關(guān)于基于A(yíng).R.技術(shù)的體育電視節目設計與實(shí)現--球類(lèi)競技節目中的設計應用

摘 要：增強現實(shí)技術(shù)或稱(chēng)擴增實(shí)境 (Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR)是虛擬現實(shí)領(lǐng)域最新創(chuàng )新技術(shù)[1]，從當前體育節目直播的現狀和存在的問(wèn)題出發(fā)，應用增強現實(shí)技術(shù)不僅可以彌補現有體育節目直播手段的缺憾，而且能很好地對體育節目中的技戰術(shù)對觀(guān)眾進(jìn)行一個(gè)很好的詮釋。通過(guò)介紹增強現實(shí)技術(shù)概念，及其現代電視直播節目的特點(diǎn)，以及增強現實(shí)在數字化電視節目上的具體應用例證，證明了AR技術(shù)在電視節目應用上具有較強優(yōu)勢和較大的潛力。

關(guān)鍵詞：增強現實(shí);體育直播節目;行為控制

2010年下半年，高通公司在增強現實(shí)這一領(lǐng)域連續發(fā)動(dòng)新攻勢，不僅發(fā)布了基于視覺(jué)的AR平臺與免費SDK，更舉辦全球AR應用的開(kāi)發(fā)挑戰賽，獲勝獎金總額為20萬(wàn)元。AR技術(shù)憑借其廣泛的應用空間，被業(yè)內稱(chēng)為未來(lái)最具活力和前途的技術(shù)之一。增強現實(shí)技術(shù)或稱(chēng)擴增實(shí)境(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR)技術(shù)是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，有著(zhù)廣泛的應用背景。增強現實(shí)技術(shù)是一門(mén)綜合技術(shù)，以計算機技術(shù)為主，綜合利用計算機圖形學(xué)，圖像可視化，人機交互，人工智能，計算機網(wǎng)絡(luò )，高性能計算等許多領(lǐng)域的技術(shù)。虛擬現實(shí)具有三大特點(diǎn)：沉浸感、交互性和構想性，增強現實(shí)技術(shù)是在虛擬現實(shí)技術(shù)基礎上發(fā)展來(lái)的新技術(shù)，通過(guò)計算機系統生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而起到對現實(shí)環(huán)境的一個(gè)補充說(shuō)明的作用。增強現實(shí)通常是以透過(guò)式頭盔顯示系統和注冊(AR系統中用戶(hù)的觀(guān)察工具和虛擬影像的定位)系統相結合的形式來(lái)實(shí)現的。

一、國內外AR技術(shù)應用現狀

近幾年來(lái)增強現實(shí)技術(shù)在國內外有不少的應用案例，例如日本紅十字會(huì )用增強現實(shí)技術(shù)以及可愛(ài)的動(dòng)畫(huà)角色初音未來(lái)號召大家獻血;Google在三藩市舉行的Google I/O 2009大會(huì )上，擺放了這個(gè)叫做Google Holodeck的Street View體驗室。進(jìn)去之后全景360度都布滿(mǎn)了大屏幕，顯示Street View各個(gè)方向的街景視圖;倫敦博物館的Streetmuseum(過(guò)去實(shí)景重現);斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種虛擬現實(shí)設備來(lái)幫助醫生進(jìn)行診斷等。

在國內，增強現實(shí)在旅游業(yè)、古物復原、展覽展示以及電影業(yè)、餐飲業(yè)等研究較為顯著(zhù)，例如，國內某權威學(xué)術(shù)機構早在幾年前就通過(guò)戶(hù)外增強現實(shí)系統來(lái)進(jìn)行圓明園數字重建，使游客能在園區內不同景區以多種形式感受數字圓明園的魅力;微軟亞洲研究院院長(cháng)洪小文近日也表示，其研究團隊目前正與中國大陸、臺灣的故宮博物院合作，將增強現實(shí)技術(shù)應用在清明上河圖等知名展示古文物上，不久數字版的清明上河圖將活靈活現的呈現在游客的眼前;2010年國際車(chē)展上，一款名為“增強現實(shí)”的互動(dòng)游戲引爆展棚，觀(guān)眾爭相體驗高新技術(shù)帶來(lái)的奇幻效果，這是增強現實(shí)技術(shù)在國內車(chē)展上的首次應用。最廣為人知的案例就是2010年南非世界杯期間，央視《豪門(mén)盛宴》節目中對南非世界杯場(chǎng)館的展示[2]。在CCTV5《豪門(mén)盛宴》這個(gè)節目中，那些3D虛擬球場(chǎng)、虛擬足球里放映出的幻燈影像、立體屏幕、球員跑位等各種神奇的畫(huà)面，引發(fā)了許多3D影像愛(ài)好者的興趣，時(shí)而是真球員，運動(dòng)時(shí)又轉換為3D模型人物讓人感覺(jué)耳目一新。

據參加節目的觀(guān)眾介紹，在現場(chǎng)他們的確看不到球場(chǎng)的，這就難怪主持人張斌會(huì )不小心走到虛擬場(chǎng)景后面去了，由此可以看出CCTV5世界杯豪門(mén)3D盛宴虛擬球場(chǎng)技術(shù)使用的是增強現實(shí)技術(shù).

二、現有體育電視節目的局限

在傳統的演播室直播體育競技節目時(shí)，解說(shuō)人員一般在中場(chǎng)休息或暫停期間運用各種球類(lèi)戰術(shù)板，在戰術(shù)板上用筆畫(huà)或者標記號碼的棋子來(lái)給觀(guān)眾講解比賽中出現的團隊配合和或比賽中教練傳達的技戰術(shù)演練，生動(dòng)性和實(shí)時(shí)性有待提高，觀(guān)眾不能很好地理解解說(shuō)員所表達的意思。

三、AR技術(shù)給體育節目帶來(lái)的創(chuàng )新

體育賽事直播需求，1.體育賽事有大量的數據信息和實(shí)時(shí)信息要以圖文的方式供給觀(guān)眾(比如精彩團隊配合，教練意圖等);2.不同的體育項目有不同的圖文信息傳達形式的要求。3.體育賽事的轉播突發(fā)事件較多，事先沒(méi)有完整的串聯(lián)單，各種賽事的規則不同，需要包裝的圖文形式不同，為了能在直播中更為簡(jiǎn)單快捷地完成包裝工作，不同的賽事需要有不同的圖文包裝形式。下面，就以筆者的一個(gè)實(shí)際項目來(lái)闡述下這個(gè)系統。

四、AR技術(shù)在球類(lèi)直播節目中的應用設計

2.制定適合的交互規則。通過(guò)調研各種電視節目組成及性質(zhì)，在已有的節目構成和時(shí)間安排下，選擇籃球直播類(lèi)節目戰術(shù)講解環(huán)節應用增強現實(shí)系統。傳統的比賽直播中戰術(shù)講解環(huán)節內容互動(dòng)性較差，觀(guān)眾不能身臨其境地理解解說(shuō)員所表達的意思，應用增強現實(shí)系統，能夠很好地反應比賽中往往神來(lái)之筆的配合與戰術(shù)表達，也方便了解說(shuō)人員的操作。

3.設計制作場(chǎng)景模型。在模型設計方面：本文筆者采用3dDS MAX為建模工具，參照傳統籃球場(chǎng)上人員的位置劃分及身高體型特點(diǎn)(中鋒、大前鋒、小前鋒、組織后衛、攻擊后衛)，制作五種不同體型規格的角色模型，便根據實(shí)際籃球場(chǎng)的比例大小制作相應的場(chǎng)景模型。為了盡量達到系統資源占用的最小化，參考游戲建模的規范，以下準則：(1)模型面數的精簡(jiǎn)，每個(gè)角色模型控制在5000個(gè)三角面以?xún)?(2)貼圖的長(cháng)寬必須是2的倍數的任意組合，例如，2，4，8，16，32，64…1024等，在貼圖中畫(huà)出基本的明暗和陰影，特別市細節部分的明暗陰影，最大限度的利用貼圖的空間!(3)仔細檢查最終模型上的多邊形網(wǎng)格線(xiàn)和邊界，保證它們都有正確的結構和走向。避免模型上的面片相互擠壓在一起而影響模型的動(dòng)畫(huà)設置。

4.設計與制作動(dòng)作庫。根據賽場(chǎng)上不同位置，不同運動(dòng)狀態(tài)(如運球、投籃、蓋帽、上籃、扣籃、掩護)，在3DS MAX中為每種模型綁定biped骨骼，創(chuàng )建不同動(dòng)作的動(dòng)畫(huà)。每種骨骼動(dòng)畫(huà)因位置、身高、體型的不同做出相應的微調，保存為.bip文件，最終匯總成整個(gè)系統的動(dòng)作庫。

5.交互制作。該系統采用FLASH平臺中的FLARToolKit，具有簡(jiǎn)單、快速、基于Web的技術(shù)特征，標記物的獲取采用的是FLARToolKit中的MultiFLARExample，MultiFLAR- Example可捕捉攝像頭拍到的影像中光源的變量在一定范圍之內的圖像，一般采取對比比較鮮明的圖像作為標記物。

6.設計交互控制器。硬件部分：硬件部分采用的是美國微軟公司于2010年11月4日推出的XBOX360游戲機體感的外設Kinect。它實(shí)際上是一種3D體感攝影機，利用即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識、麥克風(fēng)輸入、語(yǔ)音辨識、社群互動(dòng)等功能讓玩家擺脫傳統游戲手柄的束縛，通過(guò)自己的肢體控制游戲，并且實(shí)現與互聯(lián)網(wǎng)玩家互動(dòng)，分享圖片、影音信息。

軟件部分：控制部分采用OpenNI接口，OpenNI(Open Natural Interaction)是個(gè)多語(yǔ)言、跨平臺的框架，定義了一組為開(kāi)發(fā)使用Natural Interaction程序的API。OpenNI APIs有一組開(kāi)發(fā)體感應用的接口。OpenNI的主要目的是建立一個(gè)雙方通信的標準[3]：視覺(jué)和音頻傳感器(這些設備可以看到和聽(tīng)到輪廓及其周?chē)h(huán)境);視覺(jué)和音頻感知中間件(這些軟件組件能夠分析并且理解傳感器記錄的音頻和視頻數據)。

舉例：應用程序想跟蹤在三維場(chǎng)景中手勢的動(dòng)作軌跡。這要求一個(gè)生產(chǎn)節點(diǎn)生成肢體數據，也叫user generator用戶(hù)生成器。這個(gè)用戶(hù)生成器從depth generator深度生成器獲得數據。深度生成器是由傳感器實(shí)現的生產(chǎn)節點(diǎn)，它從深s670-'度器件獲取原始數據(如每秒X幀的流)并且輸出深度圖。

通常的高層輸出的例子在下圖描述和展示：場(chǎng)景中體型的識別。輸是時(shí)體型的關(guān)節的當前位置和方向(常常稱(chēng)為‘肢體數據’)

7.賽事信息設置。完成比賽信息的整理，將數據存放在數據庫中，供演播室直接調用。

8.結合場(chǎng)景播出。根據設計的場(chǎng)景，系統定制的控制界面直接控制播出，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接HDVG，向HDVG發(fā)送控制命令，由HDVG完成圖形渲染工作。最后輸出SDI視頻信號。

使用流程演示：以下是由原理示意圖轉化的使用示意。

首先攝影機對準戰術(shù)板，生成立體球場(chǎng)，然后放入代表球員的標記物圖片，生成三維球員形象，通過(guò)手勢識別控制不同球員做出動(dòng)作并演示戰術(shù)。

五、小結與展望

本增強現實(shí)應用利用強大三維軟件3DS MAX來(lái)建模并在FLASH平臺中的FLARToolKit上映射圖像，與C語(yǔ)言相比，FLARToolKit中的AcitionScript3.0語(yǔ)言速度較快，易于識別，并且應用FLARToolKit附帶的MultiFLARExample來(lái)生成標記物，不僅可使用通常的二維碼標記，而且可用照片或其他一些對比鮮明的圖片，易用性增強[4]。目前，該系統在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)中。該系統實(shí)時(shí)工作需要繼續開(kāi)發(fā)相當數量的動(dòng)作庫(并能反映不同球員體型和技術(shù)特點(diǎn))。系統控制部分kinect捕捉人物動(dòng)態(tài)骨骼方面還需繼續加強，并與動(dòng)作庫的更好地結合。本增強現實(shí)應用有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在日新月異的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，它提供了一個(gè)易于觀(guān)眾理解的平臺，并具有很好的實(shí)時(shí)性與操作性，借助高分辨力的攝像機、顯示器和更快的處理器，該系統將滿(mǎn)足現代演播室中大多數體育競技球類(lèi)節目的戰術(shù)講解要求，如速度，精確度，以及在任何環(huán)境中任何環(huán)境使用。