本发明涉及广电虚拟演播室技术领域，具体涉及一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法。
背景技术：
目前随着虚拟及增强现实技术的发展，单纯的无轨虚拟演播室或者简单的有轨虚拟演播室，已经不能满足广电虚拟演播室节目制作的需求，为了追求更加真实的场景渲染效果，更加绚丽的镜头艺术效果，同时更加简化的操作流程，有轨/无轨混合虚拟演播以及虚拟/实景混合环境中的互动演播场景，完美地融合虚拟和现实世界，已经成为技术发展的主流方向。
现有的技术解决方案中，使用自动机器人传感器可以精准控制实体摄像机的镜头点位运动，通过存储一系列有轨虚拟跟踪摄像机的运动镜头点位，以及无轨虚拟摄像机的运动镜头点位，可以由程序控制来切换虚拟摄像机的镜头点位，虚拟摄像机在镜头点位之间跟踪实体摄像机运动或者做无轨线性插值运动。
该解决方案，可以实现有轨镜头点位和无轨镜头点位之间的有效运动切换，完成类似从演播室外超级远处飞到演播室内再推到主持人面前的镜头运动效果，或者反向效果等。但是在有轨镜头点位和无轨镜头点位的运动过程中，都是在到达切换镜头点位且实体摄像机和虚拟摄像机位置及姿态重合后，才进行切换后运动。由于自动机器人传感器动作的局限性，它的运动过程是一个从零加速到匀速再减速到零的过程，等待到达切换位置后，摄像机运动速度为零。切换后，虚拟摄像机运动相当于又是一个从零开始的运动过程。因此，在切换的过程中，会出现停顿一下的现象，造成镜头运动效果的不够真实甚至穿帮。
技术实现要素：
针对上面提到的现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法，以解决现有技术中存在的在切换的过程中，出现的停顿现象以及因此而造成镜头运动效果的不够真实，甚至穿帮的技术问题。
本发明的一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法，包括：
根据拍摄需要，在有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位和无轨虚拟摄像机镜头点位之间设置切换镜头点位；
检测并记录虚拟摄像机和实体摄像机的初始工作模式；
在拍摄过程中实时检测虚拟摄像机的位置，判断虚拟摄像机的位置；
在虚拟摄像机的位置到达切换镜头点位之前，根据虚拟摄像机的初始工作模式，提前改变虚拟摄像机的动作，避开所述切换镜头点位，避免在切换镜头点位停滞，从而使虚拟摄像机从有轨动态切换到无轨或从无轨动态切换到有轨；
以改变虚拟摄像机的动作时的瞬时速度，使虚拟摄像机向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位或无轨虚拟摄像机镜头点位运动，完成虚拟摄像机在有轨和无轨之间的动态切换。
在可选的实施方式中，所述虚拟摄像机从有轨动态切换到无轨的具体步骤为：
a)实体摄像机减速，使虚拟摄像机提前脱离跟踪实体摄像机；
b)在虚拟摄像机脱离跟踪实体摄像机之后，实体摄像机继续减速，运动到所述切换镜头点位；
c)使虚拟摄像机以脱离跟踪实体摄像机时的瞬时速度开始匀速地向预先计算的初始路径中的一个镜头点位运动，然后继续向无轨虚拟摄像机镜头点位运动，完成虚拟摄像机从有轨向无轨的动态切换。
可选地，使虚拟摄像机提前脱离跟踪实体摄像机的时机是实体摄像机开始减速时或者是虚拟摄像机到达切换镜头点位前1秒。
另一可选的实施方式中，虚拟摄像机从无轨动态切换到有轨的具体步骤为：
a’)获取虚拟摄像机和实体摄像机当前位置信息；
b’)根据虚拟摄像机和实体摄像机的当前位置信息，在虚拟摄像机到达切换镜头点位之前，动态调整实体摄像机的移动方向以及虚拟摄像机的位置和姿态；
c’)在切换镜头点位上或者实体摄像机开始从切换镜头点位向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动的位置上，动态地将虚拟摄像机与实体摄像机的位置及姿态重合或者高度近似匹配后，进行虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换；
d’)虚拟摄像机跟踪实体摄像机并一起向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动。
在上述实施方式中，动态调整实体摄像机的移动方向以及虚拟摄像机的位置和姿态包括下面两种情况下的操作：
i)如果实体摄像机当前位置不位于切换镜头点位上，则无轨虚拟摄像机继续向切换镜头点位运动以等待实体摄像机移动至所述切换镜头点位上，直到当实体摄像机和虚拟摄像机都到达切换镜头点位并且位置和姿态重合后，以实现虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换；
ii)如果实体摄像机当前位置位于切换镜头点位上，则在无轨虚拟摄像机运动到切换镜头点位之前，实体摄像机开始从切换镜头点位向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动，并且无轨虚拟摄像机向实体摄像机的当前位置及姿态处运动，同时无轨虚拟摄像机不断调整自己要移动到的位置及姿态，当与实体摄像机位置及姿态重合或者高度近似匹配后，以实现虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换。
此外，所述虚拟摄像机开始跟踪实体摄像机的时机为虚拟摄像机与实体摄像机位置及姿态重合或者高度近似匹配时。当实体摄像机当前位置位于切换镜头点位上时，实体摄像机开始运动的时机为虚拟摄像机达到切换镜头点位前1秒。
通过本发明的上述方法，使虚拟摄像机在有轨虚拟跟踪镜头点位和无轨虚拟镜头点位之间的运动过程中，进行有轨无轨或者无轨有轨切换时，实体摄像机和虚拟摄像机位置和姿态重合或者高度近似匹配，且实体摄像机的瞬时运动速度不为零，从而整个镜头运动及切换过程，不会出现虚拟摄像机的停止后再启动的停顿现象，保证了整个运动切换过程的动态自然。这样做出来的镜头运动效果，不管是从无轨镜头画面过渡到有轨镜头画面，还是从有轨镜头画面过渡到无轨镜头画面，都可以做到自然流畅，实现更加艺术化的镜头效果，使得虚拟和现实世界完美的融合到一起。
附图说明
图1为本发明的一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法中，虚拟摄像机和实体摄像机从有轨虚拟跟踪镜头点位到无轨虚拟镜头点位运动的示意图；
图3为本发明实施例的一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法中，虚拟摄像机和实体摄像机从无轨虚拟镜头点位到有轨虚拟跟踪镜头点位运动的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，下面所描述的实施例仅是本发明的实施例，其仅用于更加清楚地对本发明进行解释和说明，并不能以此来限定本发明的保护范围。
其中，实心圆圈及箭头表示实际运动的镜头走位，虚线圆圈及箭头表示未真正运动的镜头走位。对于图中圆圈，“有”表示有轨虚拟跟踪镜头点位，“无”表示无轨虚拟镜头点位，“有/无”表示有轨到无轨的切换镜头点位，“无/有”表示无轨到有轨的切换镜头点位；“脱离跟踪”表示在该镜头点位，虚拟摄像机脱离跟踪实体摄像机，“跟踪”表示在该镜头点位，虚拟摄像机开始跟踪实体摄像机。
本发明提供了一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法，用以解决虚拟摄像机在有轨镜头点位和无轨镜头点位之间运动，在进行有轨无轨跟踪切换时，因为摄像机速度为零而出现停顿现象的问题，实现动态自然的平滑切换效果。
参考图1，本发明提供了一种虚拟场景中摄像机轨迹动态变换的切换方法。如图1所示，该方法包括：
s1，根据拍摄需要，在有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位和无轨虚拟摄像机镜头点位之间设置切换镜头点位；
s2，检测并记录虚拟摄像机和实体摄像机的初始工作模式；
s3，在拍摄过程中实时检测虚拟摄像机的位置，判断虚拟摄像机的位置；
s4，在虚拟摄像机的位置到达切换镜头点位之前，根据虚拟摄像机的初始工作模式，提前改变虚拟摄像机的动作，避开所述切换镜头点位，避免在切换镜头点位停滞，从而使虚拟摄像机从有轨动态切换到无轨或从无轨动态切换到有轨；
s5，以改变虚拟摄像机的动作时的瞬时速度，使虚拟摄像机向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位或无轨虚拟摄像机镜头点位运动，完成虚拟摄像机在有轨和无轨之间的动态切换。
参考图2，s101为现有技术解决方案中，虚拟摄像机跟踪实体摄像机从有轨镜头点位a运动到切换镜头点位b，虚拟摄像机脱离跟踪，运动到无轨镜头点位c。
在本发明的可选的实施例中，在从有轨虚拟跟踪镜头点位到无轨虚拟镜头点位运动的过程中，具体步骤为：
s102为本发明的可选实施例中，虚拟摄像机从有轨动态切换到无轨的具体步骤：
虚拟摄像机跟踪实体摄像机从有轨镜头点位a向切换镜头点位b运动，在到达镜头点位b’时，实体摄像机瞬时运动速度开始减速，虚拟摄像机提前脱离跟踪；
在虚拟摄像机脱离跟踪实体摄像机之后，实体摄像机继续减速，运动到所述切换镜头点位；
使虚拟摄像机以脱离跟踪实体摄像机时的瞬时速度开始匀速地向预先计算的初始路径中的一个镜头点位c’运动，然后继续运动到无轨虚拟摄像机镜头点位c，完成虚拟摄像机从有轨向无轨的动态切换。
可选地，使虚拟摄像机提前脱离跟踪实体摄像机的时机是实体摄像机开始减速时或者是虚拟摄像机到达切换镜头点位前1秒。
在本发明的可选的另一实施例中，虚拟摄像机从无轨动态切换到有轨的具体步骤为：
a’)获取虚拟摄像机和实体摄像机当前位置信息；
b’)根据虚拟摄像机和实体摄像机的当前位置信息，在虚拟摄像机到达切换镜头点位之前，动态调整实体摄像机的移动方向以及虚拟摄像机的位置和姿态；
c’)在切换镜头点位上或者实体摄像机开始从切换镜头点位向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动的位置上，动态地将虚拟摄像机与实体摄像机的位置及姿态重合或者高度近似匹配后，进行虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换；
d’)虚拟摄像机跟踪实体摄像机并一起向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动。
基于上述另一可选的实施例，如图3所示，可进行如下具体实例的操作。其中，步骤s201为现有技术解决方案中，虚拟摄像机从无轨镜头点位a运动到切换镜头点位b，虚拟摄像机开始跟踪实体摄像机，运动到有轨虚拟跟踪镜头点位c。
s202～s205，为虚拟摄像机从无轨镜头点位a到有轨虚拟跟踪镜头点位c运动过程的分解，具体步骤如下：
s203，实体摄像机运动到镜头点位b”，虚拟摄像机开始由当前镜头点位a”向镜头点位b”运动；
s204，实体摄像机运动到镜头点位b”’，虚拟摄像机开始由当前镜头点位a”’向镜头点位b”’运动。
s205，虚拟摄像机当前镜头点位与实体摄像机当前镜头点位b””重合，虚拟摄像机开始跟踪实体摄像机，运动到有轨虚拟镜头点位c。
在上述实施方式中，动态调整实体摄像机的移动方向以及虚拟摄像机的位置和姿态包括下面两种情况下的操作：
i)如果实体摄像机当前位置不位于切换镜头点位上，则无轨虚拟摄像机继续向切换镜头点位运动以等待实体摄像机移动至所述切换镜头点位上，直到当实体摄像机和虚拟摄像机都到达切换镜头点位并且位置和姿态重合后，以实现虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换；
ii)如果实体摄像机当前位置位于切换镜头点位上，则在无轨虚拟摄像机运动到切换镜头点位之前，实体摄像机开始从切换镜头点位向有轨虚拟跟踪摄像机镜头点位运动，并且无轨虚拟摄像机向实体摄像机的当前位置及姿态处运动，同时无轨虚拟摄像机不断调整自己要移动到的位置及姿态，当与实体摄像机位置及姿态重合或者高度近似匹配后，以实现虚拟摄像机从无轨到有轨的动态切换。
此外，所述虚拟摄像机开始跟踪实体摄像机的时机为虚拟摄像机与实体摄像机位置及姿态重合或者高度近似匹配时。当实体摄像机当前位置位于切换镜头点位上时，实体摄像机开始运动的时机为虚拟摄像机达到切换镜头点位前1秒。
以上对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但本领域内的技术人员根据本发明的创造性概念，可以对本发明进行各种变形和修改，但所做的各种变形和修改不脱离本发明的精神和范围，皆属于本发明权利要求的范围之内。