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1、 基金项目：山东省职业教育与成人教育科研“十一五”规划课题（2007YT014） 作者简介：薛元昕（1969） ，女，山东临清人，烟台职业学院计算机与信息工程系多媒体教研室主任，副教授，国家级精品课负责人。 研究方向为影视多媒体技术。基于虚拟现实技术的精品课程录像制作研究与实现基于虚拟现实技术的精品课程录像制作研究与实现薛元昕1 李鹰2（1.烟台职业学院计算机与信息工程系，山东 烟台264670；2.海军航空工程学院，山东 烟台264001）摘摘 要要：针对国家级精品课程教学录像制作中存在的问题，研究了虚拟现实技术在录像制作中的应用，使用 3D 建模制作虚拟背景，非线性视频编辑软件 Premi
2、ere 对实拍素材进行蓝屏抠像，并与虚拟背景进行合成，改变了传统录像的制作方法，制作出高水平国家级精品课程录像。关键词关键词：虚拟现实技术；国家级精品课；非线性视频编辑；蓝屏抠像The Development and Realization of the Virtual Environment in the Building of the National-Level Quality ClassXueyuanxin (1.Yantai vocational college Computer and Information Engineering Dept.,yantai ,Shandong,2
3、64670；2.Naval Aeronautical Engineering Institute, yantai ,Shandong, 264001) Abstract：For the existing problems in the National-level quality video courses, we study the application of virtual reality technology in video recording, use the virtual 3D modeling as virtual background. For the real film
4、material, we use non-linear video editing software（Premiere）to dig an image from the blue screen, and Synthesize the virtual background, has changed the traditional video production method, to create high quality national-level video recording. Key words: virtual reality technology; national-level c
5、lass; non-linear video editing software; blue screen key2003 年教育部开始在全国高等院校（包括高职高专）启动精品课程建设工作，解决高 等教育师资、教学功能和时空局限等问题，发挥计算机多媒体技术和网络通讯为基础的现 代化信息技术的优势，实现教育信息化和资源共享。国家级精品课程申报要求中规定，本 科申报课程提供至少三位主讲教师（包括课程负责人在内）每人不少于 45 分钟的现场教学 录像，高职高专申报课程提供不超过 40 分钟的课程整体设计介绍录像和不超过 15 分钟的 课程教学录像，对录像制作提出了更高的要求。 笔者作为课程负责人的视频制
6、作技术课程在精品课程建设过程中，将虚拟现实技 术(Virtual Reality Technology，VRT )应用于精品课程说课录像的制作，受到专家一致好评， 该课程 2009 年被评为国家级精品课程。 （网址http:/202.194.166.7:8000/RefinedEducation/ ） 1 虚拟现实技术的基本概念、特点和应用虚拟现实技术的基本概念、特点和应用 虚拟现实技术是由美国 VPL 公司创建人拉尼尔（Jargon Lanier）在 20 世纪 80 年代初 提出的，也称灵境技术或人工环境，使用者能以更直观的方式与三维世界中的对象交互， 目前已被广泛应用于航空航天、医学实习
7、、建筑设计、体育训练、娱乐游戏、影视制作等 众多领域。 1.1 虚拟现实技术的特点虚拟现实技术的特点 1、沉浸性 虚拟现实技术根据人类的视觉、听觉等生理、心理特点，由计算机产生逼真的三维立 体图像，使用者可以更自然、更直接地沉浸其中，成为虚拟环境中的一员。 2、交互性虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、 鼠标，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互，通过自身的语言或动作等 自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。 3、多感知性 由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟 环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等
8、多种感知，从而达到身临其境的感受1, 2。 1.2 虚拟现实技术在教学录像中的应用虚拟现实技术在教学录像中的应用 传统的教学录像制作过程一般先对教师授课现场进行录像，然后进行编辑，最后渲染 输出。由于受到经费、条件、场地等限制，使录像的技术性和艺术性受到制约。 利用 VRT 技术可以制造出干扰因素少、形象逼真、过程完整的专业环境，并具有高度 的可扩充性和可改进性。例如机械专业的学生在学习各种机床的操作技术时，利用 VRT 模 拟各类机床加工过程，学生籍此可以了解机械加工技术的全貌；建立虚拟的飞机驾驶训练 实验室，学生可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落的技能3。VRT
9、技术的引入改变了传统的教学录像制作方法，采用蓝色背景拍摄教师授课过程， 在非线性编辑系统下进行蓝屏抠像，使实拍素材与 3DMAX 制作的虚拟背景有机结合。由 于教学录像的制作合成不需要实时进行，所以不必购置价格昂贵的实时虚拟演播室等设备。通过虚拟现实技术构建虚拟环境，改变了现有教学录像中画面呆板、效果千篇一律的 现象，展示出的课程整体设计场景是全方位的，丰富多彩的，既有教师讲解，又有操作演 示；既有实景拍摄，又有动画模拟，为学生提供一个生动、逼真的学习环境，学生成为虚 拟环境的参与者，不但提高了精品课的水平和档次，而且对调动学生的学习兴趣和积极性 起到积极作用。 2 精品课建设中虚拟环境的构建
10、精品课建设中虚拟环境的构建 在录像制作中，对于无条件实施的实验或危险性很大的操作，可使用 3DMAX 三维制 作软件制作出三维动画，模拟实验的操作过程和结果。对于学校无条件购买的一些先进的 仪器设备，可通过照片、三维模型为学生进行演示和讲解，以弥补了教学设备的不足。 2.1 实拍录像的制作实拍录像的制作 教师的授课过程通过摄像机进行现场拍摄。为了将来把教师的形象合成到虚拟电子背 景中去，需以蓝色幕布为背景进行拍摄。然后将拍摄的素材，使用非线性视频编辑软件 Premiere 进行蓝屏抠像，这样就将教师从蓝色背景中分离出来，然后与计算机软件制作的 虚拟背景进行合成，形成一幅天衣无缝的合成画面。 拍
11、摄时需注意下面的问题： （1）在实拍过程中，为了消除多余的阴影，保证抠像的效果，灯光的布置相当重要。 要合理调配灯光，使前景与虚拟背景的照明亮度及方向匹配。 （2）抠像效果的好坏除受灯光影响外，教师的服装选择也很重要。服装颜色要避免与 背景相近，否则在合成图像中将被抠掉。白色或浅色的衣服也不宜穿着，因为反射到身上 的颜色不宜抠干净，会影响人物的边缘和背景的融合。 2.2 虚拟背景的计算机生成虚拟背景的计算机生成 因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，一些本应开设的教学实验无法进 行。为了在精品课教学中形象生动地演示这部分内容，采用二维、三维动画制作软件或虚 拟现实建模语言 VRML 构
12、建一个虚拟环境。 2.2.1 3DS MAX 建模技术建模技术 3DS MAX 是 Autodesk 公司推出的一套强大的三维软件，强大的建模技术，相对低廉 的价格优势，使 3DS MAX 在构建虚拟现实系统中得以广泛应用，成为目前个人 PC 上最 为流行的三维建模软件， 。 3DS MAX 软件的强项在于它的多边形工具组件和 UV 坐标贴图的调节能力。3DS MAX先构建一个由控制顶点结合而成的线框网络，然后逐一添加面片来进行建模。3DS MAX 建模的基本流程是：基本几何体建模，复杂的图形采用 poly 多边形建模或 Nurbs 面片建模； 调制材质，可以采用 Photoshop 进行加工
13、；然后赋材质，对建成的图形进行贴图；设置相 机，明确可视角度；设置灯光效果，最后渲染输出成 TGA 序列图像格式，以利于非线性编 辑软件进行视频后期合成4。 2.2.2 3DS MAX 制作虚拟环境时需注意的问题制作虚拟环境时需注意的问题 （1）制作背景时对物体加阴影会增加真实感。场景中要合理地设置一些遮挡物，它可 以产生很强的空间感和纵深感。 （2）设计场景不要过分注重细节。因为细节部分会占用大量的电脑内存，通常在能够 保证视觉效果的前提下，尽量采用比较简单的模型。因为电脑中的场景转换成视频信号后， 许多细节部分都无法显示出来。 （3）对于复杂对象的运动或原理演示，我们可以预先将对象的运动和
14、说明做成动画存 为.avi 文件，然后按照教学内容的需要进行编辑。 2.2.3 利用虚拟现实建模语言利用虚拟现实建模语言 VRML 建模建模 VRML（Virtual Reality Modeling Language）是面向对象的一种语言，它类似 Web 超级 链接所使用的 HTML 语言，也是一种基于文本的语言，并可以运行在多种平台之上。它提 供对三维世界及其内部基本对象的描述，如球体、平面、圆锥、圆柱、立方体等，并把他 们同二维的页面链接起来，是一种非常简洁的高级语言。VRML 的出现，是当代网络技术 与虚拟现实技术的迅猛发展的需要，它使得 Web 的页面不再局限于二维空间。VRML 增
15、加 动作、动画模拟、传感器和声音后，网络站点创作人员可以制作规模大、交互性强的三维 应用程序。 3 教学录像的编辑合成教学录像的编辑合成 3.1 蓝屏抠像技术蓝屏抠像技术 如今的非线性编辑软件大都具有抠像命令，而且对背景的颜色要求也不十分严格。 Premiere 是通用的非线性编辑软件，应用视频特效中的键控 Keying 命令并与其它特技命令 配合能达到较好的抠像效果。 （1）通常情况下的抠像 这里的通常情况是指拍摄的素材较好，如背景色较干净、单纯、均匀。抠像时先将背 景素材调入 Premiere 视频编辑软件的时间线轨道 1 中，再将欲抠像的素材拖到轨道 2 中， 打开特效面板中“视频特效”
16、中的 Keying 选项，将“蓝屏抠像”特效应用于轨道 2 的素材 上，适当地调整参数使抠像效果最佳5。如图 1 所示。图 1 蓝屏抠像 （2）在背景不干净的情况下抠像 由于种种原因，有些素材在拍摄时光线不匀，背景颜色不纯，或人物与背景太近而留 下较宽较重的阴影等等。这样在后期抠像时出现一些麻烦，但只要适当地选取键控类型， 配合亮度和对比度等命令反复调节，一般也能抠干净。 （3）去除杂物和黑边有时在拍摄素材时，镜头中摄入杂物，或由于放像机和视频之间的相位之差，画面的 一边或两边有一道黑边，在抠像处理时可以使用四点、八点或十六点可调控遮罩，适当调 整控制点的位置，即可把难以抠掉的部分去除。 3.2 实拍素材与虚拟背景合成的实现实拍素材与虚拟背景合成的实现 实拍素材完成抠像后与计算机制作生成的虚拟场景根据教学内容进行编辑合成。虚拟 背景可随着教师讲授内容的变化而更换，给学生一种身临其景的感觉，解决了以往教学录 像中教师只闻其声不见其人或只见其人不见操作画面的现象。图 2 为 3DMAX 生成的虚拟 立体场景，主讲
