一种基于3d虚拟合成技术的情景视频录制系统、方法及情景实训学习方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D虚拟合成技术，尤其是应用在教学的基于3D虚拟合成技术的情景视频录制系统、方法及情景实训学习方法。
【背景技术】
[0002]体验式教学方法是世界公认的优秀教学方法，他的核心理念是提供充分的条件让学生去实践体验从而加深知识记忆的一种教学方法，这种教学方法在世界多个发达公家都用充分的应用。国内高等教育改革也提到了工学结合教学思路，目的也是让学生利用学习到的知识去充分实践，达到与产业结合促进就业的目的。而就目前国内高校在实践方面的开展并不是很顺利，究其原因主要还是缺乏手段。由于高校的在校生数量庞大，无法大量的开展与企业对接的社会实践机会，目前学校还是尽量的依托于校内设施完成实训练习，而实训类课程需要的大量情景在校园内是无法完全提供的，有的学校利用教室场地做模仿装修，投入大且不易改动，如果课程有变动前期的投入就会失去价值。所以大多数学校就是在教室内利用简单的道具，给学生定义角色而粗糙的展开，学生对这种实训方法并无太大兴趣，认为其枯燥乏味，而且十分别扭效果不好。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题之一是提供一种基于3D虚拟合成技术的情景视频录制系统，老师和学生可以在计算机模拟出的场景下进行角色扮演，做到身临其境的直观感受，将现实生活中的场景，和未知世界进行虚拟模拟，解决单纯书本学习的枯燥与乏味，增强学生的直观体验感受，提高学习趣味，加深学习记忆。
[0004]本发明所要解决的技术问题之二是提供一种基于3D虚拟合成技术的情景视频录制方法，老师和学生可以在计算机模拟出的场景下进行角色扮演，做到身临其境的直观感受，将现实生活中的场景，和未知世界进行虚拟模拟，解决单纯书本学习的枯燥与乏味，增强学生的直观体验感受，提高学习趣味，加深学习记忆。
[0005]本发明所要解决的技术问题之三是提供一种基于3D虚拟合成技术的情景实训学习方法，老师和学生可以在计算机模拟出的场景下进行角色扮演，做到身临其境的直观感受，将现实生活中的场景，和未知世界进行虚拟模拟，解决单纯书本学习的枯燥与乏味，增强学生的直观体验感受，提高学习趣味，加深学习记忆。
[0006]为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是:一种基于3D虚拟合成技术的情景视频录制系统，包括:
用于对人物进行拍摄取像的视频摄像设备；
用于对人物进行收音的音频录入设备；
用于对视频摄像设备拍摄的视频进行人物抠像的人物采集处理模块；
用于生成虚拟场景文件的场景处理模块； 用于将抠像前景与虚拟场景文件虚拟合成，实现视频摄像设备拍摄的人物在虚拟场景内的活动和变化的图像合成模块；
用于将人物在虚拟场景内的活动和变化进行视频录制的视频录制控制模块；
用于在虚拟背景中插入图片或视频的文件处理模块；
用于对软件的显示输出信号进行获取，视频信号对应输入到虚拟场景的显示框中与背景进行合成显示的系统界面捕抓模块。
[0007]为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是:
一种基于3D虚拟合成技术的情景视频录制方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)利用人物采集处理模块对视频摄像设备拍摄的视频的人物进行抠像；
(2)利用场景处理模块生成虚拟场景文件；
(3)利用图像合成模块将抠像前景与虚拟场景文件虚拟合成，实现视频摄像设备拍摄的人物在虚拟场景内的活动和变化；
(4)利用视频录制控制模块将人物在虚拟场景内的活动和变化进行视频录制；
(5)利用文件处理模块在虚拟背景中插入图片或视频；
(6)利用系统界面捕抓模块对软件的显示输出信号进行获取，视频信号对应输入到虚拟场景的显示框中，与背景进行合成显示。
[0008]作为改进，步骤(1)是基于鼠标点击获取数值的色键抠像算法:人物抠象基于颜色采样与平滑优化的方式实现，抠像方程式为:C=aF+(l-a)B，基于RGB三色的抠像方程为:Cr, g, b=aFr, g, b+(l_a)Br, g, b ;其中r, g, b三色的色值，采用系统实时采集的背景色的某一个像素点的色值，背景颜色采用与R(255，0，0)、G (0，255，0)、B (0，0，255)相近色值的颜色；在这个范围之外的像素作为前景，相应的Alpha通道值设为1，在这个范围之内的像素作为背景，相应的Alpha通道值设为0 ;平滑优化采用目标像素点的色值附近一定范围内的加权平均值，做为边缘优化的参照值。
[0009]作为改进，步骤(2)中，将3D MAX中设计的场景建模文件重新编译为以.ASE或.XND为后缀的场景执行文件。
[0010]作为改进，所述步骤(5)具体为:
DPPT加载方式为:利用系统的文档转换程序，将PPT文档格式转换成PNG、JPG、BMP的图片格式，在虚拟场景中显示和控制；
2)视频加载方式为:利用系统的内建播放器对视频进行解码播放，支持视频格式包括av1、wmv、mp4，播放器控制功能包括播放、暂停、循环播放和快进。
[0011]作为改进，步骤(4)中，虚拟背景下的3D立体视频生成方法:在视频合成后，复制生成另外一个图像，形成左右叠加视频输出，通过偏光式3D电视机进行播放，观看者通过佩戴偏光眼镜进行观看。
[0012]作为改进，步骤(4)中，利用视频录制控制模块生产压缩视频和流媒体视频。
[0013]为解决上述技术问题之三，本发明的技术方案是:一种基于3D虚拟合成技术的情景实训学习方法，其特征在于，包括实训视频录制:
(1)利用人物采集处理模块对视频摄像设备拍摄的视频的人物进行抠像；
(2)利用场景处理模块生成虚拟场景文件；
(3)利用图像合成模块将抠像前景与虚拟场景文件虚拟合成，实现视频摄像设备拍摄的人物在虚拟场景内的活动和变化；
(4)利用视频录制控制模块将人物在虚拟场景内的活动和变化进行视频录制；
实训视频播放:
(5)将录制的视频通过视频显示设备进行播放；
(6)学生通过观看实训视频进行实训学习。
[0014]作为改进，实训视频录制中，包括利用文件处理模块在虚拟背景中插入图片或视频的步骤；利用系统界面捕抓模块对软件的显示输出信号进行获取，视频信号对应输入到虚拟场景的显示框中，与背景进行合成显示的步骤。
[0015]作为改进，情景实训学习在教学互动区域实现；所述教学互动区域包括学生练习区、供学生练习区观看的练习观看屏幕、学生观看区、供学生观看区观看的教学观摩屏幕和操作区域；所述练习观看屏幕位于学生练习区的前方，所述学生练习区和练习观看屏幕位于学生观看区的后方，所述教学观摩屏幕位于学生观看区的前方。
[0016]本发明与现有技术相比所带来的有益效果是:
本发明利用虚拟合成技术，可将人物虚拟到任意空间内，并在虚拟的空间内进行活动，利用此技术可实现老师和学生在固定场所下模拟出丰富的场景下的教学和实践；老师和学生可以在计算机模拟出的场景下进行角色扮演，做到身临其境的直观感受，将现实生活中