Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Введение

Современные информационные технологии представляют огромный выбор инструментальных и программных средств для создания образовательных продуктов. Часто единственное препятствие к более свободному освоению IT-технологий студентами, учителями, преподавателями – это неосведомленность о технологическом процессе и отсутствие конкретных рекомендаций по разработке цифрового образовательного ресурса на базе той или иной технологии. По мнению авторов, широчайшим дидактическим потенциалом обладают  технологии, связанные с обработкой графической и видеоинформации [1-3].

В частности, одной из популярных на сегодня IT-технологий является Хромакей (Chromakey, кеинг) – технология экспресс-вырезания ненужной части контента из ряда кадров путем раскраски ее в заданный, однородный, ключевой цвет с последующим наложением нескольких видеослоев.

В современном мире эта технология прочно вошла во все сферы представления видеоинформации: от кино (художественного или научного) до телепередач в записи или прямом эфире благодаря таким качествам, как быстрота создания продукта, минимальные затраты производства и хранения декораций к фильму, простота в использовании и доступность.

Однако, эта технология, несмотря на ряд выделенных положительных качеств, практически не знакома широкому кругу пользователей, за исключением специалистов в области профессионального видео. На наш взгляд, знание Chromakey может быть очень полезно, в частности, в работе учителя, преподавателя. Поэтому исследование в области технологии Chromakey, адаптирования ее для образовательной сферы и разработка рекомендаций для пользователя, обладающим начальными навыками работы с базовыми информационными технологиями, является актуальным.

Объектом данного исследования является технология chromakey. Предмет исследования: технология создания учебного интерактивного видеокурса на основе технологии Chromakey.

Целью исследования является разработка на основе технологии chromakey технологии создания интерактивного учебного видео.

Для достижения цели был сделан анализ литературных и Интернет - источников по проблеме исследования, изучена технология Chromakey (сущность, история появления и развития данной технологии, обеспечивающие программные средства), определены дидактические требования, предъявляемые к учебному видео, разработана технологию создания кеинг-видео с интерактивными элементами управления потоком видео.

Средства реализации эффекта Chromakey

Хромакей (англ. chroma key, буквально «цветовой ключ») — технология совмещения двух и более изображений или кадров в одной композиции на базе цветовой рирпроекции [5, 6]. Хромакеем называют как процесс совмещения, так и задний фон. Ещё одно название технологии Chromakey – кеинг. Рирпроекция – это использование однотонного фона с последующим его удалением.

Хромакей, или кеинг позволяет существенно экономить на декорациях: не нужно тратить время на их установку, переезжать с места на место, строить громоздкие и дорогие декорации, занимать место для их хранения. 

Основой технологии Chromakey является процесс «вырезания» элементов видеоряда – рирпроекция. Существует множество различных способов получения рирпроекций [3, 5, 6]. Для этого используются различные программные средства обработки графической информации. Мы проанализировали доступную информацию, основные результаты привели в таблице 1:

Таблица 1.

Характеристика основных способов получения рирпроекции.

Кратко охарактеризуем каждый способ рирпроекции, приведенный в таблице 1.

1. Хромакеинг с использованием фоторедакторов.

Самый прямолинейный (и трудоемкий) способ - использование обычного фоторедактора, например, Photoshop. Если вы умеете вырезать изображение в Фотошопе, можно это применить и для видео. Нужный фрагмент видео экспортируется в виде последовательности картинок (кадров) и каждый кадр редактируется в Фотошопе - вырезается человек и сохраняется на прозрачном фоне. Такая работа требует терпения и времени: 5 секунд видео потребует отработки 125 кадров.

2. Хромакеинг с использованием Маски.

Многие программы, например, Premiere Elements, для видеомонтажа позволяют использовать различные маски, в том числе и динамические.

Маска - это специальная разметка, делающая прозрачными какие-то части видео (например, фон). Через них можно видеть другое видео, размещенное на дорожке ниже в качестве нового фона. Этот способ ненамного легче предыдущего, требует много времени и навыков, поэтому его мало кто использует.

3. Хромакеинг аппаратным способом.

Для получения хромокеинга аппаратным способом на стену вешается полотно или экран (иногда используют уже окрашенную часть помещения специальной краской) реже синего, а чаще зеленого цвета. Помещают на этот фон персонаж (персонажей) или объекты съемки. И при съемке, выходной сигнал прогоняется через специальное оборудование (т.е. сигнал с видеокамеры подается на вход специального аппарата), предназначенное для хромакеинга, которое естественно имеет массу всяких настроек. Также на вход подается сигнал уже с нужным видео, которым должен быть заменен фоновый экран. И уже на выходе из этого аппарата – готовое видео.

Достоинства: Видео получается высокого качества.

Недостатки: Данное оборудование стоит десятки тысяч долларов, которое просто не в состоянии позволить себе каждый желающий. Такое оборудование имеется даже не во всех видео-студиях профессионального уровня.

4. Хромакеинг с использованием видеоредакторов, плагинов.

Для получения хромокеинга программным способом на стену вешается полотно или экран (иногда используют уже окрашенную часть помещения специальной краской) реже синего, а чаще зеленого цвета. Помещают на этот фон персонаж (персонажей) или объекты съемки. Снимают данное видео как есть и потом его захватывают или импортируют в компьютер. На компьютере с помощью специального программного обеспечения вырезается фон за объектом, а далее меняется на любое другое видео.

Достоинства: Затрат на декорации почти никаких! Достаточно иметь персональный компьютер и программу или плагин к видеоредактору (программа видеомонтажа).

Недостатки: Качество видео после программной обработки напрямую зависит от сделанной съемки, и зачастую оставляет желать лучшего. Но я бы не отнес это к недостаткам, скорее к правилу для создания проекта: «Хочешь хорошее качество ролика – удели больше внимания процессу съемки».

5. Хромакеинг с помощью Difference Matte.

В программе Adobe After Effects есть интересный для нашей темы эффект Исключение фона (Difference Matte). Идея такова: вы снимаете неподвижной камерой (не сдвигая ее!) сначала фон, а потом человека на этом же фоне. Фон без человека помещается на монтажный стол и в окне эффекта указывается как Выделяемый слой (Difference Layer). На вышележащую дорожку кладут видео с человеком. Эффект сравнивает два фрагмента (с человеком и без) и одинаковые пикселы делает прозрачными (уровень схожести пикселов можно задавать). В результате, мы должны получить на видео человека без фона и использовать его для наложения на любой другой фон. Звучит заманчиво, но на практике результат получается, мягко говоря, посредственный. Много зависит от фона, камера должна быть абсолютно неподвижна, человеку желательно двигаться быстро.

Для себя мы выбрали наиболее реальный способ замены фона на видео - chromakey (по-русски произносится хромакей) – с помощью плагина ultra key на базе семейства Adobe (видеоредактор Premiere Elements 12, Adobe Premiere CS6).

На примере работы с зеленым экраном в Adobe Premiere CS6 мы приведем конкретные рекомендации по созданию рирпроекции для последующей обработки в качестве отдельного эпизода.

После съемок ведущего на зеленом фоне, полученное видео загружается в окно проектов Adobe Premiere  и выкладывается на временную шкалу. Первое что нужно сделать — это убрать лишнюю информацию с хромакея (часть студии, вошедшей в кадр), оставив лишь зеленый фон. Для этого необходимо воспользоваться видеоэффектом Обрезать.

Выберите меню Видеоэффекты -> Преобразовать -> Обрезать, задайте рамку вашему кадру. Внимательно проследите, чтобы объект не выходил во время движения за пределы созданной рамки.

Разместите этот слой поверх дорожки с видеофоном.

Теперь можно приступить к созданной хромакей композиции. Выделите нижний слой видеофона и примените эффект Ultra Key (в русифицированной программе Ключ Ultra.

Выберите меню Видеоэффекты -> Прозрачное наложение -> Ключ Ultra, и с помощью пипетки в элементах управлениях эффектов, удаляем выбранный цвет. С помощью тонких настроек в данном меню, можно избавиться от незначительных шумов и неточностей, получившихся при ведении съемок.

Дидактические принципы создания учебного видео

Видео давно используется в практике обучения и воспитания. На современном этапе выделяют такие виды учебного видео, как видеозапись лектора, «живая» запись лекции, студийные видеоуроки и видеолекции, слайд-фильмы, интерактивные видеоуроки и видеолекции. В последнем случае имеется в виду, сопровождение окна с видеолекцией еще несколькими со схемами, иллюстрациями, слайдами [4].

Однако все эти виды учебного видео не обладают функциями контроля или проверки знаний, поэтому понятие интерактивности может быть применено к ним очень условно.

Тем не менее, мы выделили определенные дидактические требования к учебному видео:

-          Обеспечение принципа системности. Наличие отдельных учебных эпизодов с четко определёнными целями и задачами. Это позволяет повторное их использование в любом порядке.

-          Обеспечение принципа наглядности. Использование различных способов визуализации: таблицы, изображения, анимация, видео, диаграммы и т.п.

-          Обеспечение принципа доступности. Повествование должно идти на понятном для данного возраста научном уровне.

-           Обеспечение принципа индивидуализации и дифференциации обучения. Возможность выбора индивидуального темпа обучения.

Видео, создаваемое в технологии кеинг, обладает рядом дополнительных качеств, отвечающих образовательным целям и задачам.

1.    Мультимедийность передаваемой информации: анимация, видео, звук, текст в одном экспозиции.

2.    Живая речь, не перегруженная лишней информацией.

3.    Исключение погрешностей экспозиции, связанной с обращением к доске, речевых пауз и др.

4.    Эффект присутствия: наглядное погружение в изучаемые явления, свойства, территории, временные периоды и т.д. за счет реалистичной смены фона.

5.    Возможность внедрения элементов управления видеопотоком, позволяющих реализовать функции контроля и тестирования.

Технология создания учебного интерактивного видеокурса на основе Chromakey

Изучение технологии Chromakey, разработка технологии создания в Chromakey интерактивных элементов управления видеопотоком, а также учет дидактических требований, которые предъявляются к учебному видео, позволили нам разработать технологию создания учебного интерактивного кеинг-видео (рис. 1).

Рис. 1. Этапы создания учебного интерактивного кеинг-видео.

Опишем подробнее каждый этап нашей работы на примере видеокурса «Занимательная схемотехника» для учащихся 5-6 классов.

1 этап. Постановка образовательных цели и задач.

Цель и задачи создаваемого образовательного продукта определяются конкретной педагогической ситуацией. Например, при создании видеокурса «Занимательная схемотехника» для учащихся 5-6 классов цель – обучение основам электросхемотехники (пропедевтический уровень) учащихся начальных классов.

Задачи: дать представление о назначении, принципе действия основных элементов электрической цепи, показать их условное обозначение; научить чтению простых электрических схем; делать предположения о работе схемы и проверять предположения экспериментальным методом; распознавать действие электрических приборов в своем окружении; принципам безопасной работы с электрическими приборами; проверить сформированность перечисленных компетенций.

2 этап. Написать сценарий.

А. Идея. Изложение замысла фильма: формирование содержания в одном предложении (примерно 20-25 слов). Это краткое изложение смысла создаваемого фильма.

Б. Структура сценария. Составление структуры сценария: разбивание идеи на сюжетные точки.

В. Работа с ведущим. Проработка персонажа: работа над достоинствами и недостатками главного персонажа. Мониторинг изменений в характере ведущего в ходе рассказа текста, работа с эмоциями, речью, посылами в зал.

Г. Синопсис, тритмент, сценарий. На данном этапе происходит поэтапное написание сценария, добавляйте деталей постепенно: сначала пишется синопсис. Синопсис – это не пересказ событий сюжета, а краткую обрисовку сути создаваемого проекта. Значительная часть идей сюжета и персонажей вообще не упоминается в синопсисе — все детали отсеиваются, остается только самая суть вашего замысла и идеи видеоурока. Затем приступаем к написанию тритмента. Тритмент – это вольное изложение сценария на нескольких страницах. Он написан в авторском стиле, более эмоционально, с деталями самых эффектных и запоминающихся моментов. И только после этого приступаем к написанию сценария.

Д. Доводка сценария. Редактирование текста. Проработка написанного сценария. На данном этапе убеждаемся, что результат соответствует первоначальному замыслу; проверка логики повествования; исправление языковых недочетов. После этого демонстрация  сценария рецензенту – мнение со стороны всегда более объективно. В зависимости от цели конечного продукта (видеоряд) продумывается композиция, ракурсы съемки, одежда (отличные от фона цвета), элементы композиции кадров, подбираются фоновая музыка, пакеты вспомогательных анимационных элементов (футажей) и т.д.

3 этап. Оборудовать съемочную площадку.

А. Экран (Зеленый фон, специальная ткань для Хромакей). Экран лучше выбрать зеленого цвета, оттенок роли не играет. В монтажных программах есть инструмент "пипетка", который точно определит ваш цвет. Экран должен быть монотонным, без швов, не давать бликов (отраженный от экрана свет даст ореол вокруг снимаемого объекта). Материал экрана может быть любым, чаще всего используют ткань, но можно бумагу или окрашенную поверхность (стена, лист ДВП и т.п.), краска должна быть матовой.

Б. Освещение. Освещение - важнейшее условие качественного хромакея. Если снимаете в помещении, используйте мощный осветительный прибор. Свет не должен быть прямым, только отраженным, поэтому направляйте свет на потолок или противоположную от объекта съемки стену (при условии, что стена светлая). Освещение экрана должно быть ровным, без теней.

В. Видеооборудование. Видеокамера (или фотоаппарат) видео в HD разрешении (1280 х 720 пикселей). Меньшее качество на сегодняшний день просто не интересно и не приемлемо, если мы говорим о качественном видео. Светосила не главный критерий при выборе оптики для съемки в хромакей. Оптимальное значение диафрагмы для большинства объективов при съемке для хромакей - F4. Во многих случаях такая рабочая диафрагма обеспечивает резкий контур объекта и достаточную зону резкости. На качество хромакейинга очень большое влияние имеет цветовая субдискретизация и скорость записи вашей камеры. Для профессиональной записи HD изображения используйте камеру обеспечивающую запись данных не ниже, чем 100 Мбит/с при цветовой субдискретизации не ниже 4:2:2, 10 бит. Штатив для съемки, видео должно быть стабильным и без тряски. От вышеперечисленных качеств очень сильно зависит время обработки и монтажа кадров.

4 этап. Съемка действующих лиц.

Человека нужно максимально удалить от фона, он должен быть освещен сильнее, чем фон (чтобы избежать "затекания" фонового цвета на объект), т.е. должен быть контраст между человеком и фоном, и чем он ярче выражен, тем лучше результат. Не забудьте, что у человека не должно быть элементов одежды и аксессуаров в тон экрана, иначе после кеинга получите "дыры" на их месте.

5 этап. Обработка и монтаж видеоряда.

А. Удаление фона у объекта съемок на зеленом экране. В результате у нас получился аналог футажа с альфа-каналом (или дословно – футаж с прозрачной основой), как, например, наш объект. (рис. 2). Футаж (от англ. Footage) — видеофайл, содержащий какое-либо анимированное или просто снятое изображение, используется при видеомонтаже. В кино и в видео так называется необработанный, нередактированный материал, который обычно должен быть обработан для создания двигающегося изображения, видеоклипа, телевизионной программы или обычной завершённой работы.

Рис. 2. Полученный в результате рирпроекции аналог футажа с альфа-каналом (или с прозрачной основой).

Такой футаж ставится в монтажной программе на вторую или выше видеодорожку. Черный фон становится прозрачным, и поверх вашего основного видео появляется созданный объект.

Б. Оформление созданного видео фрагмента без фона (футаж с альфа каналом). На данном этапе происходит объединение и обработка созданных футажей в соответствии со сценарием в едином проекте, накладывание музыкального фона, анимационных фрагментов и других элементов дизайна.

6 этап. Создание и внедрение интерактивных элементов управления.

С помощью программы Camtasia Studio 7 создаем интерактивный видеоролик, иными словами, этой программе у нас имеется возможность добавлять активные элементы в фильм, т.е. с помощью кликов по определённым участкам, находящихся прямо в окне видео, появляется возможность отдавать определённые команды компьютеру.

Активные выноски (флеш-выноски) можно создавать в самой программе или использовать сторонние рисунки. Выноски могут иметь вид текста, затенённой области, текста на фоне, рамки и т.п., а также эта выноска может иметь вид даже пустого места.

Флеш-выноски можно создать из обычных выносок (кроме выносок группы Sketch Motion и трёх выносок из группы Special - Blur Callout, Hightlighter Callout и Spotlight), в том числе текста, а также из любых файлов с изображениями.

7этап. Сохранение видеоряда в видеоформате.

Для создания видеофайла выполняем обычные действия - идём во вкладку меню Файл --> Создать и опубликовать (File --> Produce and share), либо нажать на кнопку в сервис-панели. После чего открывается окно мастера создания фильма (Production Wizard), где мы выбираем раздел "Пользовательские настройки проекта" (Custom production settings).

Жмём "Далее", где выбираем MP4/FLV/SWF - вывод Flash (MP4/FLV/SWF - Flash outputs). В следующем окне выбираем формат видео SWF - это главное, остальные настройки по вкусу, в следующем окне мастера - определимся, будем ли использовать водяной знак, а также в разделе HTML, при установке галочки у строки "Вложить видео в HTML" программа создаст файл с HTML-кодом для публикации видео на сайте.

В последнем окне выбираем название ролика, также, для удобства следует проставить галку у "Упорядочить созданные файлы во вложенных папках", чтобы потом не искать файлы по всей папке. Жмём Готово. Через некоторое время программа создаст готовое видео, которое будет находится в папке C:\Users\ИмяПользователя\Documents\Camtasia Studio\НазваниеВидео.

Файл самого видео - это НазваниеВидео.swf, а файл, с помощью которого можно предварительно посмотреть воспроизведение видео на сайте, будет называться НазваниеВидео.html, для просмотра видео в браузере надо лишь дважды кликнуть по этому файлу.

Заключение

Наше исследование было посвящено проблеме адаптирования для образовательной сферы технологии Chromakey, которая обладает рядом качеств, делающих ее привлекательной для использования в обучении. В частности, речь идет о создания качественного видео при минимальных временных и финансовых затратах на производство.

В процессе работы были получены следующие результаты:

1) Проанализировали и дали характеристику разным способам получения рирпроекции (процесс «вырезания» элементов видеоряда – основа технологии хромакей): с помощью фоторедакторов, например, Photoshop; с помощью масок, в том числе и динамических (программа Premiere Elements), аппаратным способом; с помощью видеоредакторов, плагинов; с помощью эффекта Difference Matte в программе Adobe After Effects. Для себя я выбрал наиболее реальный способ замены фона на видео - chromakey  – с помощью плагина ultra key на базе семейства Adobe: видеоредактор Premiere Elements 12, Adobe Premiere CS6.

2). Разработали конкретные рекомендации по созданию рирпроекции для последующей обработки в качестве отдельного эпизода на примере работы с зеленым экраном в Adobe Premiere CS6.

3). Выделили дидактические требования к учебному видео: обеспечение принципов системности, наглядности, доступности, индивидуализации и дифференциации обучения. Отметили, что традиционные учебные видеофильмы не обладают функциями контроля или проверки знаний. Дали характеристику кеинг-видео: мультимедийность передаваемой информации: анимация, видео, звук, текст в одном экспозиции; живая речь, не перегруженная лишней информацией; исключение погрешностей экспозиции, связанной с обращением к доске, речевых пауз и др.; эффект присутствия; возможность внедрения элементов управления видеопотоком, позволяющих реализовать функции контроля и тестирования.

4). Разработали технологию с конкретными рекомендациями по созданию учебного интерактивного кеинг-видео. Она включает в себя этапы: постановка образовательных цели и задач, написание сценария, оборудование съемочной площадки, съемка эпизодов, обработка и монтаж видеоряда, создание и внедрение интерактивных элементов, сохранение в нужном видеоформате.

Полученные результаты могут быть использованы учителями, преподавателями в практике обучения школьников по основам электротехники, цифровой схемотехники, робототехники, а также любыми пользователями для создания своего кеинг-видео в конкретных профессиональных целях.