基于a.r.技術的體育電視節(jié)目設計與實現--球類競技節(jié)目中的設計應用

1、<p>　　基于A.R.技術的體育電視節(jié)目設計與實現--球類競技節(jié)目中的設計應用</p><p>　　摘 要：增強現實技術或稱擴增實境 (Augmented Reality,簡稱AR)是虛擬現實領域最新創(chuàng)新技術[1]，從當前體育節(jié)目直播的現狀和存在的問題出發(fā)，應用增強現實技術不僅可以彌補現有體育節(jié)目直播手段的缺憾，而且能很好地對體育節(jié)目中的技戰(zhàn)術對觀眾進行一個很好的詮釋。通過介紹增強現實技術概念，及其現

2、代電視直播節(jié)目的特點，以及增強現實在數字化電視節(jié)目上的具體應用例證，證明了AR技術在電視節(jié)目應用上具有較強優(yōu)勢和較大的潛力。</p><p>　　關鍵詞：增強現實;體育直播節(jié)目;行為控制</p><p>　　2010年下半年，高通公司在增強現實這一領域連續(xù)發(fā)動新攻勢，不僅發(fā)布了基于視覺的AR平臺與免費SDK，更舉辦全球AR應用的開發(fā)挑戰(zhàn)賽，獲勝獎金總額為20萬元。AR技術憑借其廣泛的應用空

3、間，被業(yè)內稱為未來最具活力和前途的技術之一。增強現實技術或稱擴增實境(Augmented Reality，簡稱AR)技術是近年來的一個研究熱點，有著廣泛的應用背景。增強現實技術是一門綜合技術，以計算機技術為主，綜合利用計算機圖形學，圖像可視化，人機交互，人工智能，計算機網絡，高性能計算等許多領域的技術。虛擬現實具有三大特點：沉浸感、交互性和構想性，增強現實技術是在虛擬現實技術基礎上發(fā)展來的新技術，通過計算機系統(tǒng)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)

4、提示信息疊加到真實場景中，從而起到對現實環(huán)境的一個補充說明的作用。增強現實通常是以透過式頭盔顯示系統(tǒng)和注冊(AR系統(tǒng)中用戶的觀察工具和虛擬影像的定位)系統(tǒng)相結合的形式來實現的。</p><p>　　一、國內外AR技術應用現狀</p><p>　　近幾年來增強現實技術在國內外有不少的應用案例，例如日本紅十字會用增強現實技術以及可愛的動畫角色初音未來號召大家獻血;Google在三藩市舉行的Go

5、ogle I/O 2009大會上，擺放了這個叫做Google Holodeck的Street View體驗室。進去之后全景360度都布滿了大屏幕，顯示Street View各個方向的街景視圖;倫敦博物館的Streetmuseum(過去實景重現);斯坦福大學的研究人員發(fā)明了一種虛擬現實設備來幫助醫(yī)生進行診斷等。</p><p>　　在國內，增強現實在旅游業(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，例如，

6、國內某權威學術機構早在幾年前就通過戶外增強現實系統(tǒng)來進行圓明園數字重建，使游客能在園區(qū)內不同景區(qū)以多種形式感受數字圓明園的魅力;微軟亞洲研究院院長洪小文近日也表示，其研究團隊目前正與中國大陸、臺灣的故宮博物院合作，將增強現實技術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年國際車展上，一款名為“增強現實”的互動游戲引爆展棚，觀眾爭相體驗高新技術帶來的奇幻效果，這是增強現實技術在國內車展

7、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《豪門盛宴》節(jié)目中對南非世界杯場館的展示[2]。在CCTV5《豪門盛宴》這個節(jié)目中，那些3D虛擬球場、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面，引發(fā)了許多3D影像愛好者的興趣，時而是真球員，運動時又轉換為3D模型人物讓人感覺耳目一新。</p><p>　　據參加節(jié)目的觀眾介紹，在現場他們的確看不到球場的，這就難怪主持人張斌會不小

8、心走到虛擬場景后面去了，由此可以看出CCTV5世界杯豪門3D盛宴虛擬球場技術使用的是增強現實技術.</p><p>　　二、現有體育電視節(jié)目的局限</p><p>　　在傳統(tǒng)的演播室直播體育競技節(jié)目時，解說人員一般在中場休息或暫停期間運用各種球類戰(zhàn)術板，在戰(zhàn)術板上用筆畫或者標記號碼的棋子來給觀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(zhàn)術演練，生動性和實時性有待提高，觀眾不能很好地理

9、解解說員所表達的意思。</p><p>　　三、AR技術給體育節(jié)目帶來的創(chuàng)新</p><p>　　體育賽事直播需求，1.體育賽事有大量的數據信息和實時信息要以圖文的方式供給觀眾(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，事先沒有完整的串聯(lián)單，各種賽事的規(guī)則不同，需要包裝的圖文形式不同，為了能在直播中更為簡單快捷地完成包

10、裝工作，不同的賽事需要有不同的圖文包裝形式。下面，就以筆者的一個實際項目來闡述下這個系統(tǒng)。</p><p>　　四、AR技術在球類直播節(jié)目中的應用設計</p><p>　　2.制定適合的交互規(guī)則。通過調研各種電視節(jié)目組成及性質，在已有的節(jié)目構成和時間安排下，選擇籃球直播類節(jié)目戰(zhàn)術講解環(huán)節(jié)應用增強現實系統(tǒng)。傳統(tǒng)的比賽直播中戰(zhàn)術講解環(huán)節(jié)內容互動性較差，觀眾不能身臨其境地理解解說員所表達的意思，

11、應用增強現實系統(tǒng)，能夠很好地反應比賽中往往神來之筆的配合與戰(zhàn)術表達，也方便了解說人員的操作。</p><p>　　3.設計制作場景模型。在模型設計方面：本文筆者采用3dDS MAX為建模工具，參照傳統(tǒng)籃球場上人員的位置劃分及身高體型特點(中鋒、大前鋒、小前鋒、組織后衛(wèi)、攻擊后衛(wèi))，制作五種不同體型規(guī)格的角色模型，便根據實際籃球場的比例大小制作相應的場景模型。為了盡量達到系統(tǒng)資源占用的最小化，參考游戲建模的規(guī)范，以

12、下準則：(1)模型面數的精簡，每個角色模型控制在5000個三角面以內;(2)貼圖的長寬必須是2的倍數的任意組合，例如，2,4,8,16,32,64…1024等，在貼圖中畫出基本的明暗和陰影，特別市細節(jié)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格線和邊界，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畫設置。</p><p>　　4.設計與制作動作庫。根

13、據賽場上不同位置，不同運動狀態(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)建不同動作的動畫。每種骨骼動畫因位置、身高、體型的不同做出相應的微調，保存為.bip文件，最終匯總成整個系統(tǒng)的動作庫。</p><p>　　5.交互制作。該系統(tǒng)采用FLASH平臺中的FLARToolKit，具有簡單、快速、基于Web的技術特征，標記物的獲取采用的是FLARToolKit中的Mu

14、ltiFLARExample，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。</p><p>　　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。它實際上是一種3D體感攝影機，利用即時動態(tài)捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能讓玩家擺脫

15、傳統(tǒng)游戲手柄的束縛，通過自己的肢體控制游戲，并且實現與互聯(lián)網玩家互動，分享圖片、影音信息。</p><p>　　軟件部分：控制部分采用OpenNI接口，OpenNI(Open Natural Interaction)是個多語言、跨平臺的框架，定義了一組為開發(fā)使用Natural Interaction程序的API。OpenNI APIs有一組開發(fā)體感應用的接口。OpenNI的主要目的是建立一個雙方通信的標準[3]：

16、視覺和音頻傳感器(這些設備可以看到和聽到輪廓及其周圍環(huán)境);視覺和音頻感知中間件(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)。</p><p>　　舉例：應用程序想跟蹤在三維場景中手勢的動作軌跡。這要求一個生產節(jié)點生成肢體數據，也叫user generator用戶生成器。這個用戶生成器從depth generator深度生成器獲得數據。深度生成器是由傳感器實現的生產節(jié)點，它從深s670-'度

17、器件獲取原始數據(如每秒X幀的流)并且輸出深度圖。</p><p>　　通常的高層輸出的例子在下圖描述和展示：場景中體型的識別。輸是時體型的關節(jié)的當前位置和方向(常常稱為‘肢體數據’)</p><p>　　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。</p><p>　　8.結合場景播出。根據設計的場景，系統(tǒng)定制的控制界面直接控制播

18、出，通過網絡連接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。</p><p>　　使用流程演示：以下是由原理示意圖轉化的使用示意。</p><p>　　首先攝影機對準戰(zhàn)術板，生成立體球場，然后放入代表球員的標記物圖片，生成三維球員形象，通過手勢識別控制不同球員做出動作并演示戰(zhàn)術。</p><p><b>　　五、小

19、結與展望</b></p><p>　　本增強現實應用利用強大三維軟件3DS MAX來建模并在FLASH平臺中的FLARToolKit上映射圖像，與C語言相比，FLARToolKit中的AcitionScript3.0語言速度較快，易于識別，并且應用FLARToolKit附帶的MultiFLARExample來生成標記物，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]

20、。目前，該系統(tǒng)在進一步開發(fā)中。該系統(tǒng)實時工作需要繼續(xù)開發(fā)相當數量的動作庫(并能反映不同球員體型和技術特點)。系統(tǒng)控制部分kinect捕捉人物動態(tài)骨骼方面還需繼續(xù)加強，并與動作庫的更好地結合。本增強現實應用有幾個優(yōu)點，在日新月異的技術發(fā)展過程中，它提供了一個易于觀眾理解的平臺，并具有很好的實時性與操作性，借助高分辨力的攝像機、顯示器和更快的處理器，該系統(tǒng)將滿足現代演播室中大多數體育競技球類節(jié)目的戰(zhàn)術講解要求，如速度，精確度，以及在任何環(huán)境