本實用新型涉及演奏系統(tǒng)技術領域，特別是指一種基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)。

背景技術：

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)有樂器除了傳統(tǒng)樂器外還包括智能樂器，使得人們不必再花費幾十萬甚至上百萬的資金去購買音色上好的樂器就能聽到世界頂級樂器發(fā)出的聲音甚至進行演奏。

申請?zhí)枮?00910080854.4，名稱為“基于手部動作感應的虛擬演奏系統(tǒng)”的專利提出了一種虛擬演奏系統(tǒng)。它的機器視覺模塊采用紅外LED作為光源，利用紅外濾光片來進行噪聲抑制，攝像頭捕獲的數(shù)據(jù)通過USB接口傳到數(shù)據(jù)模塊。對光線要求比較嚴格，因此在晚上或者光線較弱時，攝像頭捕獲的圖像清晰度較低，有一定的局限性，并且由于攝像頭捕獲的圖像背景復雜，在進行后期處理過濾時容易出現(xiàn)誤識別或視為無效操作，降低了數(shù)據(jù)的準確性。因此，有必要提供一種既能夠準確有效地獲得演奏者的動作數(shù)據(jù)，又能夠在滿足樂器、音樂演奏要求的前提下，實現(xiàn)簡單方便演奏的虛擬演奏裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種既能夠準確有效地獲得演奏者的動作數(shù)據(jù)，又能在滿足樂器、音樂演奏要求的前提下，實現(xiàn)簡單方便演奏的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本實用新型提供技術方案如下：

提供一種基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)，包括主機、空間定位裝置和用于呈現(xiàn)被彈奏樂器的演奏平臺和音響裝置，其中：

所述空間定位裝置包括用于建立空間三維坐標系的至少三個信號接收器和用于演奏者指尖佩戴的信號發(fā)射器；

所述主機分別連接所述空間定位裝置和音響裝置。

進一步的，所述演奏平臺為由所述主機控制的平板顯示器；

或者，所述演奏平臺為貼有被彈奏樂器圖案的桌面；

或者，所述演奏平臺包括桌面和由所述主機控制用于在所述桌面上投影的空間投影裝置。

進一步的，所述被彈奏樂器為虛擬鍵盤類樂器或虛擬弦類樂器。

進一步的，所述音響裝置采用揚聲器。

進一步的，所述空間定位裝置還包括用于同步信號接收器接收所述信號發(fā)射器動作信號時間的額外的信號接收器。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)，主機通過空間定位裝置且運用三維定位原理代替現(xiàn)有技術中網(wǎng)絡攝像頭獲得演奏者的動作信息，然后控制音響裝置發(fā)出該動作信息對應的音調,結構簡單、成本低，并且可以提高數(shù)據(jù)的準確性。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型既能夠準確有效地獲得演奏者的動作數(shù)據(jù)，又能在滿足樂器、音樂演奏要求的前提下，實現(xiàn)簡單方便地演奏。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2、圖3均為本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)的第一實施例的結構示意圖；

圖4為本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)的第二實施例的結構示意圖；

圖5為本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)的第三實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本實用新型提供一種基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)，如圖1所示，包括主機1、空間定位裝置和用于呈現(xiàn)被彈奏樂器的演奏平臺2和音響裝置3，其中：

空間定位裝置包括用于建立空間三維坐標系的至少三個信號接收器4和用于演奏者指尖佩戴的信號發(fā)射器(信號發(fā)射器的數(shù)量為多個，依據(jù)被彈奏樂器來確定，如彈奏電子琴時，演奏者需要佩戴10個信號發(fā)射器)；

主機1分別連接空間定位裝置和音響裝置3。

本實用新型的基于三維定位原理的空間演奏系統(tǒng)，主機通過空間定位裝置且運用三維定位原理代替現(xiàn)有技術中網(wǎng)絡攝像頭獲得演奏者的動作信息，然后控制音響裝置發(fā)出該動作信息對應的音調,結構簡單、成本低，并且可以提高數(shù)據(jù)的準確性。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型既能夠準確有效地獲得演奏者的動作數(shù)據(jù)，又能在滿足樂器、音樂演奏要求的前提下，實現(xiàn)簡單方便地演奏。

需要說明的是，本實用新型的創(chuàng)新主要在于通過信號接收器和信號發(fā)射器采集演奏者的動作信息，代替現(xiàn)有技術中通過網(wǎng)絡攝像頭獲得演奏者的動作信息，結構簡單、成本低，可以保證數(shù)據(jù)的準確性；根據(jù)動作信息如何播放音調均采用本領域中各種公知的控制方法即可，不是本實用新型的主要改進點。

進一步的，演奏平臺2可以采用由主機1控制的平板顯示器，或者，采用貼有被彈奏樂器圖案的桌面，同時，演奏平臺2也可以采用桌面和由主機1控制用于在桌面上投影的空間投影裝置，音響裝置3優(yōu)選采用揚聲器。演奏平臺采用的平板顯示器、貼有被彈奏樂器圖案的桌面或者空間投影裝置代替真實樂器，不僅可以保證演奏者正常演奏，而且可以節(jié)約成本。

本實用新型中，被彈奏樂器可以為虛擬鍵盤類樂器也可以是虛擬琴弦類樂器。為了使本實用新型中的技術方案更加清楚、完整，下面運用現(xiàn)有技術的三維定位原理詳細描述三個實施例。

實施例一，如圖2～3所示，被彈奏樂器為虛擬鍵盤類樂器，虛擬鍵盤類樂器以虛擬電子琴2’為例，主機1’控制平板顯示器顯示電子琴的演奏曲平面22’，演奏區(qū)平面22’上分布著電子琴的琴鍵。首先，主機1’運用三個信號接收器4’建立空間三維坐標系(需要說明的是，為了保證三個信號接收器在計算與信號發(fā)射器的距離時在同一時間維度下，空間定位裝置還包括用于同步信號接收器4’接收信號發(fā)射器5’動作信號時間的額外的信號接收器4’)，在空間三維坐標系中平板顯示器顯示著電子琴的演奏曲平面22’，演奏區(qū)平面22’的上方一定高度的平面視為虛擬鍵程面23’，虛擬鍵程面23’與演奏區(qū)平面22’之間的間隔(Δz)即為虛擬電子琴2’的鍵程24’，該間隔依據(jù)電子琴真實的鍵程設置，以便最大限度符合人的彈奏習慣。平板顯示器的位置和空間三維坐標系確定后，演奏區(qū)平面22’上的每個虛擬琴鍵21’區(qū)域都對應一個確定的平面坐標范圍，例如第1個白鍵對應的平面坐標范圍為(x₀～x₁,y₀～y₁)，第一個黑鍵對應的平面坐標范圍為(x₀′～x₁′,y₀′～y₁′)，以此類推。演奏者的十個指尖上分別佩戴一個信號發(fā)射器13’，在虛擬鍵程面23’上按正常演奏的動作敲擊虛擬琴鍵21’，主機1’運用三維定位原理實時獲取每個信號發(fā)射器5’的瞬時坐標，當信號發(fā)射器5’觸發(fā)某個虛擬琴鍵21’時，主機1’則從預先存儲的坐標和音調的對應關系表中，查找出對應的音調，將該音調發(fā)送給揚聲器31’。以第一信號發(fā)射器51’為例，其發(fā)出的信號被4個信號接收器4’接收后，那么它與4個信號接收4’的直線距離也就確定了，利用空間幾何原理，便可以確定第一信號發(fā)射器51’的空間坐標位置(X₁,Y₁,Z₁)；主機1’判斷第一信號發(fā)射器51’的坐標處于哪一個虛擬琴鍵21’的坐標范圍內，并判斷該坐標的Z₁是否處于鍵程24’內，以確定是否發(fā)出該音調。若一個時間段內，一個信號發(fā)射器5’的坐標值始終滿足發(fā)聲的條件，說明演奏者一直將該虛擬琴鍵21’按下，這個音調將持續(xù)發(fā)出，當演奏者指尖上的信號發(fā)射器5’位置連續(xù)變化時，主機1’不斷解析每個信號發(fā)射器5’的位置，當信號接收器4’接收到來自不同信號發(fā)射器5’的信號時，就會判斷出某一時刻任何一個信號發(fā)射器5’所處的具體位置，從而對應不同音調使揚聲器31’連續(xù)發(fā)出旋律，實現(xiàn)電子琴的演奏效果。其中，三維定位原理為：

已知空間三維坐標系中三點的坐標：(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),(x₃,y₃,z₃)以及空間中任意一點(x,y,z)與已知三點的距離d₁,d₂,d₃，那么根據(jù)空間幾何原理：

通過求解這個方程組，即可得到信號發(fā)射器13’的坐標。

另外，主機1’還可以判斷瞬時坐標在鍵程24’內的高度，根據(jù)高度，控制揚聲器31’調節(jié)音調的音量。如圖3所示，圖中第一信號發(fā)射51’和第四信號發(fā)射器54’均在鍵程24’內，第一信號發(fā)射器51’靠近虛擬鍵程面23’，第四信號發(fā)射器54’靠近演奏區(qū)平面22’，即兩個信號發(fā)射器5’在鍵程24’內的高度不同，主機1’判斷第一信號發(fā)射器51’和第四信號發(fā)射器54’的瞬時坐標在鍵程24’內的高度，根據(jù)高度的不同，控制揚聲器31’發(fā)出不同的音量。

綜上，基于三維定位原理的虛擬電子琴的演奏系統(tǒng)是一種新穎、便攜的演奏系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術中在簡化樂器、音樂演奏時功能少、控制精度低和演奏效果不理想的缺陷，可以作為玩具代替真實的電子琴進行演奏練習，培養(yǎng)孩子的特長。

實施例二，如圖4所示，被彈奏樂器為虛擬弦類樂器，虛擬弦類樂器以虛擬古箏2”為例，貼有古箏圖案的桌面視為虛擬古箏的演奏平臺2，古箏圖案中的虛擬弦21”水平向前/后一定距離視為演奏區(qū)平面，演奏區(qū)平面即對應每個虛擬弦的弦程24”。首先，主機1”運用三個信號接收器4”建立空間三維坐標系，演奏者的指尖上分別佩戴一個信號發(fā)射器5”，在演奏區(qū)平面上按正常演奏的動作撥動虛擬弦21”，主機1”運用三維定位原理獲取被撥動虛擬弦21”的瞬時坐標；然后，主機1”判斷瞬時坐標是否在弦程24”內，若瞬時坐標在弦程24”內，則控制揚聲器31”發(fā)出該音調。需要說明的是，為了保證三個信號接收器在計算與信號發(fā)射器的距離時在同一時間維度下，空間定位裝置還包括用于同步信號接收器4”時間的額外的信號接收器4”。

綜上，基于三維定位原理的虛擬古箏的演奏系統(tǒng)是一種新穎、便攜的演奏系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術中在簡化樂器、音樂演奏時功能少、控制精度低和演奏效果不理想的缺陷，可以代替真實的電子琴進行演奏練習，培養(yǎng)孩子的特長。

實施例三，如圖5所示，被彈奏樂器以虛擬鼓2”’為例，主機1”’控制空間投影裝置將鼓面投影到桌面上，帶有鼓面投影的桌面為演奏平臺2。首先，主機1”’通過三個信號接收器4”’建立空間三維坐標系，在空間三維坐標系下，假設xy平面上方一定距離(Δz)為虛擬鼓面22”’，在演奏過程中，主機1”’需要同時獲取信號發(fā)射器5”’的瞬時坐標和瞬時移動速度，瞬時移動速度可以表現(xiàn)出敲擊鼓面的力度。當信號發(fā)射器5”’由虛擬鼓面22”’上方落下，到達虛擬鼓面22”’時開始發(fā)聲，發(fā)聲的音調高低取決于信號發(fā)射器5”’自上方落下的瞬時速度，此次發(fā)聲結束后，揚聲器31”’將不再發(fā)聲，直到信號發(fā)射器5”’再次由虛擬鼓面22”’上方落下。需要說明的是，為了保證三個信號接收器在計算與信號發(fā)射器的距離時在同一時間維度下，空間定位裝置還包括用于同步信號接收器4”’時間的額外的信號接收器4”’?；谌S定位原理的虛擬鼓的演奏系統(tǒng)是一種新穎、便攜的演奏系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術中在簡化樂器、音樂演奏時功能少、控制精度低和演奏效果不理想的缺陷，可以作為玩具代替真實的鼓進行演奏練習，培養(yǎng)孩子的特長。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。