河南广播电视台沉浸式4K超高清演播室XR技术系统设计方案.pdf
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1、关键词XR 显示系统 XR 实时渲染系统 XR 扩展系统 动捕系统河南广播电视台沉浸式 4K超高清演播室 XR 技术系统设计方案 作者 河南广播电视台范祥林杨晖李沁摘要本文结合河南广播电视台 XR 沉浸式 4K 超高清演播室虚拟场景舞美大屏设计方案,系统介绍了该项目 XR 技术系统及技术点,对 XR 显示系统、XR 实时渲染系统、ViCave 播控系统、PNS 动捕系统、ViFace 面捕系统、Mo-Sys跟踪系统进行了全面阐述。影视学会节目制作与传输专委会年会论文精选2021 年河南广播电视台将 600 平方米演播厅改造成首个 XR 沉浸式 4K 超高清演播室,将舞美大屏设计为 CAVE 圆
2、弧大屏+地屏,结合 XR 沉浸式演播室技术、空间定位技术、AR 虚拟植入技术、MR 混合现实异地访谈技术,融合 4K 超高清、5G 通信和 NDI等新科技手段,采用当今流行 UE 制作引擎,大屏及XR 扩展内容实时点对点渲染输出呈现,达到 XR 沉浸式演播室虚拟空间扩展、虚实结合的舞美效果。河南广播电视台 XR 沉浸式 4K 超高清演播室已应用于 2022 年、2023 年“中国节日”系列等重要节目的录制制作中,同时应用于梨园春武林风等台重要常态化栏目的直播中。XR 沉浸式 4K 超高清演播室的空间设计,一是考虑河南广播电视台节目制作需求与空间视觉艺术效果相适配;二是要具有前沿的设计理念思路,
3、要符合新时代的应用需求,表达地方特色的深刻含义,区别于其他同类演播室;三是演播室设计应满足沉浸感、虚实结合及空间扩展等多种形式的需求,其不仅彰显河南广播电视台的媒体形象,更能引领演播室的发展潮流,并能在一定的时间内保持技术领先地位。演播室空间设计有效引入强沉浸式仿真拍摄方式,突出扩展现实技术特点,演播室镜头机位满足各类节目需求。一 系统设计架构 系统整体设计架构包括 XR 显示系统、XR 实时渲染系统及 XR 扩展系统、大屏播控系统、机位及镜头规划设计。1河南广播电视台600m2演播室为梯形演绎空间,远端墙面宽度 25m,控制室和设备间位墙面宽度为17m,梯形高度 29m。舞台位于梯形长边大空
4、间位置,XR 显示屏采用弧形立屏+半圆形地屏的造型设计。1600m2演播室平面图25m2.7m13.2m29m9.64m17m2.95m2.8m2.8m6.4m9.1m18.5m3.5m3.4m4.2m3.85m2.1m1.6m0.9m0.9m观众席收齐,宽 2.0m,到墙 2.95m,观众席总长 14m舞 台14.4m5.5m灯架墙大屏后墙距灯架墙 0.7m,灯架墙距大屏背架 2.3m特约专题INDUSTRY TOPICS060 二 XR 显示系统 XR 显示屏分为立面 LED 显示屏(立屏)和地面 LED 显示屏(地屏)。立屏为直径 17m 的半圆形弧度矩形屏体。LED 屏表面采用封胶工艺
5、,抗磨损、防滑,表面工艺可修复、翻新。LED 屏幕的亮度、色温等参数,可结合环境亮度,全屏统一调节,并支持硬件工作状态监测。1.立面 LED 显示屏显示设计立面 LED 显示屏安装于地面 LED 显示屏上方,弧形弧长 26.5m,弦长 17m,弧度 178.628,箱体单元间角度 3.37,屏体高度 6.5m。立面 LED 显示屏采用 2.6mm 像素间距,屏幕尺寸为 26.5m(宽)6.5m(高),面积 172.25m2,距地面高 0.4m,分辨率 101762496。2.地面 LED 显示屏显示设计地面 LED 显示屏通过型材支架安装于地面,为半圆+矩形的方式,地屏位于立屏下方,地屏型材支
6、架兼顾承重地面显示屏、立面显示屏及立屏支架,地屏宽度17m,深度12.5m;地屏显示面离地高度0.4m。地面 LED 显示屏采用 2.6mm 像素间距,屏幕尺寸为17m(宽)12.5m(深),面积 187.5m2,分辨率最宽 6528、最高 4800。3.显示屏配套设备及布线设计显示屏配套设备主要包括配电箱、HDMI 光纤线、网线、电源线等,可满足 XR 显示屏的供电及信号传输要求。600m2演播室设备间设置在观众席后方,图像拼接控制器设备和虚拟渲染服务器、播放服务器等设备安装于设备间机柜中。图像拼接控制器设备的输入接口直接对接渲染服务器和播放服务器的 4K 输出信号,图像拼接控制器设备的输出
7、信号通过 HDMI2.0 光纤线布设至 XR 显示屏旁的设备机柜中,连接 LED 视频控制器设备。图像拼接控制器设备的控制信号通过 RS232 线和网线接入调试位的控制台设备和控制服务器,通过控制台和控制服务器直接对图像拼接控制器进行操作控制。XR 显示屏旁机柜中的 4K LED 视频控制器,通过六类网线接入 XR显示屏。立屏的网线从每列单元箱的底部进线,向上串联;地屏的网线由中线进线,向左右两边串联。电源部分,由 XR 显示屏旁的 2 台配电箱,通过国标RVV32.5mm2分别给立屏和地屏进行供电。立屏的电源线从每列单元箱的底部进线,向上串联;地屏的网线由中线进线,向左右两边串联。三 XR
8、实时渲染系统及 XR 扩展系统 系统采用“7+2”点对点的大屏渲染模式,7 台主渲染服务器+2 台备渲染服务器来保障整个大屏的显示,其中,7 台主渲染服务器中 4 台用作立屏渲染、3 台负责地屏渲染,单台最大分辨率不超过 4K,最终达到对于大屏的点对点渲染效果;2 台备渲染系统作为热备。通过 DP1.2接入图像拼接控制器实现对大屏的分辨率点对点渲染。图像拼接控制器输出 8 路 HDMI2.0 信号,通过光纤 HDMI 对接 LED 视频控制器,LED 视频控制器通过网线控制演播室 LED 大屏播放显示。2LED 显示屏显示设计表1XR 显示系统架构云控制系统云控制系统负责管理大屏包装系统、大屏
9、上电系统、大屏拼接系统LED 大屏控制器LED 大屏控制器,采用“8+2”设计,8 路主输出分别对应立屏 4 台,地屏 4台。冷备 2 台控制器LED 大屏拼接控制器大屏拼接控制器对 XR 分布式渲染内容进行整体拼接、切割,通过光纤 HDMI发送给 LED 大屏控制器大屏包装系统作为普通大屏使用,大屏包装系统对各类需要播放内容的图层编排和播放编排,支持各类流媒体信号、NDI、SDI 接入LED 大屏电源系统LED 大屏电源箱分别对应地屏和立屏,供电系统采用了远程控制技术,控制整体大屏电源的开关Advanced Television Engineering061渲染服务器采用服务器高速 GPU
10、图形渲染主板、NVIDIA RTX6000 显卡、128GB 内存、Intel Xeon Gold 6244 3.6GHz CPU,配备 8K pro 视频卡,系统可采集流媒体、NDI、SDI 等外来视音频信号。渲染引擎系统软件采用 UE 渲染引擎,系统可以直接导入 3ds Max/Maya 等三维建模软件 FBX 模型,无需修改即可进行实时渲染使用。通过三维缝合编辑系统软件能够对虚拟屏幕的位置、角度、大小、显示方式进行调整编辑,使其真实显示的图像与虚拟空间屏幕对应,达到精准还原虚拟三维空间的目的。通过 LED 多屏色差调节软件能够校正 LED 屏幕色差,提供灵活多变的调色设置,消除同一观看点
11、不同屏幕存在的色差问题,可调节参数包括红(R)、绿(G)、蓝(B)、透明度、亮度、对比度、饱和度、伽马值,丰富的参数调整功能,保证屏幕的显示效果。通过资源同步系统软件能够实现场景资源同步功能,可以同频图片、视频、动画、三维模型等其他系统资源,提升资料源的拷贝与同步时间,能够防止病毒的传播与感染。配置 40G 核心网络交换机用于整体系统的网络连接,包括控制机与服务器的连接、跟踪系统与控制机的连接、灯光系统与控制机的连接、信号输入系统与渲染系统的连接等。1.ViCave 播控系统播控系统用于操作和控制多台 CAVE 渲染服务器和 XR 扩展现实渲染服务器,预览系统拍摄信号、调节屏幕颜色、采集跟踪数
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