虚拟空间灯光控制方法、计算机可读存储介质和系统与流程

本发明涉及影视特效测领域，更具体地说，涉及一种虚拟空间灯光控制方法和系统。

背景技术：

现代影视拍摄过程中，特别是在抠绿(蓝)幕技术的背景下，人们已经不需要在真实的场景里进行拍摄。后期合成即可。而在抠幕技术下，为了保证场景最后合成的真实性和合理性，灯光控制就显得尤为重要了。传统影视灯光调控一般都是由专业的影视灯光师来进行调整与控制。根据灯光师水平的不同，极易出错，难以调整，导致拍摄的效果参差不齐，因此出现了很多所谓的五毛特效。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能提高灯光效率、减少成本，并且减少人为错误的虚拟空间灯光控制方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种虚拟空间灯光控制方法，包括：

s1、基于真实场景建立虚拟三维场景空间，并在所述虚拟三维场景空间中设置多个触发点；

s2、针对每个的触发点设置至少一个照明设备，并为每个照明设备设置各自的原始灯光参数和触发灯光参数；

s3、追踪真实场景中的目标的实时坐标并将所述实时坐标转换成所述虚拟三维场景空间中的空间坐标；

s4、基于所述空间坐标对所述触发点的触发，基于所述触发灯光参数控制所述触发点的照明设备的灯光变化。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，所述步骤s1进一步包括：

s11、使用三维软件基于真实场景建立虚拟三维场景空间；

s12、确定所述三维场景空间的原点；

s13、选择所述三维场景空间中的多个不同位置点作为触发点。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，在所述步骤s11中，采用刚性变化矩阵按照1:1比例基于所述真实场景建立所述虚拟三维场景空间。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，所述步骤s2进一步包括：

s21、针对每个触发点设置至少一个照明设备；

s22、基于每个触发点在所述虚拟三维场景空间所处的位置设置其对应的照明设备的原始灯光参数；

s23、基于以下公式设置每个触发点对应的照明设备的所述触发灯光参数；

其中x表示所述原始灯光参数，a表示倍数，b表示微调系数，d表示触发半径。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，所述步骤s2进一步包括：

s21、针对每个触发点设置多个照明设备；

s22、基于每个触发点在所述虚拟三维场景空间所处的位置设置其对应的每个照明设备的原始灯光参数；

s23、基于以下公式设置每个触发点对应的每个照明设备的所述触发灯光参数；

其中x表示所述原始灯光参数，a表示倍数，b表示微调系数，d表示触发半径，其中所述微调系数基于每个照明设备各自的色度计算。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，所述步骤s4进一步包括：

s41、判定所述空间坐标与任意一个所述触发点之间的距离是否位于所述触发点的触发半径之内，如果是执行步骤s42，否则不进行任何灯光调整；

s42、将所述触发点对应的照明设备的全部触发灯光参数发送到灯光控制器；

s43、所述灯光控制器基于所述触发灯光参数调节所述触发点对应的照明装置的灯光。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制方法中，所述原始灯光参数和所述触发灯光参数为亮度参数。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的虚拟空间灯光控制方法。

本发明解决其技术问题采用的再一技术方案是，构造一种虚拟空间灯光控制系统，包括：

基于真实场景建立的虚拟三维场景空间；

设置在所述虚拟三维场景空间中的多个触发点；

针对每个的触发点设置的至少一个照明装置，其中为每个照明装置设置各自的原始灯光参数和触发灯光参数；

跟踪模块，用于追踪真实场景中的目标的实时坐标并将所述实时坐标转换成所述虚拟三维场景空间中的空间坐标；

灯光控制模块，用于基于所述空间坐标对所述触发点的触发，基于所述触发灯光参数控制所述触发点的照明装置的灯光变化。

在本发明所述的虚拟空间灯光控制系统中，针对每个触发点设置至少一个照明装置；基于每个触发点在所述虚拟三维场景空间所处的位置设置其对应的照明装置的原始灯光参数；并基于以下公式设置每个触发点对应的照明装置的所述触发灯光参数；

其中x表示所述原始灯光参数，a表示倍数，b表示微调系数，d表示触发半径；

所述灯光控制模块进一步包括：判定单元和灯光控制器，所述判定单元用于判定所述空间坐标与任意一个所述触发点之间的距离是否位于所述触发点的触发半径之内，如果是则将所述触发点对应的照明装置的全部触发灯光参数发送到灯光控制器；

所述灯光控制器基于所述触发灯光参数调节所述触发点对应的照明装置的灯光。

实施本发明的虚拟空间灯光控制方法、计算机可读存储介质和系统，通过追踪真实场景中的目标的实时坐标来触发虚拟三维场景空间中触发点，从而进行灯光调节，能够提高在现代影视的扣幕场景下的灯光效率、减少成本，并且减少人为错误，并且能够实现更加真实的影视拍摄效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的虚拟空间灯光控制方法的第一优选实施例的流程图；

图2是本发明的虚拟空间灯光控制系统的第一优选实施例的结构示意图；

图3a-3c是本发明的虚拟空间灯光控制方法和系统的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明的虚拟空间灯光控制方法的第一优选实施例的流程图。如图1所示，在步骤s1中，基于真实场景建立虚拟三维场景空间，并在所述虚拟三维场景空间中设置多个触发点。在本发明的优选实施例中，可以使用三维软件基于真实场景建立虚拟三维场景空间，例如3d游戏引擎，3d设计工业软件来构建虚拟三维场景空间。优选的，虚拟三维场景空间是根据真实场景1：1打造，其与真实场景之间的坐标转换可以采用刚性变换矩阵表示变换来实现。由于是1：1制作的3维空间。所以两个矩阵之间只有旋转平移关系，没有缩放。这个换算过程由引擎自动完成。

随后，可以确定所述三维场景空间的原点；并且选择所述三维场景空间中的多个不同位置点作为触发点。在此，本领域技术人员可以随意选择三维场景空间的任何适合的位置点作为触发点。需要注意的是，触发点彼此之间间隔小需要大于触发半径，从而避免在后续操作中，同一个坐标位置位于两个触发点的触发半径内的情况。如所述三维场景空间是按照2*3m的真实场景搭建的。因此触发半径一般可以选择50cm。当然，本领域技术人员可以根据实际情况选择触发点和触发半径。

在步骤s2中，针对每个的触发点设置至少一个照明设备，并为每个照明设备设置各自的原始灯光参数和触发灯光参数。通常情况下，对于不同的触发点的照明设备，设置不同的原始灯光参数。一般所述虚拟三维场景空间越亮，原始灯光参数将设置的越大，反之亦然。在本发明的一个优选实施例中，针对每个触发点设置一个照明设备，并且基于每个触发点在所述虚拟三维场景空间所处的位置设置其对应的照明设备的原始灯光参数。在这里同样遵循该位置越亮，原始灯光参数越大，该位置越暗，原始灯光参数越小的原则。然后基于以下公式设置每个触发点对应的照明设备的所述触发灯光参数；

其中x表示所述原始灯光参数，a表示倍数，b表示微调系数，d表示触发半径。在此，本领域技术人员可以根据实际情况选择x，a，b和d的取值。如前所述，所述触发点在所述虚拟三维场景空间中所处的位置越亮，原始灯光参数x越大，该位置越暗，原始灯光参数x越小，而具体数值可以根据真实场景中的实际数值来确定，比如通过测量对应真实场景中的对应位置的亮度来设置。倍数a的取值同样根据真实场景中的环境亮度取值来设置，其范围通常为1-5，通常可以分为很多档。微调系数b通常根据该照明设备自身的色度来获得。而如前所述，触发半径d可以根据实际需要进行设置，只要其能够满足任何空间中的坐标都不会位于两个触发半径之内即可。

在本发明的进一步的优选实施例中，针对每个触发点可以设置多个照明设备。并为每个照明设备设置各自的原始灯光参数和触发灯光参数。针对每个照明设备，其原始灯光参数和触发灯光参数的设置方式如前所述。在此，由于照明设备的不同，因此其色度不同，因此获得的微调系数不同。这样可以在非常接近的位置构造出非常近似，但是又略有不同的亮度，从而更加贴近真实场景。在本优选实施例中，所述原始灯光参数和所述触发灯光参数为亮度参数。当然，在本发明的其他优选实施例中，还可以采用其他参数，例如色度，色温等等参数来实现本发明。

在步骤s3中，追踪真实场景中的目标的实时坐标并将所述实时坐标转换成所述虚拟三维场景空间中的空间坐标。在本发明的优选实施例中，该目标可以是人或者运动物体。可以通过将定位器和跟踪器捆绑到人体或者运动物体上来追踪人体或者运动物体的实时坐标。例如可以采用htcvive的定位器和跟踪器，其采用的是蓝牙通信，并且使用streamvr集成驱动。用户只要调用streamvr提供的接口，就可以取得跟踪器在真实空间中的三维坐标与三维旋转角度。该定位器采用的定位系统(lighthouse)由两个基站构成。每个基站里有一个红外led阵列，两个转轴互相垂直的旋转的红外激光发射器。转速为10ms一圈。基站的工作状态是这样的：20ms为一个循环，在循环开始的时候红外led闪光，10ms内x轴的旋转激光扫过整个空间，y轴不发光；下10ms内y轴的旋转激光扫过整个空间，x轴不发光。定位系统的基站在头显和控制器上安装了很多光敏传感器。在基站的led闪光之后就会同步信号，然后光敏传感器可以测量出x轴激光和y轴激光分别到达传感器的时间。这个时间就正好是x轴和y轴激光转到这个特定的，点亮传感器的角度的时间，于是传感器相对于基站的x轴和y轴角度也就已知了。分布在头显和控制器上的光敏传感器的位置也是已知的，于是通过各个传感器的位置差，就可以计算出头显的位置和运动轨迹。然后将所述实时坐标转换成所述虚拟三维场景空间中的空间坐标。又例如，可以采用体感设备(kinect)替换产生人体或者运动物体的空间坐标。

在步骤s4中，基于所述空间坐标对所述触发点的触发，基于所述触发灯光参数控制所述触发点的照明设备的灯光变化。首先，随着目标的运动，其空间坐标发生变化，当其所述空间坐标与任意一个所述触发点之间的距离位于所述触发点的触发半径之内时，将所述触发点对应的照明设备的全部触发灯光参数发送到灯光控制器。然后所述灯光控制器基于所述触发灯光参数调节所述触发点对应的照明装置的灯光。例如假定所述虚拟三维场景空间中的一个触发点为a，其坐标为[x1,y1,z1]，触发半径为d。其对应一组照明装置(即n个照明装置)，编号为light_id，该组照明装置的触发灯光参数为param[param1,param12,param13.....param1n]。真实场景中的目标b的实时坐标为[x2,y2,z2]，在对其进行旋转平移之后，发现b在所述虚拟三维场景空间中的空间坐标b’与坐标a之间的距离小于触发半径为d，将触发应用程序接口，以udp数据包的形式将该组照明装置的编号和触发灯光参数发送到灯光控制器。所述灯光控制器基于所述触发灯光参数调节所述触发点对应的照明装置的灯光。所述灯光控制器可以是一个用c++编辑的独立程序，通过usb接口，dmx512协议发送指令包到照明装置从而控制器灯光亮度变化。所述照明装置可以是实际设置的led灯，也可以是虚拟设置的lcd屏幕，通过软件调节，控制器屏幕亮度变化。

实施本发明的虚拟空间灯光控制方法，通过追踪真实场景中的目标的实时坐标来触发虚拟三维场景空间中触发点，从而进行灯光调节，能够提高在现代影视的扣幕场景下的灯光效率、减少成本，并且减少人为错误，并且能够实现更加真实的影视拍摄效果。

本发明还涉及构造一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的虚拟空间灯光控制方法。例如，所述计算机程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能：a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。

图2是本发明的虚拟空间灯光控制系统的第一优选实施例的结构示意图。如图2所示，所述虚拟空间灯光控制系统包括基于真实场景建立的虚拟三维场景空间100；设置在所述虚拟三维场景空间100中的多个触发点110、120、130。针对每个触发点110、120、130设置的至少一个照明装置210、220、230，跟踪模块300和灯光控制模块400。每个照明装置210、220、230设置各自的原始灯光参数和触发灯光参数。所述跟踪模块300用于追踪真实场景中的目标的实时坐标并将所述实时坐标转换成所述虚拟三维场景空间100中的空间坐标。所述灯光控制模块400，用于基于所述空间坐标对所述触发点的触发，基于所述触发灯光参数控制所述触发点的照明装置的灯光变化。

在本发明的一个优选实施例中，可以针对每个触发点设置一个照明装置，也可以设置多个照明装置。基于每个触发点在所述虚拟三维场景空间所处的位置设置其对应的照明装置的原始灯光参数；并基于以下公式设置每个触发点对应的照明装置的所述触发灯光参数；

其中x表示所述原始灯光参数，a表示倍数，b表示微调系数，d表示触发半径。

所述灯光控制模块400进一步包括：判定单元和灯光控制器。所述判定单元用于判定所述空间坐标与任意一个所述触发点之间的距离是否位于所述触发点的触发半径之内，如果是则将所述触发点对应的照明装置的全部触发灯光参数发送到灯光控制器300。所述灯光控制器300基于所述触发灯光参数调节所述触发点对应的照明装置的灯光。

本领域技术人员知悉，上述虚拟三维场景空间100、多个触发点110、120、130、照明装置210、220、230，跟踪模块300和灯光控制模块400可以参照图1所示的实施例构造。在此，本发明可以通过硬件、软件或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现本发明方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行程序控制计算机系统，使其按本发明方法运行。

图3a-3c是本发明的虚拟空间灯光控制系统的原理示意图。如图3a所示，在现实环境中，由于太阳所处的位置不同，真实的物体会根据其朝向分为明部和暗部。因此，我们在模拟现实世界时，将在摄影棚内搭建真实场景，通过模拟灯光的开关来模拟现实世界。而在人或其他物体运动到不同位置时，不管是在现实世界中还是在真实场景中，都会造成光线的变化。因此，在虚拟三维场景空间中，也需要考虑这个变化。因此，通过采用本发明的虚拟空间灯光控制方法和系统，可以通过追踪真实场景中的目标的实时坐标来触发虚拟三维场景空间中触发点，从而进行灯光调节，能够提高在现代影视的扣幕场景下的灯光效率、减少成本，并且减少人为错误，并且能够实现更加真实的影视拍摄效果。

因此，本发明可以通过硬件、软件或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现本发明方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行程序控制计算机系统，使其按本发明方法运行。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。