一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统的制作方法

本发明涉及三维成像技术的技术领域，尤其是涉及一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统。

背景技术：

目前由于虚拟现实技术能够再现真实的环境，并且人们可以介入其中参与交互，使得虚拟现实系统可以在许多方面得到广泛应用。随着各种技术的深度融合，相互促进，虚拟现实技术在教育、军事、工业、艺术与娱乐、医疗、城市仿真、科学计算可视化等领域的应用都有极大的发展。尤其是在艺术与娱乐领域，发展尤为迅速。因为虚拟现实技术有极强的交互性、沉浸性与想象性，可以使欣赏者有极强的临场参与感，能够更好的欣赏作者的艺术。

现有技术可参考授权公告号为cn104298065b的中国发明专利，其公开了一种基于多台高速投影机拼接的360°三维显示装置，包括定向散射屏组、转动装置组、转动检测模块、投影拼接合成模块、图像存储模块和n台高速投影机，通过多台高速投影机拼接算法计算得到每台高速投影机实时创建的二维帧图像序列并分送到各图像存储模块中，在转动检测模块的调制下对各台高速投影机进行控制使之配合一组或多组定向散射屏的旋转，实现各高速投影机投影区域的拼接合成成像，成倍提高了三维显示的空间分辨率。通过基于高速投影机拼接算法配合多组定向散射屏成像，扩展了三维成像空间，增大了三维像的横向尺度与纵向尺度以及景深尺度，并实现了大尺度空间三维显示的空间拓展。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在实现三维成像的时候，由于需要比较多的材料及组件来进行三维成像，需要占用比较大的舞台空间，舞台剩余的用于成像的空间较小，需要比较暗的灯光才能够呈现较好的三维立体影像，使得比较亮的灯光无法展示。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统，同时产生虚拟图像和实物立体图像使其形成虚实结合的幻像之感，受到空间和灯光的影响小。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统，包括设置于舞台内的用于投射影像的投影阵列、用于将影像在多个方向上扩散的散射组件、能够飞行并创建图像的多个智能发光器和用于控制投影阵列和智能发光器的控制终端；

控制终端连接有控制系统；投影阵列连接有投影管理系统；每个智能发光器均连接有发光器管理系统，所述控制系统包括信息输入模块、路线规划模块、存储模块、投影发送模块和发光器发送模块；

所述信息输入模块接收外界输入的影像信息和图像信息并传输给存储模块；

所述路线规划模块建立三维坐标图，路线规划模块接收外界输入路线坐标并在三维坐标图上绘制三维运动路线生成路线信息，路线规划模块将路线信息传输给存储模块；

所述存储模块接收影像信息、图像信息和路线信息并存储；

所述投影发送模块调用存储模块存储的影像信息并将影像信息发送给投影管理系统；

所述发光器发送模块调用存储模块存储的图像信息和路线信息并将图像信息和路线信息发送给发光器管理系统；

所述投影管理系统包括投影接收模块和投影控制模块；

所述投影接收模块接收影像信息并将影像信息传输给投影控制模块；

所述投影控制模块接收到影像信息后控制投影阵列投射影像信息；

所述发光器管理系统包括发光器接收模块、定位模块和发光器控制模块；

所述发光器接收模块接收图像信息和路线信息并将图像信息和路线信息传输给发光器控制模块，发光器接收模块将路线信息传输给定位模块；

所述定位模块接收到路线信息后获得路线信息中的三维坐标图，确定智能发光器在三维坐标图中的位置信息，定位模块将位置信息传输给发光器控制模块；

所述发光器控制模块接收到图像信息、路线信息和位置信息后，控制智能发光器根据三维坐标图中的三维运动路线进行飞行，并且创建图像信息，发光器管理系统控制多个智能发光器发出不同的图像信息来组成立体图像。

通过采用上述方案，通过投影阵列向散射组件投射影像信息，散射组件将投射的影像在多个方向上扩散形成虚拟立体影像，多个智能发光器在控制终端的控制下沿设定轨迹飞行并创建图像信息，组成实物立体图像，通过舞台上的虚拟立体影像和分布于舞台和观众席上空的实物立体图像形成虚实结合的幻像之感，以提高观众的观影体验。由于采用了会飞的智能发光器投影立体图像，减少了三维成像受到的场地限制，不需要占用太多的舞台空间，并且即使舞台的灯光较暗，智能发光器创建出的实物立体图像距离观众较近，依然能够比较清楚地展现给观众。

本发明进一步设置为：还包括多个能够发出指令信号的信号发射端，所述路线规划模块建立多条三维运动路线，每个信号发射端均对应有一条三维运动路线，每条三维运动路线均组成一份路线信息，信息输入模块输入多份图像信息，每条三维运动路线均对应一份图像信息，每份路线信息和图像信息均设置有编号，发光器发送模块调用相同编号的路线信息和图像信息发送给一个发光器管理系统；

所述控制系统还包括指令接收模块、指令处理模块和路线变更模块；

所述指令接收模块接收信号发射端发出的指令信号并将指令信号传输给指令处理模块；

所述指令处理模块接收到指令信号将指令信号进行显示，在接收到外界输入的确认指令后，指令处理模块将指令信号转换成编号传输给路线变更模块；

所述路线变更模块接收到编号后控制发光器发送模块调用对应编号的路线信息和图像信息进行发送。

通过采用上述方案，管理人员可以通过预先设计好智能发光器的飞行轨迹和投影内容，使现场观众能够与实物立体图像产生互动，在观众向控制终端发送请求后位于控制终端处的管理人员对请求进行确定，控制终端控制智能发光器将实物立体图像投影至固定位置并作出设定好的动作与观众产生互动，使观众的沉浸感更强。

本发明进一步设置为：所述信息输入模块接收外界输入的多份投影信息并进行标号，路线变更模块接收到编号后控制投影发送模块发送对应编号的投影信息。

通过采用上述方案，在管理人员对请求进行确定后，投影阵列同时会控制虚拟立体影像产生设定好的变化，以配合实物立体图像共同与观众进行互动。

本发明进一步设置为：所述智能发光器上设置有多个全色彩的灯珠，发光器控制模块控制灯珠发光创建图像信息；

所述信息输入模块还能够向存储模块输入灯光渲染信息，发光器发送模块调用存储模块存储的灯光渲染信息并发送给发光器管理系统；

所述发光器管理系统还包括渲染控制模块，所述发光器接收模块接收灯光渲染信息并将灯光渲染信息传输给渲染控制模块，所述渲染控制模块接收到灯光渲染信息后控制对应的灯珠发出灯光。

通过采用上述方案，智能发光器通过灯珠来创建图像信息，同时也能够通过灯珠进行灯光渲染。

本发明进一步设置为：智能发光器上设置有雨雾模拟装置。

通过采用上述方案，根据情节需要，可以在智能发光器上搭在雨雾模拟装置来模拟下雨或下雾的场景，进一步提高观众的沉浸感。

本发明进一步设置为：发光器管理系统包括自检模块和错误返航模块，所述存储模块存储有从三维地图的任意点移动至固定位置的返航路线，发光器发送模块将返航路线加入路线信息中发送至发光器管理系统；

所述自检模块接收定位模块输出的位置信息和发光器控制模块运行的图像信息与路线信息，自检模块根据接收到的位置信息、图像信息和路线信息检测当前智能发光器的坐标和创建的图像信息，当自检模块检测到当前智能发光器的坐标或创建的图像信息与对应的图像信息与路线信息不同时，输出报警信号；

所述错误返航模块接收到报警信号后控制发光器控制系统将接收的返航路线覆盖原有路线信息，发光器控制模块控制智能发光器沿返航路线飞到固定位置。

通过采用上述方案，当任一智能发光器的飞行路线或投放的影像与设定的不同时，自检模块向错误返航模块报警，错误返航模块控制发生故障的智能发光器飞到固定点处进行维修或系统重启。

本发明进一步设置为：散射组件包括定向散射屏，定向散射屏包括横向散射屏和纵向散射屏，横向散射屏和纵向散射屏相互平行设置。

通过采用上述方案，投影阵列投射出的投影经过横向散射屏和纵向散射屏后向多个方向进行散射，呈现虚拟立体影像。

本发明进一步设置为：散射组件包括柱透镜阵列，柱透镜阵列包括多个阵列设置的柱透镜。

通过采用上述方案，投影阵列投射出的投影经过多个阵列设置的柱透镜后向多个方向进行散射，呈现虚拟立体影像，柱透镜具有亮度不会受到影响的优势，画面亮度能够得到很好地保障。

本发明进一步设置为：智能发光器设置有能够屏蔽多余信号的屏蔽装置。

通过采用上述方案，屏蔽装置避免多余信号对智能发光器造成干扰。

本发明进一步设置为：当舞台系统位于室内时，定位模块使用uwb高精度定位技术进行定位。

通过采用上述方案，由于室内无法使用gps对智能发光器进行精确定位，所以使用uwb高精度定位技术进行定位，并且uwb高精度定位技术具有抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大发送功率非常小的优点，低发射功率能够大大延长系统电源工作时间。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过投影阵列向散射组件投射影像信息，散射组件将投射的影像在多个方向上扩散形成虚拟立体影像，多个智能发光器在控制终端的控制下沿设定轨迹飞行并创建图像信息，组成实物立体图像，通过舞台上的虚拟立体影像和分布于舞台和观众席上空的实物立体图像形成虚实结合的幻像之感，以提高观众的观影体验；由于采用了会飞的智能发光器投影立体图像，减少了三维成像受到的场地限制，不需要占用太多的舞台空间，并且即使舞台的灯光较暗，智能发光器创建出的实物立体图像距离观众较近，依然能够比较清楚地展现给观众；

2.管理人员可以通过预先设计好智能发光器的飞行轨迹和投影内容，使现场观众能够与实物立体图像产生互动，在观众向控制终端发送请求后位于控制终端处的管理人员对请求进行确定，控制终端控制智能发光器将实物立体图像投影至固定位置并作出设定好的动作与观众产生互动，使观众的沉浸感更强；

3.当任一智能发光器的飞行路线或投放的影像与设定的不同时，自检模块向错误返航模块报警，错误返航模块控制发生故障的智能发光器飞到固定点处进行维修或系统重启。

附图说明

图1是实施例一的整体系统框图；

图2是实施例一中突出舞台现场的示意图；

图3是实施例一中突出控制系统、投影管理系统和发光器管理系统的模块示意图；

图4是实施例一中突出智能发光器的示意图；

图5是实施例二中突出柱透镜阵列的示意图。

图中，1、投影阵列；11、投影仪；2、散射组件；21、定向散射屏；211、横向散射屏；212、纵向散射屏；22、柱透镜阵列；221、柱透镜；3、控制终端；4、智能发光器；41、灯珠；42、屏蔽装置；43、雨雾模拟装置；5、投影管理系统；51、投影控制模块；52、投影接收模块；6、控制系统；61、投影发送模块；62、信息输入模块；63、路线规划模块；64、存储模块；65、指令接收模块；651、信号发射端；66、指令处理模块；67；路线变更模块；68、发光器发送模块；7、发光器管理系统；71、发光器控制模块；72、定位模块；73、发光器接收模块；74、自检模块；75、渲染控制模块；76、错误返航模块。

具体实施方式

实施例一：一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统，如图1和图2所示，包括设置于舞台内的用于投射影像的投影阵列1、用于将影像在多个方向上扩散的散射组件2、能够飞行并创建图像的多个智能发光器4、多个能够发出指令信号的信号发射端651和用于控制投影阵列1和智能发光器4的控制终端3。沉浸式延展舞台系统设立于室内。投影阵列1包括多个阵列设置的投影仪11，投影仪11向散射组件2投射投影。散射组件2包括定向散射屏21，定向散射屏21包括横向散射屏211和纵向散射屏212，横向散射屏211和纵向散射屏212相互平行设置。投影阵列1投射出的投影经过横向散射屏211和纵向散射屏212后向多个方向进行散射，呈现虚拟立体影像。多个智能发光器4在控制终端3的控制下沿设定轨迹飞行并创建图像信息，组成实物立体图像。

如图2和图3所示，控制终端3连接有控制系统6，控制系统6包括信息输入模块62、路线规划模块63、存储模块64、投影发送模块61、发光器发送模块68、指令接收模块65、指令处理模块66和路线变更模块67。投影阵列1连接有投影管理系统5，投影管理系统5包括投影接收模块52和投影控制模块51。每个智能发光器4均连接有发光器管理系统7，发光器管理系统7包括发光器接收模块73、定位模块72、发光器控制模块71、自检模块74、渲染控制模块75和错误返航模块76。

如图2和图3所示，路线规划模块63建立三维坐标图，路线规划模块63接收外界输入接收外界输入路线坐标并在三维坐标图上绘制多条三维运动路线，每个信号发射端651均对应有一条三维运动路线，每条三维运动路线均组成一份路线信息。路线规划模块63将路线信息传输给存储模块64。信息输入模块62接收外界输入的多份图像信息和多份投影信息，每条三维运动路线均对应一份图像信息和投影信息，每份路线信息、图像信息和投影信息均设置有编号。信息输入模块62将影像信息和图像信息传输给存储模块64。存储模块64接收影像信息、图像信息和路线信息并存储。

如图2和图3所示，投影发送模块61调用存储模块64存储的影像信息并将影像信息发送给投影管理系统5。投影接收模块52接收影像信息并将影像信息传输给投影控制模块51。投影控制模块51接收到影像信息后控制投影阵列1投射影像信息。控制终端3控制投影阵列1投射出对应的投影。

如图2和图3所示，发光器发送模块68调用存储模块64存储的图像信息和路线信息并将图像信息和路线信息发送给发光器管理系统7。发光器接收模块73接收图像信息和路线信息并将图像信息和路线信息传输给发光器控制模块71，发光器接收模块73将路线信息传输给定位模块72。定位模块72接收到路线信息后获得路线信息中的三维坐标图。定位模块72在室内设立信号基站，使信号覆盖整个区域，然后使用uwb高精度定位技术确定智能发光器4在三维坐标图中的位置信息，定位模块72将位置信息传输给发光器控制模块71。发光器控制模块71接收到图像信息、路线信息和位置信息后，控制智能发光器4根据三维坐标图中的三维运动路线进行飞行，并且创建图像信息，发光器管理系统7控制多个智能发光器4发出不同的图像信息来组成立体图像。控制终端3控制多个智能发光器4沿设定轨迹飞行并创建对应的图像信息。通过舞台上的虚拟立体影像和分布于舞台和观众席上空的实物立体图像形成虚实结合的幻像之感，以提高观众的观影体验。

如图2和图3所示，当信号发射端651发射处指令信号时，指令接收模块65接收信号发射端651发出的指令信号并将指令信号传输给指令处理模块66。指令处理模块66接收到指令信号将指令信号进行显示，在接收到外界输入的确认指令后，指令处理模块66将指令信号转换成编号传输给路线变更模块67。路线变更模块67接收到编号后控制发光器发送模块68调用对应编号的路线信息和图像信息进行发送，同时控制投影发送模块61发送对应编号的投影信息。管理人员可以通过预先设计好智能发光器4的飞行轨迹和投影内容，使现场观众能够与实物立体图像产生互动。在观众向控制终端3发送请求后位于控制终端3处的管理人员对请求进行确定，控制终端3控制智能发光器4将实物立体图像投影至固定位置并作出设定好的动作与观众产生互动，投影阵列1同时会控制虚拟立体影像产生设定好的变化，以配合实物立体图像共同与观众进行互动。

如图3和图4所示，智能发光器4上设置有多个全色彩的灯珠41，发光器控制模块71控制灯珠41发光创建图像信息。智能发光器4上设置有雨雾模拟装置43。智能发光器4设置有能够屏蔽多余信号的屏蔽装置42。智能发光器4通过灯珠41来创建图像信息。根据情节需要，可以在智能发光器4上搭载雨雾模拟装置43来模拟下雨或下雾的场景，进一步提高观众的沉浸感。屏蔽装置42避免多余信号对智能发光器4造成干扰。

如图2和图3所示，发光器接收模块73接收灯光渲染信息并将灯光渲染信息传输给渲染控制模块75，所述渲染控制模块75接收到灯光渲染信息后控制对应的灯珠41发出灯光。智能发光器4通过灯珠41进行灯光渲染。

如图2和图3所示，存储模块64存储有从三维地图的任意点移动至固定位置的返航路线，发光器发送模块68能够将返航路线加入路线信息中发送至发光器管理系统7。自检模块74接收定位模块72输出的位置信息和发光器控制模块71运行的图像信息与路线信息，自检模块74根据接收到的位置信息、图像信息和路线信息检测当前智能发光器4的坐标和投射的图像信息。当自检模块74检测到当前智能发光器4的坐标或投射的图像信息与对应的图像信息与路线信息不同时，输出报警信号。错误返航模块76接收到报警信号后控制发光器控制系统6将接收的返航路线覆盖原有路线信息，发光器控制模块71控制智能发光器4沿返航路线飞到固定位置。当任一智能发光器4的飞行路线或创建的影像与设定的不同时，自检模块74向错误返航模块76报警，错误返航模块76控制发生故障的智能发光器4飞到固定点处进行维修或系统重启。

实施例二：一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统，如图5所示，与实施例一的不同之处在于散射组件2包括柱透镜阵列22，柱透镜阵列22包括多个阵列设置的柱透镜221。投影阵列1投射出的投影经过多个阵列设置的柱透镜221后向多个方向进行散射，呈现虚拟立体影像，柱透镜221具有亮度不会受到影响的优势，画面亮度能够得到很好地保障。

实施例三：一种基于空中成像的沉浸式延展舞台系统，与实施例一的不同之处在于沉浸式延展舞台系统设立于室外。定位模块72接收到路线信息后获得路线信息中的三维坐标图。定位模块72使用gps定位确定智能发光器4在三维坐标图中的位置信息，定位模块72将位置信息传输给发光器控制模块71。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。