專利名稱：一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電視節(jié)目制作的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體 育系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
虛擬體育系統(tǒng)是從由虛擬演播室技術(shù)發(fā)展而來(lái)，它屬于虛擬演播室技術(shù)的很重要 的一個(gè)分支。虛擬演播室是近年發(fā)展起來(lái)的一種獨(dú)特的電視節(jié)目制作技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)是將 計(jì)算機(jī)制作的虛擬三維模型與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的物體活動(dòng)圖像進(jìn)行數(shù)字化的實(shí)時(shí)合成，使 物體圖像與虛擬背景能夠同步變化，從而實(shí)現(xiàn)兩者的融合，以獲得完美的合成畫面。虛擬演 播室技術(shù)是在傳統(tǒng)色鍵摳像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)和視頻合成技 術(shù)，根據(jù)攝像機(jī)的位置與參數(shù)，使三維虛擬場(chǎng)景的透視關(guān)系與前景保持一致，經(jīng)過(guò)色鍵合成 后，使得前景中的圖像看起來(lái)完全處于計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的三維虛擬場(chǎng)景中，而且能在其中運(yùn) 動(dòng)，從而創(chuàng)造出逼真的、立體感很強(qiáng)的電視演播室效果。相應(yīng)地，虛擬體育技術(shù)就是將靜態(tài) 或動(dòng)畫3D圖像(三維模型)迭加到體育競(jìng)賽直播節(jié)目的畫面上。不管攝像機(jī)是否移動(dòng)，都 能讓圖形固定在某個(gè)位置不動(dòng)，讓視覺(jué)上覺(jué)得這些3D圖形是直播畫面的一部份?，F(xiàn)有技術(shù)中，色鍵合成通常是將攝像機(jī)采集的前景圖像與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維虛擬 場(chǎng)景簡(jiǎn)單疊加，即其合成畫面的顯示僅僅有前景圖像和三維場(chǎng)景兩層，然而，在虛擬體育系 統(tǒng)的直播畫面中，往往需要將虛擬三維場(chǎng)景置于兩層前景圖像之間，例如，需要顯示為，運(yùn) 動(dòng)員以及裁判等人員在虛擬物體上面，同時(shí)這些虛擬物體又是在草地或者水面等場(chǎng)地上 面，而采用現(xiàn)有技術(shù)則很難達(dá)到這種虛實(shí)結(jié)合的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)方法及 裝置，以滿足當(dāng)前體育賽事直播的需求，獲得更好的虛實(shí)結(jié)合度。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系 統(tǒng)方法，包括第一圖形工作站，包括攝像機(jī)信號(hào)接收模塊、三維圖形獲取模塊、混合輸出模塊， 所述攝像機(jī)信號(hào)接收模塊用于接收攝像機(jī)采集的前景信號(hào)；所述三維圖形獲取模塊用于接 收當(dāng)前賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)；所述混合輸出模塊用于依據(jù)所述三維圖形數(shù)據(jù)及前景信 號(hào)進(jìn)行混合輸出；色鍵器，用于將所述混合輸出信號(hào)作為色鍵背景，將相應(yīng)的前景信號(hào)作為色鍵前 景進(jìn)行合成輸出。優(yōu)選的，所述賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)通過(guò)在預(yù)置的三維場(chǎng)景中導(dǎo)入實(shí)時(shí)計(jì)算的 賽事直播中的相關(guān)數(shù)據(jù)獲得，所述第一圖形工作站還包括三維場(chǎng)景渲染模塊，用于渲染三維場(chǎng)景并保存；所述的系統(tǒng)還包括
第二圖形工作站，包括計(jì)算模塊和傳送模塊，所述計(jì)算模塊用于實(shí)時(shí)計(jì)算賽事直 播中的相關(guān)數(shù)據(jù)；所述傳送模塊用于將所述賽事直播數(shù)據(jù)發(fā)送至播出控制器；播出控制器，包括模板信息關(guān)聯(lián)模塊、播控信息生成模塊和傳輸模塊，所述模板信 息關(guān)聯(lián)模塊用于關(guān)聯(lián)所述三維場(chǎng)景及對(duì)應(yīng)的賽事直播數(shù)據(jù)，獲得用于當(dāng)前賽事直播的三維 圖形數(shù)據(jù)；所述播控信息生成模塊用于接收用戶發(fā)出的播出指令，生成相應(yīng)三維圖形數(shù)據(jù) 的播出控制信息；所述傳輸模塊用于將所述播出控制信息發(fā)送至第一圖形工作站。優(yōu)選的，所述合成輸出的顯示形式為三層疊加的畫面，其中，最上層和最底層為攝 像機(jī)采集的實(shí)時(shí)圖像，中間層為虛擬三維圖形數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述虛擬三維圖形數(shù)據(jù)具有固定的顯示位置。優(yōu)選的，所述播出控制模塊采用以太網(wǎng)與所述第二圖形工作站和第一圖形工作站 連接。優(yōu)選的，所述色鍵器通過(guò)數(shù)字視頻線與第一圖形工作站連接。優(yōu)選的，所述的系統(tǒng)，還包括攝像機(jī)定位模塊，用于對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行定位，標(biāo)定當(dāng)前攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。優(yōu)選的，所述攝像機(jī)定位模塊位于第一圖形工作站和/或第二圖形工作站中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用將渲染的虛擬三維圖形和攝像機(jī)信號(hào)混合輸出的模式，將混合輸出的 信號(hào)作為色鍵的背景，同時(shí)將當(dāng)前攝像機(jī)采集的前景信號(hào)作為色鍵的前景信號(hào)，針對(duì)虛擬 三維圖形的體育場(chǎng)地進(jìn)行摳像，這樣攝像機(jī)采集的運(yùn)動(dòng)員以及裁判等人員可以在虛擬三維 圖形的上面，同時(shí)虛擬三維圖形又可以在場(chǎng)地的上面，即虛擬三維圖形位于兩層攝像機(jī)前 景信號(hào)的中間，從而達(dá)到了 “以假亂真”的虛實(shí)結(jié)合效果。再者，本發(fā)明通過(guò)分離用于攝像機(jī)定位和三維場(chǎng)景渲染的圖形工作站，即采用兩 個(gè)圖形工作站分別處理攝像機(jī)定位和三維場(chǎng)景渲染，從而提高控制的靈活性，同時(shí)這種各 司其職的工作模式也提高了渲染的效率以及直播的安全性。


圖1是本發(fā)明的一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)方法實(shí)施例的步驟流程圖；圖2是本發(fā)明的一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例主要應(yīng)用在基于虛擬演播室技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)的虛擬體育技術(shù) 中。虛擬體育技術(shù)就是將靜態(tài)或動(dòng)畫3D圖像迭加到體育競(jìng)賽直播節(jié)目的畫面上。不管攝 影機(jī)是否移動(dòng)，都能讓圖形固定在某個(gè)位置不動(dòng)，讓視覺(jué)上覺(jué)得這些3D圖形是直播畫面的 一部份。虛擬體育系統(tǒng)具有實(shí)況賽事跟蹤功能，可以展示草地、田徑場(chǎng)、足球場(chǎng)、雪地、水域 或者3D空間內(nèi)的實(shí)際距離、高度和速度，同時(shí)可以在廣告牌上、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)內(nèi)和(或)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)周 邊展示廣告，并且可以將新的電視廣告或動(dòng)畫電視廣告覆蓋在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際廣告上。虛擬體育 系統(tǒng)也可以用于賽事分析，在回放過(guò)程增加分析信息，讓觀眾更直觀的看到比賽情況。
參考圖1，示出了本發(fā)明的一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu) 框圖，具體可以包括以下部件第一圖形工作站11，包括攝像機(jī)信號(hào)接收模塊111、三維圖形獲取模塊112、混合 輸出模塊113，所述攝像機(jī)信號(hào)接收模塊111用于接收攝像機(jī)采集的前景信號(hào)；所述三維圖 形獲取模塊112用于接收當(dāng)前賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)；所述混合輸出模塊113用于依據(jù) 所述三維圖形數(shù)據(jù)及前景信號(hào)進(jìn)行混合輸出；色鍵器12，用于將所述混合輸出信號(hào)作為色鍵背景，將相應(yīng)的前景信號(hào)作為色鍵 前景進(jìn)行合成輸出。色鍵技術(shù)是虛擬體育系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。用攝像機(jī)的位置和鏡頭等變化來(lái)控制計(jì) 算機(jī)中的“虛擬攝像機(jī)”，使它的位置和鏡頭變化與“實(shí)際”同步，這樣它所拍攝的“虛擬場(chǎng) 景”的鏡頭變化和實(shí)際攝像機(jī)拍攝的物體鏡頭變化一致，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行色鍵效果處理之 后，得到的畫面才真實(shí)自然。色鍵制作的質(zhì)量對(duì)虛擬體育節(jié)目質(zhì)量影響相當(dāng)大，通過(guò)把前景鍵在背景上，即將 生成的背景圖像與前景圖像混合后，才最終完成了虛擬體育的節(jié)目制作。在本發(fā)明實(shí)施例 中，色鍵的背景是虛擬三維圖形數(shù)據(jù)及前景信號(hào)的混合輸出信號(hào)，色鍵的前景是攝像機(jī)采 集的前景圖像。虛擬三維圖形數(shù)據(jù)和前景信號(hào)的混合在IO卡輸出中混合生成，色鍵用于將 色鍵的前景摳像與色鍵的背景進(jìn)行混合。通常在虛擬體育節(jié)目中，色鍵合成器可以針對(duì)虛擬三維圖形的體育場(chǎng)地進(jìn)行摳 像，這樣攝像機(jī)采集的運(yùn)動(dòng)員以及裁判等人員可以在虛擬三維圖形的上面，同時(shí)虛擬三維 圖形又可以在場(chǎng)地的上面，即虛擬三維圖形位于兩層攝像機(jī)前景信號(hào)的中間，即所述合成 輸出的顯示形式為三層疊加的畫面，其中，最上層和最底層為攝像機(jī)采集的實(shí)時(shí)圖像，中 間層為虛擬三維圖形數(shù)據(jù)，從而達(dá)到了 “以假亂真”的虛實(shí)結(jié)合效果。參考圖2，示出了本發(fā)明的一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu) 框圖，具體可以包括以下部件攝像機(jī)定位模塊20，用于對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行定位，標(biāo)定當(dāng)前攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參 數(shù)；第二圖形工作站23，包括計(jì)算模塊和傳送模塊，其中，所述計(jì)算模塊用于實(shí)時(shí)計(jì)算 賽事直播中的相關(guān)數(shù)據(jù)；所述傳送模塊用于將所述賽事直播數(shù)據(jù)發(fā)送至播出控制器；播出控制器M，包括模板信息關(guān)聯(lián)模塊、播控信息生成模塊和傳輸模塊，其中，所 述模板信息關(guān)聯(lián)模塊用于關(guān)聯(lián)所述三維場(chǎng)景及對(duì)應(yīng)的賽事直播數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前賽事直播的 三維圖形數(shù)據(jù)；所述播控信息生成模塊用于接收用戶發(fā)出的播出指令，生成相應(yīng)三維圖形 數(shù)據(jù)的播出控制信息；所述傳輸模塊用于將所述播出控制信息發(fā)送至第一圖形工作站21 ；第一圖形工作站21，包括攝像機(jī)信號(hào)接收模塊、三維場(chǎng)景渲染模塊、三維圖形獲 取模塊和混合輸出模塊；其中，所述攝像機(jī)信號(hào)接收模塊用于接收攝像機(jī)采集的前景信號(hào)； 所述三維場(chǎng)景渲染模塊用于渲染三維場(chǎng)景并保存；所述三維圖形獲取模塊用于接收當(dāng)前賽 事直播的三維圖形數(shù)據(jù)；所述混合輸出模塊用于依據(jù)所述三維圖形數(shù)據(jù)及前景信號(hào)進(jìn)行混 合輸出；色鍵器22，用于將所述混合輸出信號(hào)作為色鍵背景，將相應(yīng)的前景信號(hào)作為色鍵 前景進(jìn)行合成輸出。
在虛擬體育節(jié)目制作過(guò)程中，確定攝像機(jī)的狀態(tài)信息非常關(guān)鍵。虛擬體育系統(tǒng)中 設(shè)置的攝像機(jī)配有運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)，即攝像機(jī)跟蹤器。其跟蹤方式有光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)和 機(jī)械傳感式系統(tǒng)兩種。其原理是將檢測(cè)到的攝像機(jī)的推、拉、搖、移、聚焦、變焦乃至升降等 傳感部位的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)“傳感器”裝置傳輸?shù)健靶?zhǔn)器”，這樣，理想情況下，現(xiàn)場(chǎng)攝 像機(jī)與虛擬演播室中“虛擬”的攝像機(jī)被相對(duì)地鎖定在一個(gè)位置上。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)演播室攝像機(jī) 運(yùn)動(dòng)時(shí)，虛擬攝像機(jī)受跟蹤器的控制可以實(shí)時(shí)地與現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)保持同步。在具體實(shí)現(xiàn)中，所述攝像機(jī)采集的前景信號(hào)可以通過(guò)視頻分配器傳輸給第一圖形 工作站，傳感器的數(shù)據(jù)參數(shù)信息以串口的方式傳送給第一圖形工作站。在本發(fā)明的一種優(yōu) 選實(shí)施例中，所述攝像機(jī)定位模塊20可以位于第一圖形工作站中，即由第一圖形工作站實(shí) 時(shí)計(jì)算傳感器返回的數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前的攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)。所述攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)就是指攝像 機(jī)成像的幾何模型參數(shù)，具體可以包括攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和攝像機(jī)外參數(shù)。外參數(shù)包括攝像機(jī) 的位置、姿態(tài)等幾何信息，內(nèi)參數(shù)包括攝像機(jī)的焦距，主點(diǎn)、以及鏡頭變形參數(shù)等光學(xué)參數(shù)。作為另一優(yōu)選實(shí)施例，所述攝像機(jī)定位模塊20也可以位于第二圖形工作站中，即 由第二圖形工作站實(shí)時(shí)計(jì)算傳感器返回的數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前的攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)。根據(jù)當(dāng)前攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，第一圖形工作站即可以根據(jù)這些參數(shù)渲染當(dāng)前節(jié)目 所需的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，第二圖形工作站即可以根據(jù)這些參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算賽事直播中的相關(guān)數(shù) 據(jù)，如在體育賽事直播中的比分?jǐn)?shù)據(jù)、出場(chǎng)陣容數(shù)據(jù)、發(fā)球距離示意等，然后在播出控制器 中會(huì)將相應(yīng)的三維場(chǎng)景和對(duì)應(yīng)的賽事直播數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以獲得當(dāng)前賽事直播的三維圖形 數(shù)據(jù)。在獲得三維圖形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，第一圖形工作站還會(huì)將當(dāng)前攝像機(jī)采集的前景圖 像與該三維圖形數(shù)據(jù)混合輸出，然后輸出給色鍵合成器進(jìn)行合成輸出。由于虛擬體育系統(tǒng)是將虛擬的物體疊加在當(dāng)前直播的賽事畫面上，不管攝像機(jī)是 否移動(dòng)，虛擬物體都固定不動(dòng)，視覺(jué)上讓觀眾認(rèn)為這是賽事的一部分，因而在本發(fā)明的一種 優(yōu)選實(shí)施例中，所述虛擬三維圖形數(shù)據(jù)具有固定的顯示位置。在具體實(shí)現(xiàn)中，優(yōu)選的是，所述播出控制模塊也可以采用以太網(wǎng)與所述第二圖形 工作站和第一圖形工作站連接；所述色鍵器可以通過(guò)數(shù)字視頻線與第一圖形工作站連接。上對(duì)本發(fā)明所提供的一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文 中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫 助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思 想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)，其特征在于，包括第一圖形工作站，包括攝像機(jī)信號(hào)接收模塊、三維圖形獲取模塊、混合輸出模塊，所述 攝像機(jī)信號(hào)接收模塊用于接收攝像機(jī)采集的前景信號(hào)；所述三維圖形獲取模塊用于接收當(dāng) 前賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)；所述混合輸出模塊用于依據(jù)所述三維圖形數(shù)據(jù)及前景信號(hào)進(jìn) 行混合輸出；色鍵器，用于將所述混合輸出信號(hào)作為色鍵背景，將相應(yīng)的前景信號(hào)作為色鍵前景進(jìn) 行合成輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)通過(guò)在預(yù)置 的三維場(chǎng)景中導(dǎo)入實(shí)時(shí)計(jì)算的賽事直播中的相關(guān)數(shù)據(jù)獲得，所述第一圖形工作站還包括三維場(chǎng)景渲染模塊，用于渲染三維場(chǎng)景并保存；所述的系統(tǒng)還包括第二圖形工作站，包括計(jì)算模塊和傳送模塊，所述計(jì)算模塊用于實(shí)時(shí)計(jì)算賽事直播中 的相關(guān)數(shù)據(jù)；所述傳送模塊用于將所述賽事直播數(shù)據(jù)發(fā)送至播出控制器；播出控制器，包括模板信息關(guān)聯(lián)模塊、播控信息生成模塊和傳輸模塊，所述模板信息關(guān) 聯(lián)模塊用于關(guān)聯(lián)所述三維場(chǎng)景及對(duì)應(yīng)的賽事直播數(shù)據(jù)，獲得用于當(dāng)前賽事直播的三維圖形 數(shù)據(jù)；所述播控信息生成模塊用于接收用戶發(fā)出的播出指令，生成相應(yīng)三維圖形數(shù)據(jù)的播 出控制信息；所述傳輸模塊用于將所述播出控制信息發(fā)送至第一圖形工作站。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述合成輸出的顯示形式為三層疊加的畫 面，其中，最上層和最底層為攝像機(jī)采集的實(shí)時(shí)圖像，中間層為虛擬三維圖形數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬三維圖形數(shù)據(jù)具有固定的顯示位置。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述播出控制模塊采用以太網(wǎng)與所述第二 圖形工作站和第一圖形工作站連接。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述色鍵器通過(guò)數(shù)字視頻線與第一圖形工 作站連接。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括攝像機(jī)定位模塊，用于對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行定位，標(biāo)定當(dāng)前攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像機(jī)定位模塊位于第一圖形工作站 和/或第二圖形工作站中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增加虛實(shí)結(jié)合度的虛擬體育系統(tǒng)，包括第一圖形工作站，包括攝像機(jī)信號(hào)接收模塊、三維圖形獲取模塊、混合輸出模塊，所述攝像機(jī)信號(hào)接收模塊用于接收攝像機(jī)采集的前景信號(hào)；所述三維圖形獲取模塊用于接收當(dāng)前賽事直播的三維圖形數(shù)據(jù)；所述混合輸出模塊用于依據(jù)所述三維圖形數(shù)據(jù)及前景信號(hào)進(jìn)行混合輸出；色鍵器，用于將所述混合輸出信號(hào)作為色鍵背景，將相應(yīng)的前景信號(hào)作為色鍵前景進(jìn)行合成輸出。本發(fā)明可以滿足當(dāng)前體育賽事直播的需求，獲得更好的虛實(shí)結(jié)合度。
文檔編號(hào)G06T15/00GK102118573SQ200910244319
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者馬菲瑩 申請(qǐng)人:新奧特(北京)視頻技術(shù)有限公司