一种模拟自然环境的照明系统的制作方法

本实用新型涉及影视信息采集技术领域（影视前期特技拍摄技术领域），特别涉及一种模拟自然环境照明系统。

背景技术：

随着好莱坞大片的冲击,观众对国产电视剧、电影特效要求越来越高。绿背抠像这项影视技术应用的非常普遍（在绿背棚里拍摄，将人物抠出合成到场景中去）,但因为各种原因局限，绿背棚都是现场通过手工打几盏摄影灯进行模拟照明。而这种传统的模拟打光方法，通过后期合成后，画面看起来会失真，很难达到观众想要的效果。抠出的人物、物体融入不到背景环境中去，难以做到以假乱真的效果。因为自然界的光是通过太阳主光源发出，光会遇到物体进行多次反射、折射,会产生间接性照明。

本实用新型可以解决以下这类问题，例如：

1.剧组经费有限，不能整组实景拍摄，或演员档期不够无法来拍摄现场，通过本套系统可以提前采集好实景素材，拍摄HDR全景图。通过本套系统真实的模拟出当时光影，演员在设备棚里表演，最终后期合成后达到以假乱真的效果。

2.仙侠、神话、科幻剧，上天入地CG场景还原等，可以通过本套系统实现模拟真实自然光效果。

目前国内市场上正迫切需要一套能准确还原真实自然界光影的拍摄技术，不仅能给观众带来视觉上的满足感，而且也给影视后期的所有工作人员（剧组人员和后期制作人员）带来了便利。影视后期的制作需要技术的更新和改变，优秀的电视剧、电影幕后都离不开强大的技术支撑，本实用新型能给影视特技带来划时代的开篇。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提高绿背抠像技术，提供了一种模拟自然环境的照明系统，通过本系统前期采集现场全景照片HDR光照信息，通过软件计算模拟出当时现场光照方向、亮度、颜色及光源空间坐标，赋予棚内搭建好的半球体状灯光布置单元灯光信息，通过所有灯光模拟出当时采集的现场光影，从而彻底解决影视后期合成中因光影虚假导致的逼真度不够问题。

本实用新型一种模拟自然环境的照明系统，包括灯光布置单元、灯光控制单元、全景HDR图片数据流处理单元、上位机；

所述灯光布置单元整体呈球体结构，多个光源设置于所述球体结构的联杆交接位置和/或联杆中部区域；所述球体结构的形状为半球体、整球体或局部球体；每个光源均由多个LED灯珠和/或rgb灯珠组成；

所述灯光控制单元根据所述上位机的指令控制每个所述光源发光的颜色与亮度；多个所述光源发光的总和用以模拟特定的真实或虚拟场景的光环境；

所述全景HDR图片数据流模拟单元设于灯光控制单元上或单独设置；

所述灯光布置单元、所述灯光控制单元分别与所述上位机连接。

进一步的，所述灯光控制单元为硬件控制器和/或软件控制器。

进一步的，所述灯光布置单元由多个联杆通过螺栓、螺母组装形成；每5个或6个联杆相交形成一个结合部，多个联杆通过多个结合部形成球体结构；所述光源设置于所述球体结构内壁的所述结合部和/或联杆中部。

进一步的，所述灯光布置单元的球体结构直径1米及以上。

进一步的，所述光源之间通过电缆和和/或网线连接；多个所述光源通过解码器与所述上位机连接。

进一步的，所述球体结构内部的用于演员表演的地平面上设置有辅助光源。

本实用新型的有益效果为：可再现拍摄采集的全景图片环境下的光影效果；光源能同时或单独发出正常光和彩色光，获得真实的自然界照明信息；球体结构构件种类少，结构简单，可组装性强，组装效率高；本系统新颖、简单、效果好、效率高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例一种模拟自然环境的照明系统运作流程示意图。

图2所示为灯光布置单元整体结构示意图。

图3所示为灯光布置单元实施例1中联杆与螺栓、螺母连接关系示意图。

图4所示为灯光布置单元实施例2中联杆与螺栓、螺母连接关系放大示意图。

图5所示为光源与联杆位置关系（立体）示意图。

图6所示为光源与联杆位置关系（平面投影）示意图。

图7所示为安装了光源的灯光布置单元局部结构示意图。

图8所示为实施例中360°全景照片HDR的平面展开图。

图9所示为实施例中半球体的灯光布置单元（包括光源）、上位机、灯光控制单元、全景HDR图片数据流处理单元整体对应关系示意图。

图10所示为模拟将图8“360°全景HDR照片展开图”包裹住半球体的灯光布置单元示意图。

图11所示为360°全景照片信息与光源亮度及颜色呈一一对应关系模拟图。

图12所示中间演员背后挡板为影视绿背，摄像师对演员进行拍摄示意图。

图13所示补充图12拍摄现场示意图。

其中：1-灯光布置单元；2-全景HDR图片数据流处理单元；3-上位机；5-电缆；6-网线； 4-灯光控制单元；11-螺栓、螺母；12-联杆；13-光源。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本实用新型主要用于影视行业，针对影视剧演员因档期没到现场拍摄、影视城出租排期、资金问题或者其他原因无法实景外拍，需要棚内补拍绿背。目前影视摄影棚无法还原真实光影，从而后期制作画面假，观众不满意。本实用新型前期采集现场全景照片HDR光照信息，模拟出当时现场光照方向、亮度、颜色及光源空间坐标，赋予半球体状灯光布置单元上灯源以灯光信息，通过所有灯光模拟出当采集的现场光影，从而在后期合成中达到逼真的现场还原效果。

如图1所示，本实用新型实施例一种模拟自然环境的照明系统，包括灯光布置单元1、灯光控制单元4、全景HDR图片数据流处理单元2、上位机3；

所述灯光布置单元1整体呈球体结构，直径为1米及以上；所述球体结构的形状可为半球体、整球体或其他局部球体，不失一般性，下文及附图仅以半球体为例加以说明，但并不以此限定本实用新型；多个光源13设置于球体结构的联杆12交接位置和/或联杆12中部区域；单个光源13由多个LED灯珠和rgb灯珠组成，其中LED灯珠发出白色光，rgb灯珠可发出各种单色光（LED灯珠和rgb灯珠的发光功率及数量比，根据具体情况确定）。

所述灯光控制单元4根据所述上位机3的指令控制每个所述光源13发光的颜色和/或亮度；多个所述光源13发光的总和用以模拟特定的真实或虚拟场景的光环境；

所述全景HDR图片数据流模拟单元2建立全景图片与现实中所述半球体空间坐标的对应关系，将全景图片的某一特定区域的颜色及亮度信息对应给对应空间坐标的所述光源13，所述光源13根据所述颜色及亮度信息发光，照射半球体内被拍摄的演员和/或物体，从而使被拍摄的演员和/或物体得到真实环境照明信息。所述全景HDR图片数据流模拟单元2设于灯光控制单元4上或单独设置；

所述灯光布置单元1与所述灯光控制单元4连接。所述灯光控制单元4为硬件控制器或软件控制器。

所述灯光布置单元1可采取多种形式实现，优选实施例如图3、4所示，半球体仅采用多个联杆12通过螺栓、螺母11组装形成；每5个或6个联杆12相交形成一个结合部，多个联杆12通过多个结合部形成半球体；所述光源13设置于所述半球体内壁的所述结合部和/或联杆12中部，光源13具体布置如图5、6、7所示（图中光源位置的设置，以及光源中灯珠数量的设置，仅作为说明用，不用于限定本实用新型）。

优选的，所述光源13之间通过电缆和/或网线连接；多个所述光源13通过灯光控制单元4与所述上位机3连接。

优选的，所述球体结构内部的用于演员表演的地平面上还可以设置辅助光源，以进一步提高光影模拟效果。

利用本实用新型模拟自然环境的照明方法，包括如下步骤：

步骤一、获取某个特定真实环境或虚拟环境的360°全景HDR图片（High Dynamic Range Imaging, 高动态范围成像），所述全景HDR图片包括静态图片，也包括多图片序列帧或动态视频；

在该步骤中，用专业硬件采集现场360°全景照片（也可以是图片），作为一个实施例，图8是某个现实场景中采集到的360°全景HDR照片（图片）的平面展开图。

步骤二、提取所述全景HDR图片中各部分区域的位置，与多个光源的空间位置形成一一对应关系；提取所述全景HDR图片中各部分区域的颜色和/或亮度信息，与多个光源颜色和/或亮度信息形成一一对应关系；

下文将详述360°全景HDR图片与前述灯光布置单元的光源如何建立一一对应关系：

原理如下：将步骤一中得到的360°全景图片展开图包裹住前述半球体的灯光布置单元，如图10所示。通过现有算法，可识别360°全景照片的每个特定区域在三维空间的坐标、颜色、亮度信息，提取该坐标、颜色、亮度信息，通过设置于该空间坐标的光源发出经过提取的颜色、亮度的光线，并将之照射至半球体中心被拍摄演员（或物体），还原真实光影效果。图11为360°全景照片信息与光源亮度及颜色呈一一对应关系模拟图；图10仅用于本实用新型原理说明。

在该步骤中，全景HDR图片区域划分的多少，与光源的数目相对应（半球体较小，布置的光源少，全景HDR图片划分的区域可相应减少；半球体大，布置光源的数目多，全景HDR图片划分的区域可相应增加）；图片区域划分的结果是：每个图片划分区域都对应有至少1个光源，该图片区域的光环境由该对应的至少1个光源模拟实现。

为准确模拟真实（或虚拟）的光环境，需要确定每个图片划分区域的颜色及亮度信息，并将该颜色及亮度信息传递给相应的光源，该传递关系的选择，可根据现场试验确定，也可根据经验确定，还可以根据数学模型确定；例如，最简单的传递是：对应光源发射光的颜色及亮度与全景图片对应划分区域的颜色及亮度完全相同；该种情况可能适用于如半球体较小，演员距离光源较近等某些特定的条件。其他更复杂的情况（比如半球体很大，直径达到7米及以上，灯光距离演员较远），可能需要其他的传递关系（比如，灯光亮度需要为对应图片划分区域亮度的某个倍数关系，以使当灯光到达演员并经反射后所拍摄的图片效果更为逼真）；

步骤三、根据光源空间位置的一一对应关系，以及光源颜色与亮度信息的一一对应关系，控制每个光源13发出经过传递的颜色和/或亮度的光；

步骤四、摄像机拍摄半球体中心演员/物体，在摄像机拍摄演员/物体的背后架起影视绿背；用于后期提取被拍摄演员/物体通道，最终将演员/物体合成到步骤一中需要还原的环境中去。如图11所示，在实际操作时，演员背后设置的绿/蓝背景布用于拍摄后的抠像。

一个具体应用实例如下：首先，需要获得某个特定真实环境或虚拟环境的360°照片（图片、包括静态图片，也包括多图片序列帧或动态视频），该照片可以在真实的场景下拍摄得到，也可以由电脑技术合成（虚拟场景）；其次，全景HDR图片数据流模拟单元2对照片的背景进行分离操作，将照片的背景划分为多个小区域，并分别提取该区域的颜色及亮度值；再次，将前述多个小区域分别与多个光源13一一对应，由每个特定光源13的发光还原每个小区域的光环境；随后，灯光控制单元4控制每个光源13发出与所述照片背景中相应部分经过映射的颜色及亮度的光，以准确模拟待表现场景的真实光环境；然后，演员进入球体中心表演并采集。

通过上述流程可以看出，对每一个环境（真实环境或虚拟环境），本实用新型都可以营造一个与所需环境完全相同的光环境；当需要变换到另一个环境中时，只需全景HDR图片数据流模拟单元2处理另一个环境的全景照片（图片），就可以转换到另一个环境中去；演员不需要亲自到真实场景中进行表演，只需在本实用新型的系统中进行表演，就可以得到各种环境下真实的光影效果，节省了大量的时间和成本。

本实用新型可再现拍摄采集的全景图片环境下的光影效果；光源能同时或单独发出正常光和彩色光，获得真实的自然界照明信息；球体结构构件种类少，结构简单，可组装性强，组装效率高；本系统新颖、简单、效果好、效率高，具有广阔的应用前景。

本文虽然已经给出了本实用新型的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。