一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统的制作方法

本发明属于舞台灯光控制领域，特别是涉及一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统。

背景技术：

光线追踪(raytracing)，是计算机图形学的核心算法之一，用于从三维场景生成逼真的二维图像。在现实世界中，光线由光源发出，向四周发散直到被某一个物体的表面挡住。此时，光线的能量可能以四种形式被转化：吸收、反射、折射和荧光。光线追踪是一种基于几何光学原理生成真实感图形的通用技术，采用全局光照模型来模拟光源和环境入射光在物体表面产生的漫反射、镜面反射和散射、介质中产生的透射、折射和衰减等光学现象，实现场景消隐、阴影生成、水面波动、大气效果等浮渣特效渲染。光线追踪就是模拟这个过程来实现真实感图形绘制技术，一部分为正向追踪和逆向追踪两种类型。因为光源发出的光线可以人为有无数条，而进入人眼的光线数目是有限的。如果采用正向的光线追踪算法，即从光源出发追踪光线与场景物体交互的情况，计算量特别巨大。通常情况下，我们采用逆向光线追踪算法，即从人眼出发，逆向追踪光线与场景物体的交互情况，这样可以大量减少计算量。

随着演出场所搬入室内或夜间演出，开始出现了舞台灯光，舞台灯光是演出空间构成的重要组成部分，是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉舞台灯光环境的灯光设计，并有目的将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作，应该全面、系统的考虑人物和情节的空间造型，严谨地遵循造型规律，运用好手段。

目前，灯光控制一般采用红外线或无线遥控器来实现控制，由于现场的灯光比较多，在演出的过程中工作人员不方便对灯具进行调节，而且演出前浪费工作人员大量的时间调节灯光的亮度、颜色和旋转角度，同时演出的过程中灯光可能与现场的环境不同需要进行微调，无疑给工作人员带来很大的工作量，因此需要设计一种能够基于光线追踪的灯光控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统，通过光线追踪技术生成光线追踪模型，控制模块对光线追踪模型和舞台灯的参数进行分析、整理，利用仿真模块根据舞台现场的灯光分布及参数信息进行模拟设计最佳方案，解决了现有舞台灯光无法模拟，演出中工作人员工作量大、灯光效果达不到预期效果的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统，包括光线追踪单元、灯光设备和控制单元，所述控制单元分别与光线追踪单元和灯光设备连接；所述光线追踪单元包括：多通道扫描仪或传感器进行舞台原始数据采集的模拟量采集模块；原始模拟数据进行数字化处理的a/d转换模块；二维模拟数据通过三维网格进行重构的三维重构模块；用于生成体单元模型的光线追踪模型；所述灯光设备包括用于采集舞台灯光的的光束大小和灯光的颜色的灯光采集模块和用于控制舞台灯的亮度、颜色、灯光闪烁时间及灯的旋转角度的灯光控制模块；所述控制单元包括:用于将接收到的灯光数据和模型信息发送给仿真模块的控制模块；用于模拟舞台上多个灯光设备的灯光效果和灯具位置仿真模块；用于输入控制灯光调节模块操作代码的输入指令模块。

优选地，所述光线追踪模型生成包括如下步骤：

步骤s001将采集的模拟数据进行数字化处理生成离散的二维信息；

步骤s002将二维信息储存到有切片面信息的.slc数据文件；

步骤s003将.slc数据文件文件信息通过程序提取为三维体单元信息，形成立体数据集。

优选地，所述控制模块对光线追踪模型和舞台灯的参数进行分析、整理，并将整理的参数发送至所述仿真模块，所述仿真模块根据舞台现场的灯光分布及参数信息进行模拟，根据模拟的效果了解舞台上的灯光存在的不足，通过所述指令输入模块输入操作指令，输入的指令经控制模块处理后，通过网络发送至所述控制模块，所述控制模块对接收的指令进行分析后，通过控制所述灯光调节模块实现对灯的亮度、颜色及角度的调节。

优选地，所述控制模块采用at89c52单片机，用于接收所述指令输入模块发送的操作指令并控制灯光的调节。

优选地，所述指令输入模块采用c语言或汇编语言，通过usb线与控制模块连接。

优选地，所述仿真模块为max仿真软件。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过光线追踪技术生成光线追踪模型，控制模块对光线追踪模型和舞台灯的参数进行分析、整理，利用仿真模块根据舞台现场的灯光分布及参数信息进行模拟设计最佳方案，使舞台灯光效果最大化，减少了工作人员工作量，降低演出出错率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统系的统框图；

图2为本发明的光线追踪模型生成步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于光线追踪技术的舞台灯光控制系统，包括光线追踪单元、灯光设备和控制单元，控制单元分别与光线追踪单元和灯光设备连接；光线追踪单元包括：多通道扫描仪或传感器进行舞台原始数据采集的模拟量采集模块；原始模拟数据进行数字化处理的a/d转换模块；二维模拟数据通过三维网格进行重构的三维重构模块；用于生成体单元模型的光线追踪模型，光线追踪模型有多个三维体单元组成，通过场景坐标系x轴、y轴、z轴进行过个三维体单元堆积形成光线追踪模型；灯光设备包括用于采集舞台灯光的的光束大小和灯光的颜色的灯光采集模块和用于控制舞台灯的亮度、颜色、灯光闪烁时间及灯的旋转角度的灯光控制模块；控制单元包括:用于将接收到的灯光数据和模型信息发送给仿真模块的控制模块；用于模拟舞台上多个灯光设备的灯光效果和灯具位置仿真模块；用于输入控制灯光调节模块操作代码的输入指令模块，输入的指令实现对所有灯光设备进行控制。

请参阅图2所示，光线追踪模型生成包括如下步骤：

步骤s001将采集的模拟数据进行数字化处理生成离散的二维信息；

步骤s002将二维信息储存到有切片面信息的.slc数据文件；

步骤s003将.slc数据文件文件信息通过程序提取为三维体单元信息，形成立体数据集，生成的三维体单元模型保留该部分物体具有的特征信息。

其中，控制模块对光线追踪模型和舞台灯的参数进行分析、整理，并将整理的参数发送至仿真模块，仿真模块根据舞台现场的灯光分布及参数信息进行模拟，根据模拟的效果了解舞台上的灯光存在的不足，通过指令输入模块输入操作指令，输入的指令经控制模块处理后，通过网络发送至控制模块，控制模块对接收的指令进行分析后，通过控制灯光调节模块实现对灯的亮度、颜色及角度的调节。

其中，控制模块采用at89c52单片机，用于接收指令输入模块发送的操作指令并控制灯光的调节。

其中，指令输入模块采用c语言或汇编语言，通过usb线与控制模块连接。

其中，仿真模块为max仿真软件。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘或光盘等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。