدن سریع و ادغام با تجهیزات استودیویی موجود مشكلاتي را جهت تصميم¬گيري در خصوص اتخاذ بهترین روش برای به دست آوردن تکنولوژی استودیو مجازی ايجاد مي¬نمايد. این امر به ویژه در بازسازي فعلی صنعت پخش، صحيح ميباشد.

سیستمهای استودیوی مجازی دارای مزایای بسیاری ميباشند. بسیاری از کاربران به مزایای اقتصادی این سيستمها از قبيل كاهش هزینه¬های نگهداری (مجموعه مجازی فضاي فیزیکی زيادي را اشغال نمي¬كند)، كاهش هزينه¬هاي ساخت و ساز (اثاثيه و یا مواد ارزانتر، راه اندازی و پیاده¬سازي آسان )، کاهش هزینه¬های استودیو (یک اتاق آبی می تواند برای تولید فرآورده¬های مختلف به سادگی با تغییر مجموعه مجازی "پیکربندی" شود)، و کاهش هزینه های طراحی (تغییر رنگ یک دیوار و یا بافت طبقه آسان) توجه مي¬كنند.

استودیوهای مجازی همچنين احتمالات خلاقانه جديدي را در طراحی و جلوه¬های بصری ممكن ميسازند، آنها ممکن است منجر به کاهش زمان تولید گردند و انجام آزمایشهای بیشتري را ممكن مي¬سازند. به عنوان مثال، از آنجاييكه استودیوهای مجازی در زمان واقعی عمل مي¬كنند، افراد دخیل در تولید میتوانند نتایج را بلافاصله و بدون انتظار از طریق تاخیرهاي postproduction احتمالا گسترده، مشاهده نمايند. استودیوهای مجازی نیز ممکن است منجر به شکل¬گيري جدید تعامل و مشارکت مخاطب گردندزيرا ما هم اکنون بازیگران را در یک محیط مجازی در زمان واقعی قرار مي¬دهيم، بیننده نیز به زودی ممکن است قادر باشد به دنیای مجازی وارد شود. سیستمهای استودیوی مجازی از لحاظ فنی در آينده بهبود چشمگيري خواهند داشت و سیستم رديابي پیشرفته¬تر خواهد شد. انعطاف-پذیري بیشتر ترکیب نیز به احتمال زیاد ممكن ميگردد. چگونگي تغيير استودیوهای واقعی و تبديل آنها به استودیوی مجازی بطور دقيق همچنان ناشناخته باقي مانده است، اما این فن آوری نقش قابل توجهی را در آینده توليد پخش وعده داده است.

#صدا_و_تصویر #آموزش #استودیو_مجازی
0 نظر

هیچ نظری ارسال نشده است! اولین نظر برای این مطلب را شما ارسال کنید...

نظر شما
برای ارسال نظر باید وارد شوید.
از سرتاسر توسینسو
تنظیمات حریم خصوصی
تائید صرفنظر
×

تو می تونی بهترین نتیجه رو تضمینی با بهترین های ایران بدست بیاری ، پس مقایسه کن و بعد خرید کن : فقط توی جشنواره پاییزه می تونی امروز ارزونتر از فردا خرید کنی ....