專利名稱：基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種合成攝影系統(tǒng)，尤其涉及ー種結(jié)合了虛擬三維場(chǎng)景的合成攝影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前攝影行業(yè)中，拍攝時(shí)可供選擇的場(chǎng)景一般為畫(huà)景，人造實(shí)景或外景。但畫(huà)景表現(xiàn)カ不強(qiáng)，不真實(shí)可信；人造實(shí)景造價(jià)不菲，難于多變；外景拍攝需要耗費(fèi)大量的人力物力，且往往容易受到天氣，季節(jié)，時(shí)間和空間的制約。這些問(wèn)題很大程度上提高了攝影行業(yè)的工作成本，制約了攝影行業(yè)的發(fā)展。雖然三維虛擬成像的技術(shù)在電影，電視及其它ー些圖像制作領(lǐng)域已經(jīng)有了較大范圍的應(yīng)用，但其工作方式一般為先對(duì)劇本腳本進(jìn)行研究，然后根據(jù)劇本和腳本的需要臨時(shí)制作所需的場(chǎng)景，并在制作中將其與所拍攝的真實(shí)的角色和道具進(jìn)行合成，其拍攝過(guò)程是基于劇本劇情的。這種制作流程中所需的工作設(shè)備和人員開(kāi)銷成本高昂，并且不能在拍攝前提供大量可供隨意選擇和拍攝創(chuàng)作的場(chǎng)景。因此，電影電視及其它ー些圖像制作領(lǐng)域的三維虛擬成像技術(shù)遲遲不能在攝影行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。所以，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)ー個(gè)可以提供大量場(chǎng)景可供工作人員自由選擇和拍攝創(chuàng)作，又能有效降低成本和提升拍攝效果的攝影系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)攝影行業(yè)有著重要意義。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待于進(jìn)ー步改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種在拍攝時(shí)可根據(jù)使用者創(chuàng)作需要選擇更換虛擬三維場(chǎng)景的合成攝影系統(tǒng)，為拍攝提供更廣泛的創(chuàng)作空間。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，包括攝影設(shè)備，其中，還包括三維場(chǎng)景庫(kù)、拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊、拍攝輔助模塊、信息綜合模塊、場(chǎng)景渲染模塊和圖像合成模塊；
所述攝影設(shè)備包括拍攝時(shí)將數(shù)據(jù)同其它數(shù)碼設(shè)備同步和交互的同步接ロ；
所述三維場(chǎng)景庫(kù)包含多個(gè)虛擬三維場(chǎng)景，虛擬三維場(chǎng)景所使用的計(jì)量單位和外形比例與現(xiàn)實(shí)世界中一致；
所述拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊，包括設(shè)置在所述攝影設(shè)備上的手持部分、設(shè)置在拍攝對(duì)象上的對(duì)象追蹤模塊、還包括非手持部分；
所述拍攝輔助模塊包括計(jì)算機(jī)、投影設(shè)備和背景天幕；
三維場(chǎng)景的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)固定對(duì)應(yīng)，且三維場(chǎng)景的虛擬場(chǎng)景的虛擬基本方向與現(xiàn)實(shí)三維空間中的系統(tǒng)基本方向相同；所述投影設(shè)備可將虛擬三維場(chǎng)景的效果示意圖投射到背景天幕，并且在拍攝的瞬間，投影設(shè)備不對(duì)背景天幕進(jìn)行投影；之后攝影設(shè)備拍攝只含有被拍攝對(duì)象和背景天幕的畫(huà)面的原始圖像；所述拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊采集攝影設(shè)備的空間位置方向信息和攝影設(shè)備參數(shù)信息，所述信息綜合模塊將攝影設(shè)備位置方向信息和攝影設(shè)備拍攝信息進(jìn)行綜合，得虛擬空間位置信息；所述場(chǎng)景渲染模塊，通過(guò)提取信息綜合模塊計(jì)算所得虛擬空間位置信息渲染出與現(xiàn)實(shí)拍攝參數(shù)和環(huán)境完全匹配的虛擬場(chǎng)景圖形；所述圖像合成模塊，提取場(chǎng)景渲染模塊渲染所得的虛擬場(chǎng)景圖像，提取攝影設(shè)備中拍攝所得的原始圖像，并對(duì)二者進(jìn)行合成處理生成一張合成圖像。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述手持部分包括設(shè)置在所述攝影設(shè)備頂端的機(jī)頂模塊，和設(shè)置在所述攝影設(shè)備底端的定位模塊。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述機(jī)頂模塊包括無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器、同步信息接收模塊、攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ，所述機(jī)頂模塊的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ和攝影設(shè)備的同步接ロ連接；
在所述攝影設(shè)備拍攝的瞬間，所述機(jī)頂模塊的同步信息接收模塊通過(guò)自身的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ接收到攝影設(shè)備的同步信息；所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器通過(guò)固定頻段的無(wú)線電信息，將所述同步信息接收模塊中的同步信息發(fā)送出去，所述同步信息包括攝影設(shè)備的拍攝參數(shù)；所述同步信息接收模塊沒(méi)有接收到同步信息時(shí)，所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器通過(guò)另外ー固定頻段的無(wú)線電信息將空白信息發(fā)送出去。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述定位模塊包括無(wú)線電信號(hào)接收器和和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器；所述無(wú)線電信號(hào)接收器用于接收所述機(jī)頂模塊無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器發(fā)射出的無(wú)線電信息；所述超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在定位模塊中的位置是固定不變的；所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)射固定頻段的超聲波。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述對(duì)象追蹤模塊包括無(wú)線電信號(hào)接收器和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器，所述多個(gè)超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在對(duì)象追蹤模塊中的位置是固定不變的；所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)出固定頻段的超聲波。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述非手持部分包括無(wú)線電信號(hào)接收器、信息記錄裝置和三個(gè)以上超聲波接收器，各超聲波接收器的位置不在一條直線上；所述超聲波接收器的實(shí)際物理位置對(duì)應(yīng)虛擬三維場(chǎng)景中已知且固定不變的虛擬三維坐標(biāo)位置，所述超聲波接收器與現(xiàn)實(shí)三維空間中基本點(diǎn)的相對(duì)位置不可改變；所述信息記錄裝置通過(guò)接收到無(wú)線電信息和接收到超聲波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出與超聲波發(fā)射器的空間距離。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述拍攝輔助模塊還包括計(jì)算機(jī)連接的無(wú)線電信號(hào)接收器，所述無(wú)線電信號(hào)接收器用于接收手持部份的信息記錄裝置中機(jī)頂模塊發(fā)射出的無(wú)線電信息，并將接收到的無(wú)線電信息發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)景渲染模塊的虛擬場(chǎng)景圖像為若干圖層，包括前景部分和背景部分。所述的合成攝影系統(tǒng)，其中，所述圖像合成模塊對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，去除原圖像中不需要的部分，然后將此圖像置于場(chǎng)景渲染模塊所得虛擬場(chǎng)景圖像的前景部分和背景部分之間，生成ー張包含多個(gè)圖層的圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了ー種基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，該合成攝影系統(tǒng)包括三維場(chǎng)景庫(kù)，可以根據(jù)需要更換，該合成攝影系統(tǒng)利用圖層合成的方式將原始圖像和虛擬場(chǎng)景圖像合成ー張多層圖片，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和實(shí)際場(chǎng)景的結(jié)合；該合成攝影系統(tǒng)成本低廉，效果真實(shí)可信，不受自然條件影響，能夠?yàn)閿z影行業(yè)工作人員提供充足選擇空間和創(chuàng)作空間，可以廣泛應(yīng)用在攝影行業(yè)中。


圖I為本發(fā)明三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明合成攝影系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明機(jī)頂模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明定位模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明對(duì)象追蹤模塊的結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明非手持部分的結(jié)構(gòu)示意 圖7為本發(fā)明三維場(chǎng)景庫(kù)的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu) 圖8為本發(fā)明場(chǎng)景渲染模塊中圖層的位置示意 圖9為本發(fā)明圖像合成模塊的合成流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，如圖I所示，包括攝影設(shè)備、三維場(chǎng)景庫(kù)、拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊、拍攝輔助模塊、信息綜合模塊、場(chǎng)景渲染模塊和圖像合成模塊。所述攝影設(shè)備，包括數(shù)碼照相機(jī)和/或數(shù)碼攝像機(jī)，所述數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)需要具有同步接ロ，所述同步接ロ可以是熱靴，所述同步接ロ用于在拍攝時(shí)將數(shù)據(jù)同其它設(shè)備的同步和交互。所述三維場(chǎng)景庫(kù)，所述三維場(chǎng)景庫(kù)包括多個(gè)三維場(chǎng)景，這些三維場(chǎng)景是相互獨(dú)立的，沒(méi)有任何聯(lián)系。所述三維場(chǎng)景庫(kù)中的三維場(chǎng)景均符合以下要求
一、三維場(chǎng)景中存在ー個(gè)位置已知且唯一的“虛擬基本點(diǎn)”和ー個(gè)方向已知且唯一的“虛擬基本方向”，所述“虛擬基本點(diǎn)”和“虛擬基本方向”對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)三維空間中位置已知的“系統(tǒng)基本點(diǎn)”和方向已知的“系統(tǒng)基本方向”。ニ、三維場(chǎng)景中存在若干坐標(biāo)點(diǎn)，這些坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量與拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊的非手持部分的超聲波接收器的個(gè)數(shù)相同，且位置相對(duì)應(yīng)。三、三維場(chǎng)景庫(kù)中虛擬三維場(chǎng)景所使用的計(jì)量單位和外形比例與現(xiàn)實(shí)世界中一致。所述拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊，如圖2所示，包括手持部分、對(duì)象追蹤模塊和具有超聲波接收器的非手持部分。所述手持部分，如圖2所示，設(shè)置在所述攝影設(shè)備上，包括機(jī)頂模塊和定位模塊。所述機(jī)頂模塊，可以設(shè)置在所述攝影設(shè)備的頂端；所述機(jī)頂模塊如圖3所示，包括無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器、同步信息接收模塊、攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ，所述機(jī)頂模塊的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接口和攝影設(shè)備的同步接ロ連接。在所述攝影設(shè)備拍攝的瞬間，所述機(jī)頂模塊的同步信息接收模塊通過(guò)自身的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ，以及攝影設(shè)備的同步信息接ロ接收到攝影設(shè)備的同步信息。所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器發(fā)射出固定頻段的無(wú)線電信息，所述無(wú)線電信息可以被合成攝影系統(tǒng)的其它工作模塊接收并識(shí)別，所述無(wú)線電信息包括同步信息接收模塊中的同步信息。所述同步信息包括攝影設(shè)備的拍攝參數(shù)，例如快門速度、光圈值、感光度、白平衡的設(shè)定等可以影響拍攝結(jié)果風(fēng)格的參數(shù)。所述同步信息接收模塊接收到同步信息時(shí)，所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器將該接收的同步信息以固定頻段的無(wú)線電信息的形式發(fā)送出去；所述同步信息接收模塊沒(méi)有接收到同步信息時(shí)，所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器每隔數(shù)秒鐘發(fā)射出另ー固定頻段的無(wú)線電信息，此無(wú)線電信息是不包含任何參數(shù)的空白信息。所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器發(fā)射同步信息和空白信息所用的無(wú)線電頻段不同，但這兩種無(wú)線電頻段都可以被其合成攝影系統(tǒng)的其它設(shè)備接收并識(shí)別。所述定位模塊，如圖4所示，包括無(wú)線電信號(hào)接收器和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器。所述無(wú)線電信號(hào)接收器用于接收所述機(jī)頂模塊無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器發(fā)射出的無(wú)線電信息。所述超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在定位模塊中的位置是固定不變的。所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)射固定頻段的超聲波，每個(gè)超聲波發(fā)射器的超聲波頻段各不相同，且是可被所述超聲波接收器分別識(shí)別的超聲波。所述定位模塊可以設(shè)置螺栓，所述定位模塊可以通過(guò)螺栓固定在所述攝影設(shè)備底部的腳架固定接口上，以保證在拍攝過(guò)程中其與攝影設(shè)備的相對(duì)位置不會(huì)變化。所述對(duì)象追蹤模塊，可通過(guò)物理方式固定在被拍攝對(duì)象的腰部，如圖5所示，包括無(wú)線電信號(hào)接收器和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器，所述多個(gè)超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在對(duì)象追蹤模塊中的位置是固定不變的。所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)出固定頻段的超聲波，每個(gè)超聲波發(fā)射器的超聲波頻段各不相同，且是可被所述超聲波接收器分別識(shí)別的超聲波。所述非手持部分，如圖6所示，包括無(wú)線電信號(hào)接收器、信息記錄裝置和三個(gè)以上超聲波接收器，各超聲波接收器的位置不在一條直線上。所述超聲波接收器的實(shí)際物理位置對(duì)應(yīng)虛擬三維場(chǎng)景中已知且固定不變的虛擬三維坐標(biāo)位置，所述超聲波接收器與現(xiàn)實(shí)三維空間“系統(tǒng)的基本點(diǎn)位置”的相對(duì)位置不可改變。所述各超聲波接收器在水平方向上的坐標(biāo)均為O。所述信息記錄裝置通過(guò)接收到無(wú)線電信息和接收到超聲波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出與超聲波發(fā)射器的空間距離。所述非手持部分在使用中，有兩種情況
一、所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到包含同步信息的無(wú)線電信息，將同步信息發(fā)送給所述信息記錄裝置；每個(gè)超聲波接收器接收到來(lái)自定位模塊和對(duì)象追蹤模塊的超聲波信號(hào)，并將超聲波信號(hào)發(fā)送給所述信息記錄裝置。無(wú)線電信號(hào)與超聲波信號(hào)的傳播速度是不同的，且速度的差值可知，所述信息記錄裝置通過(guò)接收到兩種信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出各個(gè)超聲波發(fā)射器和超聲波接收器之間的距離，并將這 些信息記錄保存。ニ、無(wú)線電信號(hào)接收器接收到包含空白信息的無(wú)線電信息，并將包含空白信息的無(wú)線電信息發(fā)送給所述信息記錄裝置每個(gè)超聲波接收器接收到來(lái)自定位模塊和對(duì)象追蹤模塊的超聲波信號(hào)，并將超聲波信號(hào)發(fā)送給所述信息記錄裝置。無(wú)線電信號(hào)與超聲波信號(hào)的傳播速度是不同的，且速度的差值可知，所述信息記錄裝置通過(guò)接收到兩種信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出各個(gè)超聲波發(fā)射器和超聲波接收器之間的距離。但這些信息不會(huì)被保存，而是被實(shí)時(shí)傳輸?shù)脚臄z輔助模塊的計(jì)算機(jī)中。所述拍攝輔助模塊，如圖2所示，包括計(jì)算機(jī)、無(wú)線電接收裝置、投影設(shè)備、背景天
墓坐所述投影設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)相連接，并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的調(diào)用，將需要投影的圖像實(shí)時(shí)投影在所述背景天幕上。所述無(wú)線電信號(hào)接收器與所述計(jì)算機(jī)相連接，用于 接收手持部份的信息記錄裝置中機(jī)頂模塊發(fā)射出的無(wú)線電信息，并將接收到的無(wú)線電信息發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)。所述背景天幕，用于接收投影設(shè)備投射出的圖像，是計(jì)算機(jī)圖像合成中易于摳圖的綠屏或藍(lán)屏。所述計(jì)算機(jī)，同三維場(chǎng)景庫(kù)，拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊和信息綜合模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對(duì)所述投影設(shè)備有控制作用，并可提取來(lái)自與其連接的所述無(wú)線電信號(hào)接收器的信息。所述攝影設(shè)備在拍攝工作開(kāi)始前，用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)覽三維場(chǎng)景庫(kù)中的場(chǎng)景效果，并可以實(shí)施檢索，以選擇希望使用的三維虛擬場(chǎng)景。選擇完成后，三維場(chǎng)景的選擇結(jié)果將會(huì)被記錄在此計(jì)算機(jī)中，并且在之后的信息綜合過(guò)程中，此三維場(chǎng)景的選擇結(jié)果提供給所述信息綜合模塊。拍攝工作開(kāi)始后，所述計(jì)算機(jī)調(diào)用投影設(shè)備將拍攝參考畫(huà)面投影在背景天幕上，以共使用者在拍攝時(shí)進(jìn)行參考。在拍攝活動(dòng)中，拍攝輔助模塊周期性接收到來(lái)自非手持部分信息記錄裝置的信息，并對(duì)各個(gè)超聲波發(fā)射器與接收器的距離信息進(jìn)行解算，將被拍攝對(duì)象相對(duì)于虛擬三維場(chǎng)景的粗略位置關(guān)系計(jì)算出來(lái)，并以ニ維俯視圖的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，共使用者參考，以最大限度避免拍攝中的穿幫出現(xiàn)。在攝影設(shè)備拍攝的瞬間，連接在所述計(jì)算機(jī)上的無(wú)線電信號(hào)接收器接收到所述手持部分的同步信息的無(wú)線電信息，此時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)同時(shí)停止投影設(shè)備對(duì)背景天幕的投影，以保證攝影設(shè)備所拍攝下來(lái)的畫(huà)面是只含有被拍攝對(duì)象和背景天幕的原始圖像，方便后期的合成調(diào)整。攝影設(shè)備所拍攝下來(lái)的畫(huà)面中只含有被拍攝對(duì)象和背景天幕，這個(gè)過(guò)程可以在三維場(chǎng)景的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)固定對(duì)應(yīng)以后再去拍攝。所述攝影設(shè)備在拍攝之前，需要將三維場(chǎng)景庫(kù)的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)和基本方向與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)和基本方向固定對(duì)應(yīng)，然后做一次拍攝，作為三維拍攝的原始圖像，將所述信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊在此次拍攝中所記錄下的位置關(guān)系信息作為標(biāo)準(zhǔn)位置關(guān)系信息，提供給信息綜合模塊作為參考。此時(shí)攝影設(shè)備所處的位置和方向是固定且已知的，所以此時(shí)所述定位模塊和所述攝影設(shè)備的和方向位置關(guān)系是可知的，且此種關(guān)系在拍攝過(guò)程中保持不變。所述三維場(chǎng)景庫(kù)的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方法和結(jié)構(gòu)如下
現(xiàn)實(shí)的三維空間包括X，Y, Z三個(gè)面，這三個(gè)面符合以下條件首先、X和Y兩個(gè)面的相對(duì)位置和角度是已知，并且固定不變的，并且這兩個(gè)面對(duì)非手持模塊的每個(gè)超聲波接收器的相對(duì)位置和角度也是已知，并且固定不變的。其次、Z面是ー個(gè)可承重且穩(wěn)定的平臺(tái)，可以手動(dòng)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，并且在Z面上有一個(gè)大小固定且與手持部分大小一致形狀相同的凹槽，如圖7所示。第三、當(dāng)攝影設(shè)備的 鏡頭垂直于Y面，并且攝影設(shè)備上焦平面標(biāo)記(標(biāo)記攝影設(shè)備感光器件位置深度的標(biāo)記，一般標(biāo)記在攝影設(shè)備的ー側(cè))到Y(jié)面的距離與X面上平行于Y面的直線a到Y(jié)面的距離相等時(shí)，則此時(shí)攝影設(shè)備感光元件所在的位置，稱之為“系統(tǒng)的基本點(diǎn)位置”，鏡頭所正對(duì)的方向?yàn)椤跋到y(tǒng)的基本方向”。三維場(chǎng)景庫(kù)的每個(gè)場(chǎng)景中均存在ー個(gè)位置已知的“虛擬基本點(diǎn)”和ー個(gè)“虛擬基本方向”，對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)三維空間中位置已知的“系統(tǒng)基本點(diǎn)”位置和方向已知的“系統(tǒng)基本方向”。第四、拍攝前，先將安裝好拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊手持部分的拍攝設(shè)備固定在Z面的凹槽中，然后手動(dòng)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)Z平臺(tái)，并通過(guò)取景器觀察，最終將攝影設(shè)備調(diào)整至IJ“系統(tǒng)的基本點(diǎn)位置”，并且鏡頭面向“系統(tǒng)的基本方向”。在此位置和方向下，所述攝影設(shè)備進(jìn)行一次拍攝，則非手持部分的信息記錄裝置會(huì)采集并存儲(chǔ)一次各個(gè)超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離關(guān)系，作為之后拍攝工作中計(jì)算各個(gè)超聲波發(fā)射器和接收器之間距離的標(biāo)準(zhǔn)。這些步驟完成后，可以開(kāi)始使用已選定的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行拍攝工作。所述信息綜合模塊，提取拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊的非手持部分所記錄的攝影設(shè)備拍攝信息，以及各個(gè)超聲波接收器和發(fā)射器之間的距離信息，并通過(guò)這些距離信息計(jì)算獲得攝影設(shè)備和被拍攝對(duì)象在拍攝進(jìn)行時(shí)所處的空間位置和角度。得出攝影設(shè)備相對(duì)于虛擬場(chǎng)景中的位置和空間方向后，信息綜合模塊將攝影設(shè)備位置方向信息和攝影設(shè)備拍攝信息進(jìn)行綜合，得出建立一個(gè)虛擬攝像機(jī)所需要的全部屬性。通過(guò)對(duì)對(duì)象追蹤模塊的信息提取，可以計(jì)算得毎次拍攝時(shí)被拍攝對(duì)象對(duì)應(yīng)的虛擬空間位置信息。所述場(chǎng)景渲染模塊，可以通過(guò)信息綜合模塊提取到場(chǎng)景選擇信息，從三維場(chǎng)景庫(kù)中提取拍攝時(shí)所使用的虛擬場(chǎng)景到場(chǎng)景渲染模塊中；提取信息綜合模塊計(jì)算所得的虛擬攝像機(jī)屬性，并依照此屬性在場(chǎng)景渲染模塊中建立一臺(tái)虛擬攝像機(jī)，提取信息綜合模塊計(jì)算所得的被拍攝對(duì)象虛擬空間位置信息。所述場(chǎng)景渲染模塊可以渲染出與現(xiàn)實(shí)拍攝參數(shù)和環(huán)境完全匹配的虛擬場(chǎng)景圖像；所得出的虛擬場(chǎng)景圖像將會(huì)參照畫(huà)面中元素與被拍攝對(duì)象的位置關(guān)系分為若干圖層，包括前景部分和背景部分，如圖8所示。通過(guò)所述場(chǎng)景渲染模塊得到ー個(gè)包含有若干圖層，且與現(xiàn)實(shí)拍攝參數(shù)和環(huán)境完全匹配的場(chǎng)景圖像。所述圖像合成模塊，提取場(chǎng)景渲染模塊渲染所得的虛擬場(chǎng)景圖像，提取攝影設(shè)備中拍攝所得的原始圖像，并對(duì)二者進(jìn)行合成處理，如圖9所示。所述圖像合成模塊對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，去除原圖像中不需要的部分，例如拍攝時(shí)記錄下的藍(lán)屏和綠屏，然后將此圖像置于渲染所得圖像的前景部分和背景部分之間，生成ー張包含多個(gè)圖層的圖像。所述圖像合成模塊可以對(duì)圖像中不合理的內(nèi)容進(jìn)行修正，執(zhí)行校色等操作，從而生成可以被用戶接受的完整圖像。本發(fā)明提供的基于三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，投影設(shè)備可將虛擬三維場(chǎng)景的效果示意圖投射到背景天幕，并且在拍攝的瞬間，投影設(shè)備不對(duì)背景天幕進(jìn)行投影；可以隨意調(diào)換三維場(chǎng)景，這些三維場(chǎng)景可以供給攝影工作人員自由選擇和用于拍攝創(chuàng)作；可將渲染出的虛擬三維場(chǎng)景圖像和拍攝所得的原始圖像合成為ー個(gè)完整的圖像。本發(fā)明的合成攝影系統(tǒng)成本低廉，效果真實(shí)可信，不受自然條件影響，能夠?yàn)閿z影行業(yè)工作人員提供充足選擇空間和創(chuàng)作空間，可以廣泛應(yīng)用在攝影行業(yè)中。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為 是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，包括攝影設(shè)備，其特征在于，還包括三維場(chǎng)景庫(kù)、拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊、拍攝輔助模塊、信息綜合模塊、場(chǎng)景渲染模塊和圖像合成模塊； 所述攝影設(shè)備包括拍攝時(shí)將數(shù)據(jù)同其它數(shù)碼設(shè)備同步和交互的同步接ロ； 所述三維場(chǎng)景庫(kù)包含多個(gè)虛擬三維場(chǎng)景，虛擬三維場(chǎng)景所使用的計(jì)量單位和外形比例與現(xiàn)實(shí)世界中一致； 所述拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊，包括設(shè)置在所述攝影設(shè)備上的手持部分、設(shè)置在拍攝對(duì)象上的對(duì)象追蹤模塊、還包括非手持部分； 所述拍攝輔助模塊包括計(jì)算機(jī)、投影設(shè)備和背景天幕； 三維場(chǎng)景的虛擬場(chǎng)景的位置基本點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)三維空間中位置的基本點(diǎn)固定對(duì)應(yīng)，且三維場(chǎng)景的虛擬場(chǎng)景的虛擬基本方向與現(xiàn)實(shí)三維空間中的系統(tǒng)基本方向相同；所述投影設(shè)備可將虛擬三維場(chǎng)景的效果示意圖投射到背景天幕，并且在拍攝的瞬間，投影設(shè)備不對(duì)背景天幕進(jìn)行投影；之后攝影設(shè)備拍攝只含有被拍攝對(duì)象和背景天幕的畫(huà)面的原始圖像；所述拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊采集攝影設(shè)備的空間位置方向信息和攝影設(shè)備參數(shù)信息，所述信息綜合模塊將攝影設(shè)備位置方向信息和攝影設(shè)備拍攝信息進(jìn)行綜合，得虛擬空間位置信息；所述場(chǎng)景渲染模塊，通過(guò)提取信息綜合模塊計(jì)算所得虛擬空間位置信息渲染出與現(xiàn)實(shí)拍攝參數(shù)和環(huán)境完全匹配的虛擬場(chǎng)景圖形；所述圖像合成模塊，提取場(chǎng)景渲染模塊渲染所得的虛擬場(chǎng)景圖像，提取攝影設(shè)備中拍攝所得的原始圖像，并對(duì)二者進(jìn)行合成處理生成一張合成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述手持部分包括設(shè)置在所述攝影設(shè)備頂端的機(jī)頂模塊，和設(shè)置在所述攝影設(shè)備底端的定位模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)頂模塊包括無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器、同步信息接收模塊、攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ，所述機(jī)頂模塊的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接口和攝影設(shè)備的同步接ロ連接； 在所述攝影設(shè)備拍攝的瞬間，所述機(jī)頂模塊的同步信息接收模塊通過(guò)自身的攝影設(shè)備拍攝數(shù)據(jù)提取接ロ接收到攝影設(shè)備的同步信息；所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器通過(guò)固定頻段的無(wú)線電信息，將所述同步信息接收模塊中的同步信息發(fā)送出去，所述同步信息包括攝影設(shè)備的拍攝參數(shù)；所述同步信息接收模塊沒(méi)有接收到同步信息時(shí)，所述無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器通過(guò)另外ー固定頻段的無(wú)線電信息將空白信息發(fā)送出去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述定位模塊包括無(wú)線電信號(hào)接收器和和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器；所述無(wú)線電信號(hào)接收器用于接收所述機(jī)頂模塊無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器發(fā)射出的無(wú)線電信息；所述超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在定位模塊中的位置是固定不變的；所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)射固定頻段的超聲波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)象追蹤模塊包括無(wú)線電信號(hào)接收器和三個(gè)以上超聲波發(fā)射器，所述多個(gè)超聲波發(fā)射器的位置不在一條直線上，且每個(gè)超聲波發(fā)射器在對(duì)象追蹤模塊中的位置是固定不變的；所述無(wú)線電信號(hào)接收器接收到來(lái)自機(jī)頂模塊的無(wú)線電信息時(shí)，每個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)立即發(fā)出固定頻段的超聲波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在干，所述非手持部分包括無(wú)線電信號(hào)接收器、信息記錄裝置和三個(gè)以上超聲波接收器，各超聲波接收器的位置不在一條直線上；所述超聲波接收器的實(shí)際物理位置對(duì)應(yīng)虛擬三維場(chǎng)景中已知且固定不變的虛擬三維坐標(biāo)位置，所述超聲波接收器與現(xiàn)實(shí)三維空間中基本點(diǎn)的相對(duì)位置不可改變；所述信息記錄裝置通過(guò)接收到無(wú)線電信息和接收到超聲波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出與超聲波發(fā)射器的空間距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述拍攝輔助模塊還包括計(jì)算機(jī)連接的無(wú)線電信號(hào)接收器，所述無(wú)線電信號(hào)接收器用于接收手持部份的信息記錄裝置中機(jī)頂模塊發(fā)射出的無(wú)線電信息，并將接收到的無(wú)線電信息發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在于，所述場(chǎng)景渲染模塊的虛擬場(chǎng)景圖像為若干圖層，包括前景部分和背景部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的合成攝影系統(tǒng)，其特征在干，所述圖像合成模塊對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，去除原圖像中不需要的部分，然后將此圖像置于場(chǎng)景渲染模塊所得虛擬場(chǎng)景圖像的前景部分和背景部分之間，生成ー張包含多個(gè)圖層的圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的基于計(jì)算機(jī)虛擬三維場(chǎng)景庫(kù)的合成攝影系統(tǒng)，包括攝影設(shè)備、三維場(chǎng)景庫(kù)、拍攝信息采集及實(shí)時(shí)同步模塊、拍攝輔助模塊、信息綜合模塊、場(chǎng)景渲染模塊和圖像合成模塊；投影設(shè)備可將虛擬三維場(chǎng)景的效果示意圖投射到背景天幕，并且在拍攝的瞬間，投影設(shè)備不對(duì)背景天幕進(jìn)行投影；信息綜合模塊將攝影設(shè)備位置方向信息和攝影設(shè)備拍攝信息進(jìn)行綜合，得虛擬空間位置信息；場(chǎng)景渲染模塊染出與現(xiàn)實(shí)拍攝參數(shù)和環(huán)境完全匹配的虛擬場(chǎng)景圖形；圖像合成模塊將虛擬場(chǎng)景圖像和原始圖像進(jìn)行合成處理生成合成圖像。本發(fā)明合成攝影系統(tǒng)成本低廉，效果真實(shí)可信，不受自然條件影響，能夠?yàn)閿z影行業(yè)工作人員提供充足選擇空間和創(chuàng)作空間，可以廣泛應(yīng)用在攝影行業(yè)中。
文檔編號(hào)G03B35/08GK102625130SQ201210125900
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者梅玉洋 申請(qǐng)人:梅玉洋