基于a.r.技術(shù)的體育電視節(jié)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)--球類競(jìng)技節(jié)目中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、<p>　　基于A.R.技術(shù)的體育電視節(jié)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)--球類競(jìng)技節(jié)目中的設(shè)計(jì)應(yīng)用</p><p>　　摘 要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)或稱擴(kuò)增實(shí)境 (Augmented Reality,簡(jiǎn)稱AR)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域最新創(chuàng)新技術(shù)[1]，從當(dāng)前體育節(jié)目直播的現(xiàn)狀和存在的問題出發(fā)，應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以彌補(bǔ)現(xiàn)有體育節(jié)目直播手段的缺憾，而且能很好地對(duì)體育節(jié)目中的技戰(zhàn)術(shù)對(duì)觀眾進(jìn)行一個(gè)很好的詮釋。通過介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念，及其現(xiàn)

2、代電視直播節(jié)目的特點(diǎn)，以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在數(shù)字化電視節(jié)目上的具體應(yīng)用例證，證明了AR技術(shù)在電視節(jié)目應(yīng)用上具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)和較大的潛力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);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(qiáng)現(xiàn)實(shí)這一領(lǐng)域連續(xù)發(fā)動(dòng)新攻勢(shì)，不僅發(fā)布了基于視覺的AR平臺(tái)與免費(fèi)SDK，更舉辦全球AR應(yīng)用的開發(fā)挑戰(zhàn)賽，獲勝獎(jiǎng)金總額為20萬元。AR技術(shù)憑借其廣泛的應(yīng)用空

3、間，被業(yè)內(nèi)稱為未來最具活力和前途的技術(shù)之一。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)或稱擴(kuò)增實(shí)境(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR)技術(shù)是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用背景。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門綜合技術(shù)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，圖像可視化，人機(jī)交互，人工智能，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，高性能計(jì)算等許多領(lǐng)域的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有三大特點(diǎn)：沉浸感、交互性和構(gòu)想性，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展來的新技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)

4、提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而起到對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的一個(gè)補(bǔ)充說明的作用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通常是以透過式頭盔顯示系統(tǒng)和注冊(cè)(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(jié)合的形式來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　一、國內(nèi)外AR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　近幾年來增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國內(nèi)外有不少的應(yīng)用案例，例如日本紅十字會(huì)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及可愛的動(dòng)畫角色初音未來號(hào)召大家獻(xiàn)血;Google在三藩市舉行的Go

5、ogle I/O 2009大會(huì)上，擺放了這個(gè)叫做Google Holodeck的Street View體驗(yàn)室。進(jìn)去之后全景360度都布滿了大屏幕，顯示Street View各個(gè)方向的街景視圖;倫敦博物館的Streetmuseum(過去實(shí)景重現(xiàn));斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷等。</p><p>　　在國內(nèi)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在旅游業(yè)、古物復(fù)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(nèi)某權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)早在幾年前就通過戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來進(jìn)行圓明園數(shù)字重建，使游客能在園區(qū)內(nèi)不同景區(qū)以多種形式感受數(shù)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(tuán)隊(duì)目前正與中國大陸、臺(tái)灣的故宮博物院合作，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在清明上河圖等知名展示古文物上，不久數(shù)字版的清明上河圖將活靈活現(xiàn)的呈現(xiàn)在游客的眼前;2010年國際車展上，一款名為“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”的互動(dòng)游戲引爆展棚，觀眾爭(zhēng)相體驗(yàn)高新技術(shù)帶來的奇幻效果，這是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國內(nèi)車展

7、上的首次應(yīng)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(duì)南非世界杯場(chǎng)館的展示[2]。在CCTV5《豪門盛宴》這個(gè)節(jié)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面，引發(fā)了許多3D影像愛好者的興趣，時(shí)而是真球員，運(yùn)動(dòng)時(shí)又轉(zhuǎn)換為3D模型人物讓人感覺耳目一新。</p><p>　　據(jù)參加節(jié)目的觀眾介紹，在現(xiàn)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

8、心走到虛擬場(chǎng)景后面去了，由此可以看出CCTV5世界杯豪門3D盛宴虛擬球場(chǎng)技術(shù)使用的是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù).</p><p>　　二、現(xiàn)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(jìng)技節(jié)目時(shí)，解說人員一般在中場(chǎng)休息或暫停期間運(yùn)用各種球類戰(zhàn)術(shù)板，在戰(zhàn)術(shù)板上用筆畫或者標(biāo)記號(hào)碼的棋子來給觀眾講解比賽中出現(xiàn)的團(tuán)隊(duì)配合和或比賽中教練傳達(dá)的技戰(zhàn)術(shù)演練，生動(dòng)性和實(shí)時(shí)性有待提高，觀眾不能很好地理

9、解解說員所表達(dá)的意思。</p><p>　　三、AR技術(shù)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(shù)據(jù)信息和實(shí)時(shí)信息要以圖文的方式供給觀眾(比如精彩團(tuán)隊(duì)配合，教練意圖等);2.不同的體育項(xiàng)目有不同的圖文信息傳達(dá)形式的要求。3.體育賽事的轉(zhuǎn)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(jiǎn)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(gè)實(shí)際項(xiàng)目來闡述下這個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　四、AR技術(shù)在球類直播節(jié)目中的應(yīng)用設(shè)計(jì)</p><p>　　2.制定適合的交互規(guī)則。通過調(diào)研各種電視節(jié)目組成及性質(zhì)，在已有的節(jié)目構(gòu)成和時(shí)間安排下，選擇籃球直播類節(jié)目戰(zhàn)術(shù)講解環(huán)節(jié)應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的比賽直播中戰(zhàn)術(shù)講解環(huán)節(jié)內(nèi)容互動(dòng)性較差，觀眾不能身臨其境地理解解說員所表達(dá)的意思，

11、應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，能夠很好地反應(yīng)比賽中往往神來之筆的配合與戰(zhàn)術(shù)表達(dá)，也方便了解說人員的操作。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)制作場(chǎng)景模型。在模型設(shè)計(jì)方面：本文筆者采用3dDS MAX為建模工具，參照傳統(tǒng)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(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(jù)實(shí)際籃球場(chǎng)的比例大小制作相應(yīng)的場(chǎng)景模型。為了盡量達(dá)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(zhǔn)則：(1)模型面數(shù)的精簡(jiǎn)，每個(gè)角色模型控制在5000個(gè)三角面以內(nèi);(2)貼圖的長寬必須是2的倍數(shù)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(xì)節(jié)部分的明暗陰影，最大限度的利用貼圖的空間!(3)仔細(xì)檢查最終模型上的多邊形網(wǎng)格線和邊界，保證它們都有正確的結(jié)構(gòu)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)畫設(shè)置。</p><p>　　4.設(shè)計(jì)與制作動(dòng)作庫。根

13、據(jù)賽場(chǎng)上不同位置，不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如運(yùn)球、投籃、蓋帽、上籃、扣籃、掩護(hù))，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。每種骨骼動(dòng)畫因位置、身高、體型的不同做出相應(yīng)的微調(diào)，保存為.bip文件，最終匯總成整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作庫。</p><p>　　5.交互制作。該系統(tǒng)采用FLASH平臺(tái)中的FLARToolKit，具有簡(jiǎn)單、快速、基于Web的技術(shù)特征，標(biāo)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(nèi)的圖像，一般采取對(duì)比比較鮮明的圖像作為標(biāo)記物。</p><p>　　6.設(shè)計(jì)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(jī)體感的外設(shè)Kinect。它實(shí)際上是一種3D體感攝影機(jī)，利用即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語音辨識(shí)、社群互動(dòng)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(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)玩家互動(dòng)，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(gè)多語言、跨平臺(tái)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(yīng)用的接口。OpenNI的主要目的是建立一個(gè)雙方通信的標(biāo)準(zhǔn)[3]：

16、視覺和音頻傳感器(這些設(shè)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(shù)據(jù))。</p><p>　　舉例：應(yīng)用程序想跟蹤在三維場(chǎng)景中手勢(shì)的動(dòng)作軌跡。這要求一個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)生成肢體數(shù)據(jù)，也叫user generator用戶生成器。這個(gè)用戶生成器從depth generator深度生成器獲得數(shù)據(jù)。深度生成器是由傳感器實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，它從深s670-'度

17、器件獲取原始數(shù)據(jù)(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(chǎng)景中體型的識(shí)別。輸是時(shí)體型的關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置和方向(常常稱為‘肢體數(shù)據(jù)’)</p><p>　　7.賽事信息設(shè)置。完成比賽信息的整理，將數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，供演播室直接調(diào)用。</p><p>　　8.結(jié)合場(chǎng)景播出。根據(jù)設(shè)計(jì)的場(chǎng)景，系統(tǒng)定制的控制界面直接控制播

18、出，通過網(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(hào)。</p><p>　　使用流程演示：以下是由原理示意圖轉(zhuǎn)化的使用示意。</p><p>　　首先攝影機(jī)對(duì)準(zhǔn)戰(zhàn)術(shù)板，生成立體球場(chǎng)，然后放入代表球員的標(biāo)記物圖片，生成三維球員形象，通過手勢(shì)識(shí)別控制不同球員做出動(dòng)作并演示戰(zhàn)術(shù)。</p><p><b>　　五、小

19、結(jié)與展望</b></p><p>　　本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用利用強(qiáng)大三維軟件3DS MAX來建模并在FLASH平臺(tái)中的FLARToolKit上映射圖像，與C語言相比，F(xiàn)LARToolKit中的AcitionScript3.0語言速度較快，易于識(shí)別，并且應(yīng)用FLARToolKit附帶的MultiFLARExample來生成標(biāo)記物，不僅可使用通常的二維碼標(biāo)記，而且可用照片或其他一些對(duì)比鮮明的圖片，易用性增強(qiáng)[4]

20、。目前，該系統(tǒng)在進(jìn)一步開發(fā)中。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作需要繼續(xù)開發(fā)相當(dāng)數(shù)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(tǒng)控制部分kinect捕捉人物動(dòng)態(tài)骨骼方面還需繼續(xù)加強(qiáng)，并與動(dòng)作庫的更好地結(jié)合。本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在日新月異的技術(shù)發(fā)展過程中，它提供了一個(gè)易于觀眾理解的平臺(tái)，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(jī)、顯示器和更快的處理器，該系統(tǒng)將滿足現(xiàn)代演播室中大多數(shù)體育競(jìng)技球類節(jié)目的戰(zhàn)術(shù)講解要求，如速度，精確度，以及在任何環(huán)境