: архив : архив журнала "625" : 1996 : #7

Виртуальная студия на кухне
Владимир Забелин, Олег Татарников

• Оглавление • Введение • Традиционная студия • Виртуальные студии • Виртуальная студия на базе PC • С чего начать? • Заключение

За последние несколько лет произошли значительные изменения в мире "голубого экрана". И дело не только в том, что многие телезрители уже приобрели высококачественные телевизионные приемники. Появилось много новых интересных телепередач (и новых жанров) на телеканалах, а число каналов значительно возросло. Наряду с программами уважаемых "патриархов" все активнее заявляют о себе программы небольших телекомпаний, студий регионального и кабельного телевидения, аудитории которых ограничиваются пределами города или даже района. Таких студий сегодня уже довольно много и число их продолжает расти.

Крупные телекомпании, готовя новую телепередачу, будь то развлекательная, информационная, музыкальная или спортивная передачи, имеют возможность вложить большие средства для создания индивидуальной студии под каждый проект, тем самым поднимая планку качества на значительную высоту.

Как быть небольшим компаниям и студиям, которые не обладают финансовыми возможностями для реализации проектов подобного масштаба? Да и требования к качеству выходной продукции у них порой существенно ниже, что делает такие приобретения не только непомерными по цене, но и бессмысленными по возможностям. Тем не менее, борьба за художественное и техническое качество не менее важна для этих студий, так как улучшение качества влечет за собой, в первую очередь, расширение аудитории и возможность занять более высокое и прочное положение в мире видеобизнеса.

Небольшие телекомпании вынуждены либо арендовать ресурсы у своих коллег, либо искать собственные решения для создания доступных по цене, но вполне конкурентоспособных студий на собственной производственной базе на основе принципиально новых технологических решений.

ю Традиционная студия

Как уже подчеркивалось выше, традиционная студия - это весьма дорогое удовольствие. Во-первых, индивидуальный комплект декораций; во-вторых, специальное, технически оснащенное помещение значительных размеров для размещения камер, режиссерского пульта, многочисленных световых приборов, энергопитания большой мощности и др.; в-третьих..., в-четвертых... и так далее.

Для каждой телевизионной программы требуется отдельное помещение, смена декораций требует дополнительных средств и времени, которые отбираются у процесса непосредственного производства передачи. В случае, когда одна и та же студия используется для съемок различных передач, приходится регулярно тратить дополнительные средства на переоборудование: сборку-разборку декораций, настройку света, техники и тому подобное. Естественно, трудно назвать эти ресурсы и время на переоборудование эффективно затраченными.

Все вышеперечисленное побуждает даже крупнейшие мировые телекомпании задумыаться над применением новейших цифровых технологий, альтернативных традиционным.

ю  Виртуальные студии

Фирма Silicon Graphics (SGI) предлагает оборудование для, так называемых, виртуальных студий. Натуральные предметы и люди совмещаются с виртуальными интерьерами в реальном времени и взаимодействуют с несуществующими объектами. Как это происходит? Вспомните показ прогноза погоды на телевидении. Ведущий, снимаемый на синем фоне, оказывается рядом с картой на экране телевизора. А, используя мощь компьютеров SGI и доступное программное обеспечение, он может оказаться и в трехмерном мире, в любом мыслимом и немыслимом окружении, и вести себя там, как часть этого мира. Разумеется, такой огромный объем расчетов в реальном масштабе времени может выполнять далеко не каждый компьютер. Но используя виртуальные декорации, вы можете снимать все программы в одной студии и оформление всегда будет уникальным.

Современная виртуальная студия состоит из нескольких базовых элементов:

Во-первых, это Синяя Комната, так называемая, Blue-Box. Эта комната представляет из себя обычную телевизионную студию, в которой стены, пол и потолок однородного синего цвета. Все съемки происходят только в этой студии. Для освещения используется специальный холодный свет, который при работе не нагревается и дает ровный тон.

Для съемки и монтажа в комплект виртуальной студии входит Цифровая студия (Digital Studio), которая включает в себя несколько камер и монтажную. Название цифровая подчеркивает использование цифрового формата записи видеоизображения. Этот формат, в отличие от аналогового, позволяет избежать потери качества изображения при многочисленных перезаписях.

И, наконец, основой виртуальной студии являются компьютерные технологии SGI. Суперкомпьютер ONIX контролирует процесс съемки с помощью системы координатных датчиков 6DOF (Degree Of Freedom). Термин "Шесть степеней свободы" описывает возможности датчика измерять и три координаты положения в пространстве (X, Y, и Z картезианской системы), и три угла ориентации (азимут, угол возвышения и наклон) - однозначно определяя положение объекта в пространстве.) Датчики расположены на специальных головках камер и информация с них тут же поступает в компьютер. Изменение положений видеокамер в пространстве осуществляется с помощью роботов, тоже передающих информацию в компьютер. Учитывая координаты и параметры реальных видеокамер, ONIX просчитывает изображение виртуальных декораций в реальном времени. Этот процесс является самым сложным во всей технологии. Ведь для того, чтобы сделать будущую сцену реалистичной, необходимо полностью синхронизировать параметры виртуальных (внутри компьютерной сцены) и реальных видеокамер.

Чтобы компьютер выстраивал декорации в реальном времени, в ONIX закладывают полный набор данных о виртуальной сцене -виртуальный SET. В этот набор входят все компьютерные декорации, возможная анимация, данные о виртуальных видеокамерах и т.д. Виртуальные множества объектов и их возможное поведение создаются заранее с помощью специализированного программного обеспечения.

Для работы в виртуальной студии требуется подготовить общий дизайн виртуальных декораций, задать анимацию отдельным элементам виртуальной среды, согласовать освещение, материалы и пр. Декорации можно сделать похожими на обычные или совершенно нереальными. Виртуальные декорации хранятся в виде трехмерных моделей с набором свойств. Можно задавать анимацию для отдельных частей или для всей виртуальной сцены.

После формирования декораций компонуется виртуальный SET - аналог трехмерной сцены в пакетах компьютерной графики. Он содержит информацию о всех виртуальных декорациях, их анимации и преобразовании во времени, количестве и параметрах виртуальных камер, наборе текстур, источников света и о живых героях видеоизображения.

Съемка производится несколькими камерами, которые попеременно становясь активными, меняют точку съемки. Изображения передается в компьютер. Для координации действий ведущего над активной камерой ему доступно финальное изображение. Также можно разметить пол и расставить вспомогательные предметы: кубы, стойки и т.д., которые в итоговом материале не отображаются. Подобные приемы помогают ведущему контролировать геометрию виртуального пространства.

В момент съемки происходит следующее:

датчики, установленные на все видеокамеры, непрерывно передают информацию о ее положении в пространстве, направлении и фокусном расстоянии объектива. Эти данные поступают на компьютер ONYX, и по ним просчитывается изображение виртуальных декораций. Изображение ведущего отделяется от однородного синего фона и внедряется (именно внедряется, а не накладывается) в виртуальную сцену. Все перемещения виртуальных камер компьютерной сцены в точности соответствуют перемещениям их реальных аналогов, поэтому-то и возможно такое точное совмещение. Подобная фиксация изменения координат носит название Motion Control и широко применяется не только в виртуальной студии. Благодаря тому, что совмещение происходит в реальном времени, виртуальную студию можно использовать как для съемок с дальнейшей обработкой, так и в прямом эфире.

Казалось бы, - простая идея, почему ее не реализовали раньше? Причина в том, что-только в последнее время мощности компьютеров стали достаточны для построения компьютерных изображений в реальном времени с полным телевизионным качеством.

Конечно, существует предел насыщенности трехмерной сцены и для многопроцессорного суперкомпьютера ONYX, чтобы просчитать ее в реальном времени, но этот предел постоянно отодвигается по мере разработки новых аппаратных средств и развития программного обеспечения.

Сегодня технологии виртуальных студий находятся только на начальном этапе развития, и куда приведет их эволюция - покажет время. Виртуальная студия на базе компьютеров SGI скоро появится и в России.

С 18 по 20 октября этого года состоялся фестиваль фантазия, посвященный компьютерному искусству, который был проведен российской компанией БС-Графика и российским представительством Silicon Graphics.

На фестивале Фантазия впервые в России была запущена виртуальная студия и продемонстрированы ее уникальные возможности. После фестиваля эту студию компания БС-Графика установила в одном из павильонов "Мосфильма".

ю  Виртуальная студия на базе PC

Конечно, виртуальные студии SGI еще слишком дороги, но преимущества "безленточных" технологий можно использовать и на недорогом оборудовании, доступном сегодня на персональных компьютерах и имеющем "смешную", даже по меркам традиционных студий цену при сопоставимом качестве.

Основа: "Безленточная" технология, ориентированная на PC-компьютеры. При этом хотелось бы избежать более или менее жесткой привязки к специфике конкретного компьютера или его компонент (что характерно, например, для Matrox Studio). Очевидно, что основным критерием выбора выступает соотношение Цена/( Качество + Возможности), при учете заданных ограничений, налагаемых на каждый из этих параметров.

Итак, предположим, что нас интересуют только перспективные решения, позволяющие без дополнительных модификаций работать с материалом любого качества: от бытового (VHS) до вещательного (Broadcast), что автоматически исключает все мультимедийно-бытовые варианты, типа Miro Video и других.

При работе с видеоматериалом во многом определяющими факторами являются скорость, удобство и "безопасность" работы, то есть реальное время, затрачиваемое на монтаж видеоряда, надежное программное обеспечение, простота доступа и удобство выбора нужного видеофрагмента из максимального объема оперативно используемого материала, выполнение стандартных функций монтажа без ухудшения качества и так далее.

Не удержусь от "камня в огород" разработчиков программного обеспечения. Как показывает опыт, богатство всевозможных "навернутых" спецэффектов, предлагаемых той или иной системой, зачастую является достоинством только в глазах ее разработчиков, пользователю же приходится расплачиваться за них либо увеличением стоимости техники, либо усложнением технологии работ и, как следствие, повышенной опасностью сбоя, т.е. снижением эффективности использования оборудования.

"Розовая мечта" пользователя - это определенный набор постоянно применяемых эффектов (ставших стандартом de-facto), работающих абсолютно надежно.

Наконец, существует некая предельная стоимость системы, при превышении которой нет смысла покупать систему ни при каких обстоятельствах. Эта цифра определяется текущей стоимостью повременной аренды традиционного для этих видов работ оборудования.

Существуют ли устройства, удовлетворяющие всем перечисленным выше требованиям? Да. В нашем случае - это система нелинейного видеомонтажа Perception фирмы Digital Processing System (DPS), обеспечивающая качество записи, сравнимое с Betacam SP (что с лихвой перекрывает потребности малых телекомпаний), знакомая многим видеоплата Targa+ от фирмы Truevision, персональный компьютер сравнительно невысокой мощности (подойдет даже i486) и некоторые специальные средства, как, например, све-тоотражающая пленка для хромакейного экрана, световые приборы для создания художественного освещения и камера.

Такой небольшой и сравнительно недорогой набор техники позволяет создать съемочно-монтажный комплекс в помещении размером с обычную кухню (в действительности, заголовок статьи значительно более реалистичен, чем он кажется на первый взгляд), хотя "метраж" жилой комнаты предпочтительнее. Такая студия позволяет в реальном режиме времени проводить любые съемки (например, ведущих информационных или спортивных передач, телеспектакли и тому подобное) в технологии "хромакея", а именно: съемки производятся на фоне синего задника, при аппаратном удалении синего цвета и замене его на заранее подготовленный фон. Естественно, что сложность таких "виртуальных" декораций ограничивается лишь выбранным стилем, художественным вкусом и воображением.

Вы можете забыть о декорациях, мебели и дорогом световом оборудовании. В качестве фона используется любое изображение формата 512х576, помещенное во фрейм-буфер видеоплаты Targa - от нейтрального серого цвета до интерьеров Букингемского дворца, т.е. все, что может быть получено средствами компьютерной графики, нарисовано, сфотографировано или отсканировано и преобразовано в графический файл формата TGA.

Более того, при изрядной доле изобретательности можно осуществить и более сложное взаимодействие "персонажа" и "фона", чем простое наложение первого на второй.

В отличие от традиционных систем "хромакея" (кстати,значительно более дорогих), появляются более широкие возможности для использования художественного света без боязни получить неприятный синий ореол на границе слабоосвещенных участков. Можно отказаться от "контрового" и "заливающего" света, что, конечно, дает более широкий простор для реализации творческих идей и удешевляет студию.

Камера: В принципе, цепочка Регсерtion+Targa обеспечивает качество Betacam SP с компрессией, не хуже 1:3, но для малых студий это соотношение может быть понижено до соответствия с качеством имеющейся камеры. Для S-VHS камеры вполне достаточна компрессия 1:6 - 1:7 и тогда, соответственно, количество видеоматериала на носителе того же объема увеличивается. Иными словами, можно использовать любую имеющуюся в наличии камеру как эталон качества выходного материала.

Пока ни слова не было сказано о видеолентах. Это не случайно, ведь описываемая технология реально является безленточной. Видеоматериал оцифровывается и проходит всю технологическую цепочку - от съемок до финальных титров - только в цифровом виде.

Носители: Запись производится на внешний SCSI-диск. При компрессии 1:2.5 на 1 ГБ внешнего диска помещается около 3 минут видеоматериала с качеством Betacam SP. Или 8-10 мин. качества S-VHS. К плате Perception может быть подсоединено до 6 SCSI-дисков, например, по 8 ГБ каждый, так что ... считайте сами.

Монтаж: Кроме съемок, данный комплекс может быть использован и для монтажа телепередачи. Недорогое программное обеспечение ln:Sync SpeedRAZOR или Adobe Premiere позволяет легко и с высокой точностью (до кадра!) смонтировать отснятый материал в готовую программу. Более того, в отличие от многих систем, гордо именующих себя системами нелинейного монтажа, рассматриваемый комплекс таковой действительно является. Он позволяет работать с виртуальным представлением видеоматериала, это означает, что любой видеофрагмент может быть использован неограниченное число раз, любая склейка легко исправляется без реальной перезаписи, и в монтаже может принимать участие одновременно неограниченное число слоев или дорожек. Хотя в практике монтажа любое число дорожек, большее десяти, можно смело назвать неограниченным. Причем монтаж на прямых склейках (часто используемый в большинстве телевизионных жанров) может производиться в режиме реального времени и не требует дополнительного места на жестком диске.

Конечно, видеомонтаж неотделим от звука. Для работы со звуком понадобится дополнительная звуковая плата, обеспечивающая синхронизацию с видеоизображением. Запись звука в оцифрованном виде также осуществляется на жесткий диск компьютера в некомпрессированный WAV-файл. Используя профессиональную цифровую аудиоплату Perception A4V, можно осуществлять микши-рование и другие эффекты в реальном времени, обеспечивая полную и точную синхронизацию с видео. Для ввода/вывода звука имеются не только аналоговые, но и цифровые входы/выходы и дальнейшая работа со звуком происходит в цифровом виде (вплоть до CD/DAT-качества), что с лихвой перекрывает даже профессиональные потребности. Нелинейное неразрушающее аудиоредакти-рование, чтение, запись и вставка продольного и полевого временного кода при работе с видеосигналом, обеспечивают вам широкие возможности для монтажа со звуком.

Было бы опрометчиво утверждать, что SpeedRAZOR или Adobe Premiere предлагают все возможности профессиональной звуковой студии, но необходимые функции, такие как синхронизация звука и видео, корректировка уровня громкости, микшера и наложение звуковых фрагментов, присутствуют и осуществляются легко и корректно.

Наложение дополнительных звуковых и видеоэффектов - отдельная работа, но набор возможностей в существующих программах, в отличие от закрытых специализированных систем, неограничен и постоянно пополняется.

Смонтированный материал опять же в реальном времени может записываться на любую ленту (по компонентному, S-VHS или композитному (VHS) выходам) или сразу транслироваться. Кстати, если по каким-то причинам необходимо сохранить видеоматериал "навечно", то, поскольку Perception использует цифровое представление видео, это всегда можно сделать, записав файлы на CD-ROM или магнитооптические диски. Также легко можно оцифровывать видеоматериал с носителей любого типа и использовать его для монтажа в телепрограмме.

ю  С чего начать?

Начинать лучше с того, что может сразу принести ощутимое облегчение в работе - с монтажного комплекса на базе DPS Perception. По стоимости он сравним с традиционной монтажной S-VHS, однако, превосходит ее:

•  по качеству;
•  по удобству;
•  по точности монтажа;
•  и, наконец, вы работаете с цифрой, а это значит - никакой потери качества при монтаже любой сложности.

В дальнейшем, монтажный комплекс может расширяться до съемочно-монтажного. Добавив камеру, вы получаете возможность не только снимать исходный материал для ваших передач, но и в случае неудачи не горевать о бесполезно загубленной ленте - в отличие от традиционных видеомагнитофонов вы работаете с цифровым представлением видеосигнала на жестком диске, а это значит, что можно навсегда забыть рекомендации типа "избегайте использовать ленту для повторной записи". Далее, разжившись платой Тагда+ и специальным светоотражающим экраном, можно организовать настоящую виртуальную студию.

А технологии фирмы DPS продолжают совершенствоваться и вслед за профессиональной звуковой платой A4V появилась специальная плата - Perception F/X для сложных спецэффектов нелинейного монтажа в реальном времени и карта для работы с цифровой аппаратурой (D1), а недавно было впервые представлено устройство Hollywood. Это DDR (Digital Disk Recorder) без использования компрессии. Стоимость этого устройства - около 5 тыс. долл., оно использует обычные Fast Wide SCSI-2 диски и может хранить практически неограниченные объемы видео. Конечно в пределах объемов существующих дисков и RAID-массивов. Такой видеопоток обеспечивается разделением видеосигнала. Одна плата (ISA), служит для коммутации, синхронизации и управления сигналом, который разделяется на яркостную и цветовую составляющие и они поступают на раздельные платы (уже PCI), каждая из которых содержит самостоятельный SCSI-контроллер, да еще и по два striped диска на канал. Striped тома (такая возможность реализована под Windows NT) используют сквозные цилиндры сразу на обоих дисках и, таким образом - если каждый из двух дисководов работал на 6 МБайтах в секунду, то при обращении к striped тому вы можете читать и писать данные со скоростью 12 МБайт в секунду. Если необходим еще и альфа-канал (канал прозрачности), ставится еще одна PCI-плата. Причем драйверы под NT обеспечивают доступ к каждому кадру видео, как к обычному файлу стандартного графического формата. При необходимости, можно записать материал и со звуком. Таким образом вы получаете законченное решение для аудио/видеопроизводства любой сложности на базе персонального компьютера.

ю  Заключение

Настоящая статья написана по материалам и в тесном содружестве двух компаний:

продающей оборудование - Steepler Graphics Group и производящей видеопродукцию - студии компьютерного дизайна "Два крыла" компании Videolnternational. Надеемся, что данный опыт окажется полезным для многих региональных телекомпаний при организации собственных студий и послужит примером для компаний-продавцов, как образец плодотворного сотрудничества, воплощения совместных идей и доведения их до широкой аудитории.