基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法，属于机器视觉技术领 域。
【背景技术】
[0002] 从目前动作捕捉系统的灵活性和成熟性方面来看，光学式动作捕捉系统是使用最 广泛而且也是技术最完善的动作捕捉系统，这种类型的动作捕捉系统通过对目标物体上特 定标记点的识别和跟踪来完成动作捕捉的任务。在进行动作捕捉任务时，摄像机接收由标 记点反射回来的光线，并根据灰度信息获取标记点在二维图像中的位置信息，这样便可以 通过计算机视觉方法重建出标记点在三维空间中的三维坐标信息。当摄像机以足够高的帧 频对标记点进行拍摄，通过对拍摄到标记点图像的处理，计算出各个标记点在三维空间中 的三维坐标信息，然后对不同的标记点进行识别，这样便可以得到每个标记点在三维空间 中的三维运动轨迹。
[0003] 近些年，随着动作捕捉技术的飞速发展，其应用领域也具有越来越广阔的拓展空 间，动作捕捉系统在工业、医疗卫生、体育、影视以及国防等诸多行业中都具有广泛的实际 应用价值。在影视制作过程中，经常需要用到动作捕捉系统，如下图所示，美国好莱坞建立 了一个Motion运动捕捉工作室，安装有48个摄像机，专门用于影视制作。Vicon MX光学动 作捕捉系统现在已被许多著名的影视制作公司应用。在众多脍炙人口的影视大片中，动作 捕捉系统发挥了重要的作用，制作了大量的经典镜头。此外，何炳蔚等人提出了一种混合视 觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，该方法使用单目摄像机和全景摄像机快速获得混合 视觉系统中全景摄像机到棋盘格的外参数。张治国等人发明了一种三维场景中虚拟摄像机 的跟踪方法，该方法可以使不同型号的真实摄像机能够一起工作，从而实现节目录制的多 样性，同时校正过程方便、快捷和准确。
[0004] 在计算机图形学中，三维虚拟场景的观察是通过场景摄像机来实现的，而渲染出 的图像就是这个场景摄像机拍摄到的部分。使用场景摄像机来观察三维虚拟场景，如同使 用真实摄像机来拍摄真实世界是一样的。由于场景摄像机是观察三维虚拟场景的工具，所 以可以通过调节场景摄像机从不同角度观察三维虚拟场景。但对影视制作来说，场景摄像 机的常规使用方式严重缺乏操作的灵活性和效率，直接影响到观看体验。正是如此，本发明 提出了一种基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供了一种基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法，为了增 强场景摄像机观察三维虚拟场景的灵活性和效率，通过使用动作捕捉系统快速、准确地获 取标记点的真实三维坐标信息，得到不同姿态下标记点之间的变换关系，从而计算出标记 点在现实环境中的真实运动轨迹信息来控制场景摄像机在三维虚拟场景中的运动， 本发明的技术方案是这样实现的：基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法，由动作 捕捉摄像机组、摄像机数据传输交换机、高性能图形工作站、附加4个标记点的LED显示屏； 其特征在于：动作捕捉摄像机组通过网线连接到摄像机数据传输交换机上，从动作捕捉系 统获取的标记点图像信息通过摄像机数据传输交换机传输给高性能图形工作站进行处理 与识别计算，场景摄像机渲染得到的图像通过高性能图形工作站输出到附加4个标记点的 LED显示屏进行实时的场景预览；其具体步骤如下： 步骤1、使用刻度尺测量附加4个标记点的LED显示屏中4个标记点之间的实际距离， 分别记为：D12、D13、D14、D23、D 24、D34，其中：标记点Dij表示任意两个标记点之间的实际距离， i的取值范围为[1，3]，j的取值范围为[i+1，4]，并且其中任意两个实际距离均不相等且任 意两个实际距离之差的绝对值不小于20mm ; 步骤2、按距离从小到大重新排列D12、D13、D14、D23、D 24、D34得到RD i、RD2、RD3、RD4、RD5、 RD6,并确保附加4个标记点的LED显示屏中4个标记点的刚体状态不被破坏，即：D12、D 13、 D14、D23、D24、D34的实际距离不变； 步骤3、将附加4个标记点的LED显示屏放置在动作捕捉摄像机组的拍摄范围之内，有 效拍摄范围之内，该有效拍摄范围必须并保证附加4个标记点的LED显示屏中每一个标记 点都能够至少被3个摄像机拍摄到，此时附加4个标记点的LED显示屏的摆放位置设定为 初始状态，从动作捕捉摄像机组中获取标记点序列M a及标记点序列Ma中每一个标记点的真 实三维坐标信息； 步骤4、在标记点序列化中随机选取任意4个标记点组成标记组Mx4并计算出标记组Mx4 中任意两点之间的实际距离Mx4121!￡413、1!￡414、1 !￡423、1!￡4241!￡434，按距离从小到大重新排列虻412、 Mx413、Mx414、Mx423、Mx424、M x434得到 RM x4P RMx42、RMx43、RMx44、RMx45、RM x46; 步骤 5、如果 RDp RD2、RD3、RD4、RD5、1?6与 RM1、RMx42、RMx43、RMx44、RMx45、RM xy^足如下 不等式（I):
【主权项】
1.基于动作捕捉系统的虚拟摄像机拍摄方法，由动作捕捉摄像机组、摄像机数据传输 交换机、高性能图形工作站、附加4个标记点的LED显示屏；其特征在于：动作捕捉摄像机 组通过网线连接到摄像机数据传输交换机上，从动作捕捉系统获取的标记点图像信息通过 摄像机数据传输交换机传输给高性能图形工作站进行处理与识别计算，场景摄像机渲染得 到的图像通过高性能图形工作站输出到附加4个标记点的LED显示屏进行实时的场景预 览；其具体步骤如下： 步骤1、使用刻度尺测量附加4个标记点的LED显示屏中4个标记点之间的实际距离， 分别记为：D12、D13、D14、D23、D 24、D34，其中：标记点Dij表示任意两个标记点之间的实际距离， i的取值范围为[1，3]，j的取值范围为[i+1，4]，并且其中任意两个实际距离均不相等且任 意两个实际距离之差的绝对值不小于20mm ; 步骤2、按距离从小到大重新排列D12、D13、D14、D23、D 24、D34得到RD i、RD2、RD3、RD4、RD5、 RD6,并确保附加4个标记点的LED显示屏中4个标记点的刚体状态不被破坏，即：D12、D 13、 D14、D23、D24、D