一种用于视频节目制作的三维场景构建方法及系统与流程

本发明涉及数据显示技术领域，具体涉及一种用于视频节目制作的三维场景构建系统。

背景技术：

天气紧密关系到人们的商务或休闲出行计划与安排。不仅如此，随着全球化程度的加深，人们也希望能够紧跟全世界范围的最新动态，同时对相关知识能有更深入的了解，特别是对于从事与气象紧密相关行业的人来说，及时、高效且全面地，并以一种更为直观的方式来获取相关信息尤为重要。所以在日常生活中，人们对于全国甚至全世界各地的天气变化的关注度越来越高，在这种背景下，气象类节目必须紧跟时代需求，应用高新技术来辅助节目制作和播报，增加节目内容以及制作和播报形式的趣味性、互动性、直接性和丰富性等等，以最佳形式呈现符合人们需求的气象内容信息。

目前，全国乃至全世界范围内的气象类节目的制作和播报环境普遍采用传统的虚拟演播室。在虚拟演播室中，主持人只能依靠观看返送屏幕来观察自己与虚拟场景的相对位置，在播报过程中会分散主持人的注意力，加大内容播报的失误率，同时还可能出现走位与虚拟内容不匹配的情况，影响整体的播报效果。并且在虚拟演播室中，节目的制作和播报还需要进行实时或者后期的抠像合成，对主持人的衣着和配饰等都有限制。

ar全景仿真演播室利用多面led屏搭建环境，结合红外动捕系统来确认摄像机的实时位置，保证摄像机拍摄到的画面永远是物理透视关系正确的三维空间，镜头呈现更为丰富；并且能够对虚拟内容进行实时三维缝合，主持人身处演播室中就可以直观的看到虚拟场景的内容；在可视化环境中，还可以轻松准确地进行无缝配合和互动，走位更为灵活自然，提升整体的播报效果；此外，led屏自发光，对演播室布光的要求低，对主持人的衣着和配饰都没有限制，还可以自由添加真实道具与虚拟场景进行各种互动；不仅如此，还能够为主持人提供环境光，让主持人与虚拟场景更自然地融合到一起，增加真实感；最后，系统立体的透视效果可以让内容以更加有趣和丰富的方式呈现给观众。

传统的虚拟演播室利用投影的方式来呈现场景，亮度低，精度低，对环境要求高；在虚拟演播室中还需要进行抠像合成，不管是实时还是后期抠像，对主持人的衣着和配饰都有限制；主持人只能依靠观看返送屏幕来观察自己与虚拟场景的相对位置，在播报过程中会分散注意力，增大内容播报的失误率，同时还可能出现走位与虚拟内容不匹配的情况，影响整体的播报效果。

技术实现要素：

为了解决上述情况，利用ar全景仿真演播室，解决我国现有气象类节目制作与播出时虚拟内容不能直接可见的问题，从而让节目制作更加简便、主持人的播出以及互动更加真实自然，最终让老百姓以直观又有趣的方式及时了解到天气情况和灾害预报等与自己切身相关的气象信息，顺利开展日常生活、生产以及商务活动。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于视频节目制作的三维场景构建方法，该方法包括以下步骤：

1)摄像机采集多个led显示屏的显示画面和节目主持人图像，所述多个led显示屏的显示画面构成三维虚拟显示空间；

2)定时读取所述摄像机的坐标位置发送到与所述多个led显示屏相应的通道服务器；

3)各通道服务器基于所述摄像机的坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面，各显示画面与摄像机的拍摄位置相匹配；

4)将所述摄像机采集的包括三维虚拟显示空间及节目主持人的合成画面显示在返看屏；

其中，各通道服务器输出的显示画面都具有相应的空间位置坐标。

根据本发明的实施例，优选的，在所述三维虚拟显示空间具有一个虚拟摄像机，该虚拟摄像机所在位置与真实摄像机位置相匹配，使得基于虚拟摄像机位置得到的显示画面与实际摄像机所在位置得到的显示画面相同；

所述各通道服务器根据所述虚拟摄像机的坐标位置确定向相应的led显示屏输出显示画面。

根据本发明的实施例，优选的，所述通道服务器根据摄像机的位置通过算法计算得到校准后的摄像机镜头坐标位置，并根据该摄像机镜头坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面。

根据本发明的实施例，优选的，通过红外定位系统的红外摄像头读取位于摄像机顶部的多个红外标记点的位置，确定所述摄像机的坐标位置。

根据本发明的实施例，优选的，在所述合成画面之外构建一个ar前景，在步骤5)中将所述合成画面以及所述ar前景三维缝合得到完整的三维显示画面，显示在所述返看屏上。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于视频节目制作的三维场景构建系统，该系统包括：摄像机、多个led显示屏、红外定位系统、动捕电脑以及返看屏；

摄像机采集多个led显示屏的显示画面和节目主持人图像，所述多个led显示屏的显示画面构成三维虚拟显示空间；

红外定位系统定时采集所述摄像机的图像，并发送给所述动捕电脑，动捕电脑根据所述摄像机的图像计算得到摄像机的坐标位置，并把该坐标位置发送给与所述多个led显示屏相应的通道服务器；

各通道服务器基于所述摄像机的坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面，各显示画面与摄像机的拍摄位置相匹配；

所述摄像机将采集的包括三维虚拟显示空间及节目主持人的合成画面显示在返看屏；

其中，各通道服务器输出的显示画面都具有相应的空间位置坐标。

根据本发明的实施例，优选的，在所述三维虚拟显示空间具有一个虚拟摄像机，该虚拟摄像机所在位置与真实摄像机位置相匹配，使得基于虚拟摄像机位置得到的显示画面与实际摄像机所在位置得到的显示画面相同；

所述各通道服务器根据所述虚拟摄像机的坐标位置确定向相应的led显示屏输出显示画面。

根据本发明的实施例，优选的，所述通道服务器根据摄像机的位置通过算法计算得到校准后的摄像机镜头坐标位置，并根据该摄像机镜头坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面。

根据本发明的实施例，优选的，所述摄像机的坐标位置由红外定位系统采集，所述红外定位系统由位于显示空间顶部的八个红外摄像头组成。

根据本发明的实施例，优选的，通过所述红外摄像头读取位于摄像机顶部的多个红外标记点的位置，确定所述摄像机的坐标位置。

通过本发明的技术方案取得了以下技术效果：

(1)实现虚拟内容的实时可见。提供了实时的可视化制作、编辑、以及播出的工具。

(2)实现了主持人与虚拟内容的实时互动。提供了可视化的互动内容。

(3)实现了led屏幕打造虚拟演播室。提供了布光简单、对环境、道具和着装要求低且仿真度极高的虚拟拍摄环境。

(4)实现了拍摄画面和效果的实时展现与输出。

附图说明

图1是本发明的三维场景构建方法图

图2是本发明系统构成图

具体实施方式

<三维场景构建方法>

如图1，本发明公开了一种用于视频节目制作的三维场景构建方法，该方法包括以下步骤：

1)摄像机采集多个led显示屏的显示画面和节目主持人图像，所述多个led显示屏的显示画面构成三维虚拟显示空间；

2)定时读取所述摄像机的坐标位置发送到与所述多个led显示屏相应的通道服务器；

3)各通道服务器基于所述摄像机的坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面，各显示画面与摄像机的拍摄位置相匹配；

4)将所述摄像机采集的包括三维虚拟显示空间及节目主持人的合成画面显示在返看屏；

其中，各通道服务器输出的显示画面都具有相应的空间位置坐标。

在所述三维虚拟显示空间具有一个虚拟摄像机，该虚拟摄像机所在位置与真实摄像机位置相匹配，使得基于虚拟摄像机位置得到的显示画面与实际摄像机所在位置得到的显示画面相同；

所述各通道服务器根据所述虚拟摄像机的坐标位置确定向相应的led显示屏输出显示画面。

所述通道服务器根据摄像机的位置通过算法计算得到校准后的摄像机镜头坐标位置，并根据该摄像机镜头坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面。

通过红外定位系统的红外摄像头读取位于摄像机顶部的多个红外标记点的位置，确定所述摄像机的坐标位置。

在所述合成画面之外构建一个ar前景，在步骤5)中将所述合成画面以及所述ar前景三维缝合得到完整的三维显示画面，显示在所述返看屏上。

<三维场景构建系统>

如图2，本发明公开了一种用于视频节目制作的三维场景构建系统，该系统包括：摄像机、多个led显示屏、红外定位系统、动捕电脑以及返看屏；

摄像机采集多个led显示屏的显示画面和节目主持人图像，所述多个led显示屏的显示画面构成三维虚拟显示空间；

红外定位系统定时采集所述摄像机的图像，并发送给所述动捕电脑，动捕电脑根据所述摄像机的图像计算得到摄像机的坐标位置，并把该坐标位置发送给与所述多个led显示屏相应的通道服务器；

各通道服务器基于所述摄像机的坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面，各显示画面与摄像机的拍摄位置相匹配；

所述摄像机将采集的包括三维虚拟显示空间及节目主持人的合成画面显示在返看屏；

其中，各通道服务器输出的显示画面都具有相应的空间位置坐标。

在所述三维虚拟显示空间具有一个虚拟摄像机，该虚拟摄像机所在位置与真实摄像机位置相匹配，使得基于虚拟摄像机位置得到的显示画面与实际摄像机所在位置得到的显示画面相同；

所述各通道服务器根据所述虚拟摄像机的坐标位置确定向相应的led显示屏输出显示画面。

所述通道服务器根据摄像机的位置通过算法计算得到校准后的摄像机镜头坐标位置，并根据该摄像机镜头坐标位置向相应的led显示屏输出相应的显示画面。

所述摄像机的坐标位置由红外定位系统采集，所述红外定位系统由位于显示空间顶部的八个红外摄像头组成。

通过所述红外摄像头读取位于摄像机顶部的多个红外标记点的位置，确定所述摄像机的坐标位置。

如图2，本系统在以三块led屏搭建的三维虚拟空间中，每一块led屏配有一台通道服务器，三台通道服务器由一台总控服务器统一控制。当然这里的三块led显示屏和三台通道服务器只是举例，可以根据需要增加或者减少led显示屏和通道服务器的数量，每一块led屏配有一台通道服务器。红外摄像头(红外动捕实时定位系统的组成部分)通过读取安装在摄像机顶部的红外标记点的位置，把拍摄得到的摄像机(用于采集三维虚拟空间图画面和主持人图像，得到一个包含了主持人的三维虚拟空间)位置信息由网络交换机传输至动捕电脑，动捕电脑把计算后的摄像机位置数据分别发送到不同的通道服务器，使每一台通道服务器显示内容都有对应的空间位置坐标，通过算法的调整把标记点与摄像机镜头的真实空间误差进行校正，保证真实环境的摄像机位置参数与虚拟空间拍摄机(在虚拟空间设置一虚拟摄像机，从而可以根据虚拟摄像机的位置，使得各个led屏上显示与实际摄像机拍摄角度相匹配的三维虚拟画面)位置精准匹配。该系统支持多台红外摄像机对摄像机进行定位，在切换真实摄像机位置时红外动捕系统会实时读取真实摄像机的坐标信息，用于三维虚拟空间对应的虚拟摄像机使用，使每一块led屏幕显示的三维空间画面与真实摄像机机位(或视角)匹配，从而实现了无缝拼合完整三维虚拟空间，得到包括由三个led显示屏显示的虚拟空间与主持人图像构成的完整三维虚拟空间画面。ar渲染服务器将ar前景信息(前景信息就是指通过在拍摄画面上再叠加的虚拟内容)植入成整体画面中，信号通过视频分配器以及hdmi转换器最终显示在返看屏上。

<具体实施方式>

本发明系统为全数字系统，最终在led屏幕呈现，用摄像机拍摄。具有视频源输入接口、高清外视频输入的系统，向下兼容全标清信号的输入输出。系统具有活动外视频输入，具有高性能的主机控制台、高性能渲染引擎、摄像机等。

示空间支持多种素材：

1.支持8k图片输入作为显示环境使用。图片可以放大缩小、上下左右移动调整位置，快速打造不同的场景环境；

2.支持4k视频实时接入与播放作为显示环境使用，可以用于环境漫游虚拟、特色景点呈现等；还可以在环境中开窗，用于事件回放等；

3.支持三维模型作为显示环境使用，可以加入实时粒子效果，塑造强大逼真的环境还原效果，比如说动态的雨雪等天气以及光影变化等。

4.支持ar前景植入，可以使用相关图文、视频、动画、三维模型显示在拍摄真实人物前方，达到与后方显示仿真环境前后呼应的效果，使拍摄画面更富有空间感；还可以同场景中的人物进行互动。

在节目内容方面，可以真实的模拟风霜雨雪、雷电冰雹等天气现象，高性能的渲染引擎可以渲染出高精度的逼真画面。

通过上述方法及系统，取得以下效果：

(1)实现了在气象类节目录制中主持人与虚拟内容交互时主持人不能直观的观察到虚拟物品及场景的真实位置的问题。比如主持人进行某地区的天气讲解时，就可以直观的看到要讲解的区域位置，手指可以精确的点到某个点的位置，走位也更加准确灵活。

(2)在录制过程中不需要进行抠像就可以在主持人的背景层创作丰富多彩的虚拟内容，节约了硬件成本，降低了维护与操作的难度。并且对主持人的衣着无特殊要求，包括颜色与饰物的材质。

(3)在平面的3或4面led屏幕上构建一个真实的三维空间，利用红外定位确定摄像机位置，保证在摄像机位置，led显示的内容做出相应的畸变调整，保证在相机位置看到的画面是透视正确无畸变无接缝的。

(4)因为led屏幕自身发光，所以会给主持人提供一个环境光，让主持人更加自然的融入到虚拟环境中。

(5)主持不需要到达危险的现场，一台摄像机一路实时信号就可以让主持人脚踏实地的在实时的环境进行播报，配丰富的雨雪粒子效果更能体现真实的天气影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应保护在本发明的保护范围之内。