Ünite 8: Sanal Stüdyo Uygulamaları

Giriş

Tarihte yapımcılar ve yönetmenler film veya videolarının daha fazla etkileyici olabilmesi için çeşitli yöntemler kullanmışlardır. Bunların içinde son dönemlerde oldukça dikkat çeken ve gerçek yaşamda olmayan ya da gerçekleştirilmesi oldukça zor çekimler daha basit, az maliyetli ve etkileyici bir biçimde tasarlanarak sinema ve televizyon izleyicilerine sunulabilmektedir. Örneğin, Matrix ve Yüzüklerin Efendisi gibi filmler de sanal çekim teknolojisinden yararlanılmıştır.

Sanal Stüdyo Sistemlerinin Yapısı

Daha önceki stüdyo donanımlarından oldukça farklı olan bu tür araçlar kamera, ışık ve dekorların bir araya gelmesi ile meydana gelir. Sanal stüdyo uygulamalarında ise, stüdyo içine gerçek dekor yerine genellikle yeşil ya da mavi renkten tasarlanan bir fon (perde, sunta vb.) yerleştirilir. Fon renginin yeşil ya da mavi seçilmesinin nedeni ise insan teninde bu renklerin baskın olmamasıdır. Gerçeklik etkisinin ve görsel boyutu arttırmak amacıyla bu renkli (yeşil veya mavi) fonların önüne masa, sandalye ya da video monitör gibi gerçek objeler de yerleştirilebilir.

Televizyon yapımlarında kullanılan gerçek çekim ekipmanları, dekorlar ve set olarak kullanılan mekânlar, sanal kamera hareketleri ve bilgisayarlarla üretilen grafiklerle birleştirilerek yeniden bir araya getirilir. Sanal stüdyo uygulamaları televizyon yapımcılarına bilgisayar yazılımları kullanılarak üretilmiş stüdyo ortamı görsellerini gerçek stüdyo çekim ortamıymış gibi kullanma olanağı verir. Bu sistemlerde grafik teknolojisiyle geliştirilmiş dekorlar, oyuncular, kamera hareketleri ve aydınlatma teknikleri gerçek stüdyo ortamında çekilmiş görüntülerle bir araya getirilerek kompozit görüntü oluşturulur. Bu noktada kullanılan kavramları tanımlamakta da fayda vardır.

Set: Sanal fonu oluşturan ve sanal fon içinde yer alan görsel objelerin oluşturduğu görsel bütünlük (sanal dekor vb.).

Kompozit Görüntü: Farklı kaynaklardan elde edilen görsel malzemelerin uyumlu bir bütün oluşturacak şekilde aynı çerçevede birleştirilmesiyle ortaya çıkan görüntüdür.

Bir sanal stüdyo uygulamasında set ortamının görseli yazılımla üretilir. Bu sanal setin içine önceden kaydedilmiş gerçek bir oyuncunun görüntüsü de adapte edilebilir (örneğin Superman gibi). Bu sistemde kullanılan yazılımlar, yapım aşamasında ya da yapım sonrası aşamada, set görüntüsü üzerinde veya diğer grafik elemanları üzerinde istenilen değişikliklerin yapılmasına izin verir. Bu sayede çekim tekrarı yapılmasına gerek kalmadan istenilen sonuçlar kolaylıkla elde edilir. Sanal stüdyo uygulamaları televizyon yapımcılarının istedikleri zamanda set ve diğer grafikler üzerinde değişiklikler yapmalarına olanak verir. Yazılımla üretilen set detayları ve grafikler ile gerçek bir stüdyoda yeşil ya da mavi bir fon kullanılarak çekilen oyuncu görüntüsü yine bilgisayar yazılımları kullanılarak birleştirilir. Bu aşamada tercih edilen kamera hareketleri, yazı, resim, şekil gibi grafik ögeler görüntüye entegre edilir.

Sanal stüdyo çekimlerinde bazı sorunlar meydana gelebilir, ancak bunların içinde en büyüğü kamera hareketleri ile sanal fon arasındaki uyumda yaşanır. Kameralar “pedestal” olarak tanımlanan kamera sehpaları üzerine monte edilir. Bu kamera sehpaları sayesinde, kameralara sağa-sola çevrinme veya yükselme-alçalma gibi çeşitli hareketler yaptırılabilir. Kameraların bu gövde hareketlerinin dışında, üzerlerindeki lensler aracılığıyla çekimi yapılan objeye yakınlaştırma ve uzaklaştırma (zoom-in, zoom out) gibi optik hareketler de yaptırılır.

Bu yönüyle sanal stüdyo çekimlerinde şu dezavantajlara rastlanılır.

1. Kamerayla gövde ve lens hareketi yapılamaz.
2. Kamera çekim boyunca sabit kalmak zorundadır.
3. İki ya da daha fazla kamera aynı anda kullanılamaz. Çünkü çekimi yapılan kişi veya obje farklı bir kamera açısıyla görüntülendiğinde, arka planı oluşturan sanal fon sabit kalır, açısı değişmez.
4. Sanal görüntüler üç boyutlu kullanılamaz.

Bu tür dezavantajları ortadan kaldırmanın bir yöntemi ise, çekim sırasında renkli fon üzerine sanal bir görüntü bindirmemek ve sanal fon uygulamasını yapım sonrası aşamaya bırakmaktır. Fakat yapım sonrası aşamada kamera hareketleri ile sanal fon hareketlerini eşleştirmek oldukça zor ve zahmetli bir iş olacaktır. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli özellik ise, kamera hareketlerine göre ya da diğer bir kameranın görüntüleme açısına göre, sanal fondaki perspektifi gerçek görüntünün perspektifine uyumlu hale getirmektir.

Fakat yukarıda sayılan dezavantajlara mukabil sanal stüdyoların avantajları da mevcuttur. Hatta bu avantajlar genelde normal stüdyolarda çekilememektedir. Avantajları şu şekilde sıralamak mümkündür;

Herhangi bir kamera hareketi ya da kamera sayısı kısıtlaması yoktur.

1. Stüdyoda uzaktan kontrollü robot kameralar kullanılabilir.
2. Sanal görüntüler üç boyutlu olarak gerçek görüntüye katılabilir.

Sanal stüdyonun bu imkanlarına ulaşmak ise oldukça emek isteyen bir süreci göze almayı zorunlu kılar. Yani bu ileri sistemler oldukça maliyetlidir ve ilk kurulumları uzmanlarca yapılır. Sanal stüdyo ortamı tasarlanırken programda kullanılmak istenen sanal set önce üç boyutlu olarak modellenir. Set ortamı dekorlarla birlikte modellendikten sonra kamera konumları belirlenir ve ışık kaynaklarının yerleri ayarlanır.

Sanal stüdyoda kullanılan kroma anahtarı (chorma key) nedir: Kroma Anahtarı: Farklı görüntülerin, aralarındaki renk tonu farklılıklarına dayanılarak katmanlara ayrılıp birleştirilerek yeni görüntü elde edilmesini sağlayan bir yapım sonrası tekniğidir. Örneğin, yeşil ya da mavi bir fon önünde çekimleri yapılan bir kişinin, yapım sonrası aşamada arkasındaki renkli fon bir bilgisayar yazılımı kullanılarak yok edilir ve bu bos kalan alana istenilen bir görsel yerleştirilirim. Bu renk yok etme tekniği, yapım sonrası asamaya gerek kalmadan, çekim esnasında stüdyoda yer alan bazı resim seçme masaları aracılığıyla da uygulanabilir. Fakat böyle bir durumda, çekimin gerçekleştirildiği anda birleştirilmiş olan görüntülere yapım sonrası aşamada müdahale edilemez, katmanlarına ayrılamaz.

Televizyon program çekimi için hazırlanan senaryonun öngördüğü doğrultuda kişi çekimleri “kroma anahtarı” (chroma key) tekniği ile renkli fonlar önünde gerçekleştirilir. Sunucu veya oyuncu program senaryosu doğrultusunda performansını sergiler ve performans kayıt altına alınır. Bu tür çekimlerden sonra sanal stüdyonun vermiş olduğu bir imkan ile çeşitli kamera hareketleri, oyuncu takibi ve optik kaydırmalar yapılabilir. Masaüstü yazılıma entegre edilmiş gerçek bir kamera üzerindeki sensörler yardımıyla oyuncu hareketlerini takip eden kamera hareketlerinin verisini aktarır. Kamera hareketleri parametre verisiyle birlikte kaydedilmiş oyuncu görüntüsü çok katmalı bir donanım kullanılarak kompozit görüntü elde edilir. Sistemin çok katmanlı olması sayesinde kullanıcı, kamera bilgisini, oyuncu görüntüsünü ve set parametrelerini birbirinden ayrıştırarak istenen şekilde değiştirebilir.

Sanal Stüdyo Sistemlerinde Etkileşim

Kroma Anahtarı, Farklı görüntülerin, aralarındaki renk tonu farklılıklarına dayanılarak katmanlara ayrılıp birleştirilerek yeni görüntü elde edilmesini sağlayan bir yapım sonrası tekniğidir. Örneğin, yeşil ya da mavi bir fon önünde çekimleri yapılan bir kişinin, yapım sonrası aşamada arkasındaki renkli fon bir bilgisayar yazılımı kullanılarak yok edilir ve bu bos kalan alana istenilen bir görsel yerleştirilir. Bu renk yok etme tekniği, yapım sonrası asamaya gerek kalmadan, çekim esnasında stüdyoda yer alan bazı resim seçme masaları aracılığıyla da uygulanabilir. Fakat böyle bir durumda, çekimin gerçekleştirildiği anda birleştirilmiş olan görüntülere yapım sonrası aşamada müdahale edilemez, katmanlarına ayrılamaz.

Zaman Kodu: Televizyon ve sinema yapımlarında yapılan çekimlerin senkronizasyonu ve tanımlanması için kullanılan zaman bilgisini ifade eder. sistemleri tanımlanırken kameraların kaydettiği görüntü ön plan (foreground, FG) olarak adlandırılır. Kameralar ön plan görüntüsünü oluşturan video sinyalini üretirken, grafik materyalleri üreten bir görsel simülasyon sistemi de ön plan görüntüleriyle birleştirilecek olan arka plan görüntü sinyallerini (background, BG) ve maske (mask) bilgilerini üretir.

Maskeleme sayesinde bir obje ya da kişiyi oluşturan dış çizgelerin sınırları tanımlanır. Ön plan ve arka plan görüntüleri elde edildikten sonra, bu görüntü sinyalleri gerçek zamanlı ve uyumlu görünecek bir şekilde birleştirilerek (compositing) yeni görüntü elde edilir.

Görüntü birleştirme işleminin temelinde kroma anahtarı tekniğine benzer bir süreç bulunur. Bu işlemin ardından kompozit görüntü (FG + BG) görüntü mikserleri, özel efekt cihazları, monitörler ve kayıt cihazları gibi ortamlara yönlendirilirler. Buna ek olarak kompozit sinyallerin her biri çekim yapan kameraların üzerinde yer alan monitörlere (viiewfinder) gönderilir. Bu sayede, çekim yapan kameramanın görüntü çerçevesini doğru bir biçimde ayarlamasına yardımcı olunur.

Sanal stüdyo sistemlerinin üç ayrı alt sisteme ayrıldığını görebiliriz. Bu alt sistemler şunlardır:

1. Kamera Hareketlerini İzleme (Tracking)
2. Oluşturma (Rendering)
3. Birleştirme (Compositing)

Gerçek zamanlı prensibe göre çalışabilmek için yukarıda sayılan alt sistemlerden her biri özel donanımlara bağlı olarak çalışır. Söz konusu özel donanımların gereklilikleri şunlardır:

1. PAL veya NTSC video için 50 Hz ya da 60 Hz oranında video oluşturabilme (render).
2. Görüntüyü yüksek hassasiyetle takip edebilme, izleme kabiliyeti
3. Gerçek zamanlı doku eşleştirme ve resmin farklı tonda piksellere sahip bölgelerin n kenarında ara tonlara sahip pikseller oluşturma.
4. Yüksek çözünürlüklü arka plan dokuları.
5. Birden fazla kamera kullanabilme desteği.
6. Birden fazla kamerayı destekleyebilen izleme sistemi ara yüzü.
7. Mercek kalibrasyonu verisinin sağlanması.
8. Birden fazla model formatını sisteme aktarabilme.

Optik sistemlerden önce geliştirilen elektromekanik sistemler sanal stüdyo uygulamalarında daha yaygın biçimde kullanılır. Elektromekanik sistemler iki alt kategoriye ayrılır:

1. Aktif sistemler: Aktif sistemlerde kamerayı, örneğin kamera kontrol ünitesi aracılığıyla hareket ettirmek için servo kontrollü mekanizmalar kullanılır.
2. Pasif sistemler: Pasif sistemlerde ise sensörler kameramanın yaptığı kamera hareketlerini algılar. Bu sensörler küçük işaretleri algılayan optik kodlayıcırlardır.

Elektromekanikler izleme sistemini kullanan birsinin şunlara dikkat etmesi gerekir:

1. Kalibrasyon: Doğru parametreleri elde edebilmek için merceklerin verdiği değerlerin iyi bilinmesi gerekir. Örneğin, optik kaydırma ve odak uzaklığı bilgisi kameranın yatay görüş açısının belirlenmesi için bilinmelidir.
2. Konumlandırma: Kameralar stüdyonun boyutları, oyuncu hareketleri, dekor özellikleri, grafik ögelerin yeri ve benzeri noktalar göz önüne alınarak doğru konumlandırılmalıdır.
3. Sistemdeki Kamera Sayısı: Her kamera sanal stüdyo sistemine entegre edilmiş olmalıdır.
4. Kamera Kullanımı: Sanal stüdyo sistemlerinde kamera hareketleri mekanik düzenlemeler sayesinde gerçekleştirilebilir.

Elektromekanik sistemin alternatifi olan sanal stüdyolarda rendering (oluşturma) önemli bir aşamayı temsil eder. Rendering ise, doku, ışık değerleri, gölge bilgisi, geometri, bakış açısı gibi sahne belgelerin bilgisayar yazılımları tarafından işlenerek yeni görselin elde edilmesi aşamasıdır.

Sanal stüdyolarda iki boyutlu arka plan hazırlama: görselin merkezinde bir kamere yerleştirildikten sonra, Pan, tilt, zoom gibi kamera hareketleri yapıldığında, kamera hareketleriyle eşzamanlı olarak arka plan görselinin perspektifi de değiştirildiğinde, kamera hareketi gerçeklik hissi verecek şekilde simüle edilebilir. Arka plan görselinin perspektifindeki değişiklik ise, bir üç boyutlu grafik sistemi ya da dijital video efekt sistemleri (DVE) kullanılarak gerçekleştirilir.

Sanal stüdyolarda üç boyutlu arka plan hazırlama: Bu yaklaşımda sanal set üç boyutlu modelleme yöntemiyle tasarlanır. Tasarım aşamasında, stüdyo çekimini yapan ger-çek kamerayla aynı görüş açısına, konumuna ve alan derinliğine sahip bir sanal kamera set tasarımına dahil edilir. Burada kamera hareketleri konusunda herhangi bir sınırlama yoktur. Kameraman, sensörler tarafından algılanabilir olmak kaydıyla, yönetmenin istediği her türlü kamera hareketini yapabilir. Burada sanal set görsellerinin oldukça detaylı hazırlanması gerekliliği karsımıza çıkar. Sanal stüdyo uygulamalarının standart video yapımdan birkaç yönü ile ayrılır.

1. Oyuncuların görüntüleri yeşil ya da mavi chroma key fonu önünde çekilmelidir.
2. Renkli fonun aydınlatması gölgesiz ve homojen olmalıdır. Çekim sırasında oluşan gölgeler, kompozit görüntüdeki kişi gölgelerinin eklenmesini güçleştirir.
3. Çekimi yapılan sunucular etkileşime girecekleri objeleri doğrudan göremezler.

Sunucular, etkileşimde bulunacakları sanal objeleri rahatlıkla görebilecekleri bir video monitörden takip ederler. Örneğin, bir hava durumu bültenini sunan kişi yeşil ya da mavi bir fon önünde gerçekten bir görsel varmış gibi sunusunu yapar. Renkli fon üzerine bindirilmiş sanal görüntüyü de karsısında duran video monitörden takip eder. Sanal stüdyolarda setin (ortamın) meydana getirilmesi de önemli bir aşama olarak karşımıza çıkar.

Sanal stüdyo ortamı, gerçekte olması istenen bir dekor tasarımıyla üç boyutlu grafik hal inde üretilebilir. Bu sanal sette kullanılacak objelerin boyutları, ışık kaynaklarının set içindeki pozisyonları, kameraların bakış açıları gibi görsel teknik ve estetik özelliklerin değerlendirilmesi gerekir. Bu parametreler çekim sırasında ve sonrasında kullanıcı ara yüzü kullanılarak güncellenip yeni düzenlemeler yapılabilir. Sanal stüdyo uygulamalarında, senaryo gereği programda yer alan oyuncu veya sunucu gibi kişiler renkli chroma key fonu önünde kameralarla kayıt altına alınır. Kompozit görüntüyü meydana getiren set görseli ve içindeki oyuncu görüntüsü çok katmanlı çalışan bir görüntü işlemcisi kullanılarak elde edilir. Her katmanda yer alan bilgiler kullanıcının isteği doğrultusunda gerçek zamanlı olarak güncellenebilir.

Sanal Stüdyo Sistemlerinde Etkileşim

Sanal stüdyolarda programın içeriğini izleyiciye aktaran kişi ya da kişiler program içeriğinin görselleştirilmesini sağlayan çeşitli grafik ögeleriyle etkileşime girmek durumunda kalırlar. Ancak çekim sırasında sunucu ya da oyuncular söz konusu nesnelere gerçekten dokunamazlar. İzleyicinin, gerçekçi görünmeyen bu durumdan rahatsız olmaması için oyunculara doğru referansları verilerek gerçekçi ve doğal görüntülerin elde edilmesi sağlanmalıdır.

Renkli bir zemin ve renkli bir fon önünde yer alan gerçek nesnelerle sanal set ögeleri arasında gerçekçi bir fiziksel temas olduğu algısı elde edebilmek için, kullanılan yöntemler temelde iki prensibe dayanır:

1. Sanal nesnelerin sette yer alan gerçek nesnelerle temasını gerçek zamanlı olarak düzenlemek.
2. Compositing sürecinde gerçek ve sanal nesneler arasındaki temasın geliştirilerek, bütün ögelerin daha entegre bir yapıda görünmesini sağlamak.

Sanal stüdyo sistemlerinde çoğunlukla kullanılan mavi ya da yeşil ekran teknolojisinin iki boyutlu yapısı, üç boyutlu bir etkileşime imkân vermemektedir. Oyuncular senaryo doğrultusunda önceden belirlenmiş ve set üzerinde işaretlenmiş alanlarda hareket ede-bilmektedirler. Sanal nesnelerle doğrudan temas ediyorlarmış gibi görünmeye çalışmaları ise, iyi bir hazırlık yapılmadığında doğal görünmeyen ve izleyiciyi rahatsız edecek sonuçlar doğurabilir. Sözü edilen bu durum canlı yayınlarda daha dikkat çekici bir hal alır. Özellikle, oyuncu hareketleriyle nesnelerin hareketleri senkronize edilmediğinde, izleyici doğal olmayan durumu kolaylıkla fark edecektir. Oyuncunun daha inandırıcı bir etkileşim içinde olmasını sağlamak ve yukarıda tanımlanan izleyiciyi rahatsız edecek durumları ortadan kaldırmak için, oyuncuların iyi tasarlanmış üç boyutlu set dekorları içinde konumlandırılmaları gerekir. Sanal stüdyonun üç boyutlu ve inandırıcı olacak kadar detaylı modellenip tasarlanması zor ve uzun zaman alan bir istir. Buna ek olarak, canlı yayınlarda üç boyutlu görsellerle stüdyo çekimlerinin eşzamanlı olarak bir araya getirilip yeni görüntünün çıktısının alınması isi oldukça pahalı ve karmaşık bir altyapıyı gerektirir.