Virtualität

Virtualität im modernen Workflow

Der TV-Produktions-Markt muss heute mit kleiner werdenden Budgets immer höhere Qualität bei steigender Flexibilität bereit stellen. Eine ganz große Hilfe ist dabei Virtualität. Mit modernen Technologien und Workflows rückt das Design und auch Benutzen von virtuellen Welten für die Fernsehproduktion in greif- und händelbare Nähe. Mit Benutzung der Unreal Engine von Epic Games kann ein hoher Fotorealismus erreicht werden und das trotz Realtime-Rendering. Die Vorteile liegen auf der Hand. Virtualität öffnet neue Möglichkeiten, welche in der realen Welt nicht möglich oder zu teuer wären. Es ist nicht mehr nötig aufwendige, reale Bühnensets zu bauen und die Größe des realen Studios hängt nicht mehr mit der Größe des für den Zuschauer sichtbaren Raumes zusammen.

Auch kann Virtualität eine große Hilfe bei der Automatisierung des Workflows sein. Dies spart Geld und erhöht die Sicherheit, Wiederholbarkeit und Qualität der Produktion.

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Eine starke Partnerschaft für das beste Ergebnis

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Unreal Engine

Die Unreal Engine, entwickelt von Epic Games, ist im Grunde eine Render- und Physikengine für Videospiele. Da moderne Videospiele aber fast denselben Anwendungsfall wie Virtualität in der Studiowelt haben, nämlich möglichst fotorealistisch und live zu rendern, wird die Unreal Engine auch als Basis für Studio-Grafiksysteme genutzt. Ein großer Vorteil sind dabei die enorme Entwicklungsmacht und das Know-How von Epic Games aus mittlerweile Jahrzehnten der Engineentwicklung und der großen Community, die Content, Ideen und Designs erstellt. Mit der Unreal Engine lassen sich sowohl realistische Räume, als auch ganze Außenwelten mit Flora und Fauna und realistische Licht- und Wettereffekte simulieren.

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Zero Density

Zero Density bietet die Schnittstelle zwischen der Unreal Engine und dem Studiogeschehen. Mit dem Produkt Reality Engine hat Zero Density ein direkt auf dem Source-Code der Unreal Engine bestehendes Studiografik-System geschaffen, welches einfach zu händeln ist, aber maximale Performance und Flexibilität bietet. Erst mit Reality wird die Unreal Engine also einfach, schnell und in einem sinnvollen Workflow für die Studiowelt nutzbar. Mit dem Reality Keyer hat Zero Density eine eigene und revolutionäre Keying-Technologie geschaffen. Im Gegensatz zum konventionellen Chromakey handelt es sich hierbei um den ersten, sogenannten Difference Keyer. Eine weitere wichtige Kerntechnologie der Schnittstelle ist das Anwenden der Trackingdaten der Kamera auf die Grafik, um die Perspektive von virtueller und realer Welt zu synchronisieren. Auch hier leistet Zero Density mit der Implementierung aller gängigen Protokolle und der Kalibrierung der Kameraoptik absolut notwendige Arbeit.

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KST Moschkau

Mit unseren Kernkompetenzen als Systemintegrator und Projekthaus ist die KST Moschkau in der Lage den Kunden optimal bei seiner Entscheidung zu beraten und das Projekt von der Grundplanung bis zum schlüsselfertigen Studio sowie dem Usertraining komplett aus einer Hand durchzuführen. Bei einem solchen Gesamtprojekt gehen alle Teilbereiche der Moschkau Firmengruppe Hand in Hand, um das perfekte und individuell auf den Kunden abgestimmte Ergebnis zu erzielen.

Die strategische Partnerschaft mit Zero Density und Epic Games befähigt KST nicht nur zum europaweitem Vertrieb und zur Durchführung zertifizierter Trainings. Das KST Innovation Centers ermöglicht es auch den Workflow und das Produkt aktiv weiterzuentwickeln. Dabei stellt das Innovation Center für alle Partner eine wichtige Entwicklungs-, Demo und Forschungsumgebung dar .

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mehr zum Innovation Center

Anwendungsbereiche

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Virtuelles Studio

Der klassische Anwendungsfall von Virtualität ist ein Virtuelles Studio. Dabei wird ein Großteil des raelen Hintergrundes ausgeschnitten und durch einen Virtuellen ersetzt. Ein Virtuelles Studio ermöglicht es komplexe und fantastische Räume in einem relativ kleinem Studio zu realisieren. Außerdem können die verschiedenen Umgebungen schnell und einfach gewechselt werden. Ein Studio kann innerhalb von Sekunden zwischen verschiedenen Magazinsituationen oder Ähnlichem wechseln. Um ein einfaches Freistellen der Objekte im Studio zu ermöglichen, wird in der Regel mit einer Green Area, also einer grünen Wand gearbeitet.

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Augmented Reality

Im Gegensatz zur Virtuellen Realität wird bei Augmented Reality nicht der Hintergrund ausgeschnitten und ersetzt, sondern einzelne virtuelle Objekte räumlich und perspektivisch korrekt in die reale Umgebung eingebettet. Dabei kann es sich um fotorealistische komplexe Objekte mit Schattenwurf handeln, oder einfache Grafikobjekte, wie zum Beispiel Balkendiagramme, die sich vor dem Moderator aufbauen. Für Augmented Reality wird in der Regel keine Green Area benötigt, was einen flexiblen Einsatz der Grafikelemente in jeder konventionellen Studiosituation ermöglicht.
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Virtual Production / Portalproduktion

Eine besondere Anwendung eines Virtuellen Studios ist die sogenannte Virtual Production. Dabei ist eine Wand im Studio, in komplexen Fällen sogar alle Wände, inklusive der Decke, durch LED-Wände oder eine Grossbildprojektion ausgefüllt. Anstatt den Moderator wie im Green-Screen-Studio auszuschneiden und in einen virtuellen Hintergrund einzusetzen, wird die virtuelle Welt nun direkt auf die Bildflächen gegeben. Essenziell wichtig ist dabei, dass die Perspektive der virtuelllen Welt zur gerade verwendeten Kamera passt. Aus der Sicht der Kamera verschwinden also die Wände und sie werden zu Fenstern oder Portalen in die virtuelle Welt. Für den äußeren Betrachter kann sich diese verzerrte Darstellung verwirrend anfühlen. Mit dieser Produktionsmethode kann man die virtuelle Umgebung in echte Reflektionen in der Aktionsfläche bringen und auch die komplette Beleuchtung des Sets über virtuelle Lichter realisieren.

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Hybridanwendungen

Natürlich können alle beschriebenen Anwendungen in beliebiger Form zu Hybridanwendungen kombiniert werden. Von verwendeter Software, Workflow und Design unterscheiden sich die einzelnen Anwendungsbereiche überhaupt nicht. Je nach Situation kann es also sinnvoll sein, Green Area, Projektion oder LED-Wand miteinander zu kombinieren.

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Kerntechnologien

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Dreidimensionales virtuelles Design

Einer der wichtigsten Bestandteile von moderner Virtualität ist die Dreidimensionalität. Alle virtuellen Objekte und auch die Umgebung sind dreidimensional ausgelegt. Dies ermöglicht es sowohl der Kamera als auch dem Moderator sich frei in dieser Welt und um diese Objekte zu bewegen. Die Dreidimensionalität ist hierbei essenziell für eine richtige Perspektive und den allgemeinen Realismus. Der Designseite sind durch Verwendung der Unreal Engine einfache Tools gegeben und fast keine Grenzen gesetzt. Durch die große Community und den Content Marketplace ist es auch für kleines Geld möglich Expertise einzuholen und bereits fertig designte Objekte oder Umgebungen zu nutzen.

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Green Area

Hauptbestandteil eines Virtuellen Studio ist die Green Area, also die grüne Wand. Hierbei wird in der Regel eine L- oder U-förmige Hohlkehle verwendet. Wichtig sind dabei Radien an allen Kanten, um Schattenwürfe zu vermeiden und eine spezielle, möglichst homogene und reflektionsarme grüne Farbe, welche dem Keying-Prozess als Basis dient. Wichtig: Die Green Area bestimmt nur das Bewegungsareal für Moderator und Kamera, hat aber nichts mit der letztenendes sichtbaren Größe des virtuellen Raumes zu tun. Dieser kann um ein Vielfaches größer sein.
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Beleuchtung

Für den perfekten Key muss die Green Area möglichst homogen ausgeleuchtet sein. Eine viel gesehene Fehleinschätzung ist hier, dass dafür teure und in allen möglichen Parametern regelbare Studioleuchten eingesetzt werden müssen. Durch Einsatz des Reality Keyers ist dies ausdrücklich nicht der Fall. Verstellbares Licht muss im Zero Density Workflow lediglich benutzt werden um den Moderator zusätzlich auszuleuchten oder mit Effekten zu belegen. Die optimale Grundausleuchtung für den Keyer ist ein möglichst homogenes Tageslicht, also Lampen mit einer Temepratur von ca. 5800k.

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Tracking

Um eine Bewegung der Kamera zu ermöglichen ist Kameratracking unabdingbar. Tracking ist in diesem Fall ein Datenstrom, der alle Raum- und Rotations-Koordinaten der Kamera enthält. Auch alle Daten zum aktuellen Zustand der Optik sind in diesem Stream enthalten. Mit diesen Daten ist die Rendermaschine in der Lage jederzeit und synchron die Perspektive der virtuellen Kamera an die der realen Kamera anzupassen. Für die Illusion eines Virtuellen Studios ist präzises Tracking obligatorisch.

Tracking findet aber nicht nur beim Kamera-Tracking Anwendung. Mit Talent-Tracking ist es auch möglich den Moderator und dessen Bewegung zu tracken. Dadurch kann sich der Moderator natürlich in der virtuellen Welt bewegen und mit virtuellen Objekten interagieren.

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Keying

Keying beschreibt das Freistellen des Moderators oder der Objekte in der Green Area, um sie in eine andere Umgebung einzusetzen. Sie ist die wichtigste Technologie im Virtuellen Studio.

Mit dem Realitykeyer hat Zero Density den momentan beeindruckensten Keyer im Markt entwickelt. Im Gegensatz zum normalen Chromakey arbeitet dieser Difference Keyer nicht mit einer grünen Farbpalette, die ausgeschnitten wird, sondern mit einem Referenzbild. Dieses Verfahren ermöglicht unter optimalen Bedingungen einen pixelperfekten Key, ohne Detailverluste wie bspw. einzelne Haare.

Bilder aus dem Serverraum_1.2.1

Rendermaschinen und Komposition

Hauptteil der Arbeitslast im Grafik-Workflow wird von der sogenannten Renderengine getragen. Dabei handelt es sich um eine rechenstarke Workstation, die jeweils für ein gerendertes Kamerabild verantwortlich ist. Aus Performance- und Renundanz-Gründen ist es absolut empfohlen eine Renderenigen pro berenderten Kamerastrang zu verwenden.

Ein besonderer Vorteil des Zero Density Workflows ist, dass sowohl der Keying-Prozess als auch das Rendern der Grafik auf derselben Maschine stattfindet. Durch diese realtime Komposition können die Teile miteinander reagieren, was für realistische Interaktionen zwischen Kamerabild und Virtualität sorgt. So tauch der Moderator zum Beispiel in der rein virtuellen Reflektion des spiegelnden virtuellen Bodens auf.

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Live Operating

Wichtig ist auch die Schnittstelle zur Regie im Livebetrieb. Über die tiefreichenden Softwaresysteme Reality-HUB, -Action und -Setup ist es möglich das Gesamtsystem bis ins kleinste Detail aus einer Softwareoberfläche zu konfigurieren und mittels eines einfachen, für den Operator aufbereiteten, Interfaces im Livebetrieb zu händeln, zu steuern und mit Content zu befüllen. Dabei sind auch Anbindungen an Automatisationssysteme und Datenbanken möglich.

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Felix Moschkau

Projekt- & Produktmanager

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