本发明涉及影视领域，尤其是涉及一种后期前置数字虚拟片场系统。
背景技术：
目前，电影工业走过百年，艺术的创造越来越依赖于技术的发展。影视工业的传统生产过程中，制片人和主创团队要面对制作成本、生产周期、成品质量三者的平衡问题，与此同时，传统的制片过程中存在许多问题，例如：创意设计与技术实现之间的低效沟通、创新风险和反复修改的问题，时刻困扰着每一个电影人。传统的制片过程为前期筹备——资产开发——中期拍摄——后期制作，无法实现前期拍摄与视效制作在现场流畅的实时同步，从而导致后期制作过程中产生很大麻烦，有时还会进行补拍，制作周期长，费事费财。而且传统摄制工艺中，无论前期置景还是道具，可重复利用率低，造成制片过程的工作量大和资源浪费。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种后期前置数字虚拟片场系统，具有高速数据传输与信号反馈能力、微米级定位精度以及抗扰能力，确保拍摄现场与导演预监流畅并且同步，使得在拍摄过程中及时地发现问题，防止补拍情况的发生，使得影视项目的设计、拍摄与后期制作同步进行，大大降低沟通成本，提高作品质量并缩短制片周期。
为实现上述目的，本发明提供了一种后期前置数字虚拟片场系统包括,
物料库，包括数字资产、带有定位装置的动捕演员和具有光学标记点的物理道具以及与实拍摄影机时空和技术指标同步的虚拟摄影机；
摄影装置，包括用于摄取视频信息的实拍摄影机和灯光器材，所述实拍摄影机上设置有摄影机空间定位装置和镜头数据获取装置；
镜头数据获取装置，包括齿轮组、固定架、连接线和信息处理器。
空间定位装置，包括用于采集位置数据的光学定位摄像头、光学定位交换机、动作捕捉服务器和位于所述实拍摄影机上的所述摄影机空间定位装置，采集的数据包括实拍摄影机位置和旋转数据、所述动捕演员的动作数据以及所述物理道具的位置和旋转数据；
物料合成装置，包括用于数据融合的数据融合交换机、引擎服务器以及DI T数据服务器，所述DI T数据服务器、镜头数据获取装置以及所述摄影机空间定位装置均与所述数据融合交换机相连接，所述光学定位交换机通过动作捕服务器与所述数据融合交换机相连接，所述引擎服务器与所述数据融合交换机相连接，所述实拍摄影机与所述引擎服务器相连接，所述数据融合交换机采集的数据与所述实拍摄影机拍摄的视频信号同时传输到引擎服务器中；
存储显示装置，包括硬盘录机、现场监视器、后台监视器、机载监视器以及视频翻转器，所述引擎服务器将融合后的视频数据传输到所述硬盘录机中，所述现场监视器、所述后台监视器以及所述机载监视器均与所述硬盘录机相连接，所述现场监视器与所述硬盘录机之间设置有所述视频翻转器；
时间同步装置，包括同步盒、同步发生器和时间码发生器，所述同步发生器和所述时间码发生器均与同步盒相连接，光学定位交换机与所述同步盒相连接，时间码发生器将统一的时间码发送给所述实拍摄影机、所述同步盒和所述硬盘录机，所述同步发生器将同步信号发送给所述实拍摄影机、所述同步盒、所述引擎服务器以及所述硬盘录机进行数据同步。
优选的，所述实拍摄影机至少设置有一个，所述存储显示装置至少设置有一组，一个所述实拍摄影机对应一组所述存储显示装置。
优选的，所述引擎服务器通过实时空间定位装置将所述实拍摄影机和虚拟摄影机进行匹配，所述实拍摄影机将视频信号接入所述引擎服务器，实现视频信号以设定的空间比例投影到虚拟场景中。
优选的，所述实拍摄影机和所述虚拟摄影机焦段匹配公式如下：
Fov＝aTan(36/f*2*k)*2，
其中，Fov为虚拟摄影机焦段，f为实拍摄影机焦段，k为比例系数，实现所述实拍摄影机移动或焦段改变时，虚拟摄影机的焦段也随之改变，从而存储显示装置所显示虚拟场景或虚实合成场景也随之同步改变。
优选的，所述实拍摄影机投影到虚拟场景的空间计算公式如下：
Sca l eX＝Tan(Fov/2)*L*2；
Sca l eY＝Sca l eX/P；
其中Sca l eX为X方向比例，L为引擎服务器中虚拟摄影机与成像平面的距离，Sca l eY为Y方向比例，P为实拍摄影机的分辨率。
优选的，校正所述实拍摄影机与所述虚拟摄影机，将片场内空间原点和地面中心点投射到虚拟场景中，在片场内放置贴有光学标记点的校正体，获取所述实拍摄影机与所述校正体质心的绝对位置数据，所述后台监视器显示虚拟摄影机所拍摄的校正体的虚像影像，将虚拟影像与实时影像信号叠加为合成视频，通过移动所述实拍摄影机，观察合成视频中实时影像与虚拟影像的重叠情况，直至合成视频中的实时影像与虚拟影像在实拍摄影机的任何运动下均能实现完全重合。
优选的，位于镜头上的齿轮组将焦段与焦距数据通过连接线传输到信息处理器中，信息处理器通过数据融合交换机将焦段与焦距数据传输到所述引擎服务器中。
优选的，所述引擎服务器获取所述空间定位装置和所述实拍摄影机的时间码，并且进行比较校正，当时间码一致时，所述引擎服务器将融合的数据刷新为所述空间定位装置的位置数据，实现实拍摄影机与虚拟摄影机、所述现场监视器、所述后台监视器以及所述机载监视器数据同步。
优选的，所述摄影机空间定位装置中的陀螺仪定位器模块将所述实拍摄影机的相对位置数据与所述光学定位交换机采集的绝对定位数据传输到所述数据融合交换机中进行融合，减少光学定位数据由于震动或遮挡带来的画面抖动，所述绝对位置是通过光学定位摄像头采集位于所述实拍摄影机上的光学定位点获得。
因此，本发明采用上述结构的一种后期前置数字虚拟片场系统，具有高速数据传输与信号反馈能力、微米级定位精度、抗扰能力、毫秒级延迟与精确锁频，确保物理环境与虚拟世界实时合成，并且确保导演预监流畅同步，使得在拍摄过程中及时地发现问题，防止特效制作返工情况的发生，使得影片设计、拍摄与后期制作同步进行，大大缩短制片周期。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种后期前置数字虚拟片场系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明一种后期前置数字虚拟片场系统的结构示意图，如图1所示，一种后期前置数字虚拟片场系统包括物料库、摄影装置、空间定位装置、镜头数据获取装置、物料合成装置、存储显示装置以及时间同步装置。
物料库包括数字资产、带有定位装置的动捕演员和具有光学标记点的物理道具、与实拍摄影机时空和技术指标同步的虚拟摄影机。随着数字资产的不断积累形成数字资产库可以重复使用和定制升级。
摄影装置包括用于摄取视频信息的实拍摄影机和灯光器材，实拍摄影机上设置有摄影机空间定位装置和镜头数据获取装置。实拍摄影机至少设置有一个，存储显示装置至少设置有一组，一个实拍摄影机对应一组存储显示装置，可以根据实际需要选择设备数量。镜头数据获取装置包括齿轮组、固定架、连接线和信息处理器。位于镜头上的齿轮组将焦段和焦距数据通过连接线传输到信息处理器中，信息处理器通过数据融合交换机将焦段和焦距数据传输到引擎服务器中，实现镜头数据的采集。
空间定位装置包括用于采集位置数据的光学定位摄像头、光学定位交换机和位于实拍摄影机上的摄影机空间定位装置，采集的数据包括实拍摄影机位置和旋转数据、动捕演员的动作数据以及物理道具的位置和旋转数据。摄影机空间定位装置包括固定于实拍摄影机上的光学标记点和陀螺仪定位器模块。物理道具通过光学标记点来采集相应的位置和旋转数据。摄影机空间定位装置中的陀螺仪定位器模块采集实拍摄影机的相对定位数据，相对定位数据与摄影机空间定位装置中的位于实拍摄影机上的光学定位点被光学定位摄像头采集的绝对定位数据传输到数据融合交换机中进行融合，减少光学定位数据由于震动或遮挡带来的画面抖动，在现场拍摄过程中很多干扰，例如震动、遮挡以及抖动均可造合成图像严重的晃动，严重时需要重新拍摄，使得增加工作人员的工作量和拍摄周期。
物料合成装置包括用于数据融合的数据融合交换机、引擎服务器以及DI T数据服务器。DI T数据服务器、镜头数据获取装置以及摄影机空间定位装置均与数据融合交换机相连接。DI T数据服务方便工作人员管理或加工影像数据。光学定位交换机通过动作捕服务器与数据融合交换机相连接，引擎服务器与数据融合交换机相连接，实拍摄影机与引擎服务器相连接，数据融合交换机采集的数据与实拍摄影机拍摄的视频信号同时传输到引擎服务器中。引擎服务器将实拍摄影机和虚拟摄影机进行匹配合成，实拍摄影机将视频信号接入引擎服务器，实现视频信号以设定的空间比例投影到虚拟场景中。
校正实拍摄影机与虚拟摄影机，将片场内空间原点和地面中心点投射到虚拟场景中，在片场内放置贴有光学标记点的校正体，获取实拍摄影机与校正体质心的绝对位置数据，后台监视器显示虚拟摄影机所拍摄的校正体的虚像影像，将虚拟影像与实时影像信号叠加为合成视频，通过移动实拍摄影机，观察合成视频中实时影像与虚拟影像的重叠情况，直至合成视频中的实时影像与虚拟影像在实拍摄影机的任何运动下均能实现完全重合。校正后再进行拍摄，在拍摄过程中将要捕捉对象通过引擎服务器进行抠像，并且进行虚拟影像与实时影像信号叠加为合成视频。
实拍摄影机和虚拟摄影机焦段匹配公式如下：
Fov＝aTan(36/f*2*k)*2，
其中，Fov为虚拟摄影机焦段，f为实拍摄影机焦段，k为比例系数，实现实拍摄影机移动或焦段改变时，虚拟摄影机的焦段也随之改变，从而存储显示装置所显示虚拟场景或虚实合成场景也随之同步改变。
实拍摄影机投影到虚拟场景的空间计算公式如下：
Sca l eX＝Tan(Fov/2)*L*2；
Sca l eY＝Sca l eX/P；
其中Sca l eX为X方向比例，L为引擎服务器中虚拟摄影机与成像平面的距离，Sca l eY为Y方向比例，P为实拍摄影机的分辨率。
实现实拍摄影机移动或焦段改变时，虚拟摄影机也随之改变，从而存储显示装置所显示虚拟场景也随之改变。不仅仅实拍物体移动，虚拟场景也随着实拍摄影机进行改变，实现了特效与实拍画面的时空同步。
时间同步装置包括同步盒、同步发生器和时间码发生器，同步发生器和时间码发生器均与同步盒相连接，光学定位交换机与同步盒相连接，时间码发生器将统一的时间码发送给实拍摄影机、同步盒和硬盘录机，同步发生器将同步信号发送给实拍摄影机、同步盒、引擎服务器以及硬盘录机进行数据同步。引擎服务器获取空间定位装置和实拍摄影机的时间码，并且进行比较校正，当时间码一致时，引擎服务器将融合的数据刷新为空间定位装置的位置数据，实现实拍摄影机与现场监视器、后台监视器以及机载监视器数据同步。使得在拍摄过程中及时地发现问题，防止特效制作返工情况的发生，使得影片设计、拍摄与后期制作同步进行，大大缩短制片周期。
存储显示装置包括硬盘录机、现场监视器、后台监视器、机载监视器以及视频翻转器，引擎服务器将融合后的视频数据传输到硬盘录机中，现场监视器、后台监视器以及机载监视器均与硬盘录机相连接，现场监视器与硬盘录机之间设置有视频翻转器，方便导演依据演员与机位关系进行相应观察，同时可以根据实际情况，在其他监视器与硬盘录机之间增设视频翻转器。
因此，本发明采用上述结构的一种后期前置数字虚拟片场系统，具有高速数据传输与信号反馈能力、微米级定位精度、抗扰能力、毫秒级延迟与精确锁频，确保物理环境与虚拟世界实时合成，并且确保导演预监流畅同步，使得在拍摄过程中及时地发现问题，防止特效制作返工情况的发生，使得影片设计、拍摄与后期制作同步进行，大大缩短制片周期。
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。