一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)和方法，包括：真實(shí)攝像機(jī)，真實(shí)攝像機(jī)與色鍵器連接，合成渲染服務(wù)器與虛擬攝像機(jī)控制器連接，合成渲染服務(wù)器中設(shè)有與真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)控制器連接的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置，虛擬攝像機(jī)與虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置和合成裝置連接，合成裝置與所述的色鍵器連接，合成渲染服務(wù)器中還設(shè)有與合成裝置連接的前景生成裝置、背景生成裝置和輸出裝置。本發(fā)明通過(guò)在渲染服務(wù)器中現(xiàn)場(chǎng)制作虛擬前景、虛擬背景和虛擬人物，快速合成，并通過(guò)虛擬攝像機(jī)控制器對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的切換，彌補(bǔ)了真實(shí)攝像機(jī)在拍攝虛擬物件的局限性，極大的提升了虛擬演播室的節(jié)目表現(xiàn)力。
【專利說(shuō)明】一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)和方法。是一種計(jì)算機(jī)視頻圖像處理的系統(tǒng)和方法，是一種用于數(shù)字視頻電視特技處理的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]虛擬演播室包含一系列的設(shè)備，主要是將虛擬物件植入到攝像機(jī)拍攝的真實(shí)場(chǎng)景中，以提高節(jié)目的表現(xiàn)形式。一般的虛擬演播室會(huì)包含以下一個(gè)或者幾個(gè)設(shè)備:可定位的攝像機(jī)設(shè)備，藍(lán)箱，色鍵器，虛擬渲染服務(wù)器等設(shè)備。通過(guò)可定位的攝像機(jī)得到真實(shí)攝像機(jī)的位置，將虛擬物件放置到真實(shí)攝像機(jī)空間，實(shí)現(xiàn)虛擬物件與真實(shí)攝像機(jī)同步運(yùn)動(dòng)的效果。藍(lán)箱配合色鍵器可以去除不需要的畫(huà)面，只保留特定的畫(huà)面元素，使得虛擬場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景的結(jié)合更加真實(shí)。虛擬渲染服務(wù)器生成的虛擬物件/虛擬人物的畫(huà)面，并將其與攝像機(jī)拍攝的真實(shí)畫(huà)面疊加在一起，構(gòu)成最終的輸出畫(huà)面。由于目前虛擬演播室的特點(diǎn)，植入的虛擬物件只能作為虛擬前景或者虛擬背景。
[0003]虛擬前景是指虛擬物件只能疊加到真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面的前面。虛擬前景可以和實(shí)景場(chǎng)景相互配合，增強(qiáng)實(shí)景的表現(xiàn)力。虛擬背景是指真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面只能疊加到虛擬物件的前面。虛擬背景一般要配合藍(lán)箱和色鍵器的使用。這樣可以通過(guò)不同的虛擬背景來(lái)切換周圍的環(huán)境，可以使演播室更加靈活。
[0004]虛擬前景和虛擬背景可以同時(shí)出現(xiàn)在最終的輸出畫(huà)面中，但是虛擬前景和虛擬背景無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維空間的遮擋關(guān)系，虛擬前景永遠(yuǎn)在虛擬背景前面。
[0005]現(xiàn)有的虛擬演播室中虛擬攝像機(jī)的位置只能跟真實(shí)攝像機(jī)的位置完全保持一致。攝像機(jī)鏡頭焦距是限制展現(xiàn)物件更多細(xì)節(jié)的重要因素，同時(shí)拍攝得到的視野范圍受到攝像機(jī)視角的制約。雖然現(xiàn)在的虛擬演播室中真實(shí)攝像機(jī)一般是在固定云臺(tái)，搖臂，導(dǎo)軌等有一定活動(dòng)余量的裝置上，擴(kuò)展了拍攝視野。但固定云臺(tái)上的攝像機(jī)是不能在拍攝過(guò)程中移動(dòng)的，只能旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)及改變攝像機(jī)的視角，而搖臂和導(dǎo)軌雖能移動(dòng)攝像機(jī)位置，但也只能有限范圍內(nèi)移動(dòng)攝像機(jī)。而且攝像機(jī)本身的視角變化(攝像機(jī)視角與成像元件(CCD)尺寸和鏡頭焦距大小有關(guān))也是有限的，因此現(xiàn)有的虛擬演播室很難在虛擬場(chǎng)景中自由漫游(向廣度和深度擴(kuò)展)。傳統(tǒng)的虛擬演播室中，真實(shí)攝像機(jī)只能通過(guò)云臺(tái)、搖臂、導(dǎo)軌等裝置來(lái)改其位置、方向、Zoom等參數(shù)。但是由于其物理限制，真實(shí)攝像機(jī)的可能達(dá)到的視野范圍有限，無(wú)法拍攝到虛擬場(chǎng)景的各個(gè)部分。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)和方法通過(guò)外部硬件設(shè)備或者播出控制軟件觸發(fā)渲染服務(wù)切換真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)，并在當(dāng)真實(shí)攝像機(jī)與虛擬攝像機(jī)位置不一致時(shí)能自動(dòng)平滑過(guò)渡。當(dāng)渲染服務(wù)器切換到虛擬攝像機(jī)時(shí)，對(duì)真實(shí)攝像機(jī)拍攝視頻進(jìn)行處理，使其可以跟隨虛擬攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明可以使虛擬攝像機(jī)超出真實(shí)攝像機(jī)的視野界限，可根據(jù)節(jié)目需求在虛擬場(chǎng)景中自由漫游，并能將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻在虛擬攝像機(jī)空間下重新投影，提高畫(huà)面的真實(shí)感，提升節(jié)目創(chuàng)作人員的自由度。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)，包括:與合成渲染服務(wù)器連接的真實(shí)攝像機(jī)，所述的真實(shí)攝像機(jī)與色鍵器連接，其特征在于，所述的合成渲染服務(wù)器與虛擬攝像機(jī)控制器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中設(shè)有與真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)控制器連接的虛擬攝像機(jī)，所述的虛擬攝像機(jī)與合成裝置連接，所述的合成裝置與所述的色鍵器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中還設(shè)有與合成裝置連接的前景生成裝置、背景生成裝置和輸出裝置
進(jìn)一步的，所述的虛擬攝像機(jī)控制器的控制外設(shè)是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏或搖桿中的一種。
[0009]進(jìn)一步的，所述的合成渲染服務(wù)器用于根據(jù)虛擬攝像機(jī)的狀態(tài)，將虛擬場(chǎng)景中的虛擬前景、虛擬背景等渲染成畫(huà)面，并與真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面進(jìn)行疊加合成，將最終的合成畫(huà)面送到輸出裝置輸出；所述的虛擬攝像機(jī)控制器用來(lái)控制虛擬攝像機(jī)在虛擬環(huán)境空間的位置運(yùn)動(dòng)、指向的變化、畫(huà)面的推進(jìn)拉遠(yuǎn)以及焦點(diǎn)的位置變化等；所述的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置接受虛擬攝像機(jī)控制器的控制指令，將控制指令轉(zhuǎn)換為虛擬攝像機(jī)的參數(shù)，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置還可以根據(jù)軟件預(yù)先設(shè)定的程序?qū)μ摂M攝像機(jī)的參數(shù)進(jìn)行改變和生成，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置將虛擬攝像機(jī)的參數(shù)傳遞給虛擬攝像機(jī)供后續(xù)使用；所述的虛擬攝像機(jī)將虛擬攝像機(jī)參數(shù)傳遞給合成裝置使用；所述的前景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬前景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬前景，前景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬前景畫(huà)面；所述的背景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬背景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬背景，背景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬背景畫(huà)面；所述的合成裝置接收虛擬攝像機(jī)傳來(lái)的參數(shù)，接收色鍵器傳來(lái)的真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面和鍵，生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面以及其他虛擬物件/虛擬人物的畫(huà)面，根據(jù)虛擬空間的定義將虛擬前景畫(huà)面、虛擬物件/虛擬人物畫(huà)面、真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面疊加合成，并將合成結(jié)果送輸出裝置輸出；所述的輸出裝置將合成裝置送來(lái)的畫(huà)面完成必要的數(shù)據(jù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換后送交播出使用。
[0010]進(jìn)一步的，所述的虛擬攝像機(jī)可以有一個(gè)或多個(gè)，其中一個(gè)作為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)，主虛擬攝像機(jī)可以被虛擬攝像機(jī)控制器指定和改變，也可以被虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定和改變，主虛擬攝像機(jī)的參數(shù)送到合成裝置供圖像渲染合成使用；
進(jìn)一步的，所述的虛擬攝像機(jī)的參數(shù)包括三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus參數(shù)；
一種使用上述系統(tǒng)的虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的方法，所述方法的步驟如下: 預(yù)備的過(guò)程:
制作和設(shè)置虛擬場(chǎng)景的步驟:用于三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物以及虛擬物件，或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置制作虛擬前景、虛擬背景和虛擬人物以及虛擬物件；或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬場(chǎng)景指定虛擬前景和虛擬背景； 標(biāo)定攝像機(jī)的步驟:用于獲取真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus參數(shù),將獲取的真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Zoonufocus參數(shù)發(fā)送至三維動(dòng)畫(huà)制作裝置和虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置中；
生成虛擬攝像機(jī)的步驟，用于渲染服務(wù)器根據(jù)“標(biāo)定攝像機(jī)的步驟”中已經(jīng)標(biāo)定的參數(shù)獲取真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)信息，生成虛擬攝像機(jī)；或者根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬環(huán)境的設(shè)置生成虛擬攝像機(jī)；當(dāng)有多個(gè)虛擬攝像機(jī)存在時(shí)，通過(guò)虛擬攝像機(jī)控制裝置或虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定某個(gè)虛擬攝像機(jī)為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)；
播出的過(guò)程:
真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟:用于真實(shí)攝像機(jī)在操作員控制下對(duì)演播室場(chǎng)景和主持人、嘉賓等進(jìn)行拍攝，并將拍攝視頻信號(hào)通過(guò)色鍵器送給合成渲染服務(wù)器；真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞給合成渲染服務(wù)器的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置；合成渲染服務(wù)器通過(guò)合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)與前景生成裝置、背景生成裝置或者合成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)渲染生成的虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面疊加合成后，送到輸出裝置對(duì)外播出；
發(fā)出真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)播出需求或場(chǎng)景腳本要求通過(guò)合成渲染服務(wù)器或虛擬攝像機(jī)控制器發(fā)出從真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)的指令；
合成圖像的步驟:用于虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)控制器的指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，或者虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)事先編輯好的腳本的控制指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，虛擬攝像機(jī)接收虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置傳遞來(lái)的參數(shù)，接受虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置或者虛擬攝像機(jī)控制器的指令切換主虛擬攝像機(jī)，將唯一的虛擬攝像機(jī)或主攝像機(jī)的參數(shù)發(fā)送給合成裝置；前景生成裝置、背景生成裝置根據(jù)從合成裝置得到的虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面，合成裝置也可以自主根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面，合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行渲染，并對(duì)渲染生成的真實(shí)攝像機(jī)拍攝視頻畫(huà)面和虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面進(jìn)行疊加合成輸出；
發(fā)出虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)節(jié)目的需求，發(fā)出將虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)的指令；
切回真實(shí)攝像機(jī)的步驟:渲染服務(wù)器在接收到命令后，由虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)曲線控制虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和速度，渲染服務(wù)器中的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)時(shí)的真實(shí)攝像機(jī)的各參數(shù)，將虛擬攝像機(jī)從當(dāng)前參數(shù)平滑插值到真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)，平滑插值期間一直保持對(duì)虛擬場(chǎng)景的渲染和輸出；當(dāng)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致后，轉(zhuǎn)到真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)在渲染服務(wù)器中現(xiàn)場(chǎng)制作虛擬前景、虛擬背景和虛擬人物，快速合成，生成虛擬場(chǎng)景，并通過(guò)虛擬攝像機(jī)控制器對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的更加自由多樣化的配合與切換，彌補(bǔ)了真實(shí)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)局限情況下對(duì)表現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的局限性，通過(guò)虛擬攝像機(jī)在虛擬場(chǎng)景中的自由運(yùn)動(dòng)可以展現(xiàn)虛擬物件更多的細(xì)節(jié)及更大的視野范圍，帶來(lái)全新的視覺(jué)體驗(yàn)，極大的提升了虛擬演播室的節(jié)目表現(xiàn)力。多觸發(fā)源觸發(fā)攝像機(jī)切換?？梢酝ㄟ^(guò)外部硬件設(shè)備，包括鍵盤(pán)，搖桿等切換，還可以通過(guò)播出控制軟件等多種切換手段，可以實(shí)現(xiàn)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)之間在切換時(shí)自動(dòng)插值處理，保證切換的平滑過(guò)渡。多種虛擬攝像機(jī)的控制方式，可以通過(guò)鍵盤(pán)，搖桿來(lái)控制虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。還可以通過(guò)預(yù)制的軌跡路徑來(lái)控制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。也可以通過(guò)程序包括腳本，插件等方式來(lái)控制攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)。真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻在虛擬攝像機(jī)的虛擬場(chǎng)景空間內(nèi)重新渲染，最大限度地保證了畫(huà)面良好的觀看體驗(yàn)。預(yù)置了多個(gè)虛擬攝像機(jī)，一方面可以和演播室內(nèi)可能設(shè)置的多臺(tái)真實(shí)攝像機(jī)更加平滑的對(duì)接；另一方面，每臺(tái)虛擬攝像機(jī)可以使用不同特性的鏡頭參數(shù)，如可以有廣角鏡頭、普通鏡頭、微距鏡頭等，每種鏡頭對(duì)虛擬場(chǎng)景的渲染效果不同，進(jìn)一步增加了對(duì)虛擬場(chǎng)景、虛擬物件的表現(xiàn)力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]圖1是發(fā)明實(shí)施例一所系統(tǒng)的原理框圖；
圖2是發(fā)明實(shí)施例三所述方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例一:
本實(shí)施例是一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)，如圖1所示。本實(shí)施例包括--與合成渲染服務(wù)器連接的真實(shí)攝像機(jī)，所述的真實(shí)攝像機(jī)與色鍵器連接，所述的合成渲染服務(wù)器與虛擬攝像機(jī)控制器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中設(shè)有與真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)控制器連接的虛擬攝像機(jī)，所述的虛擬攝像機(jī)與合成裝置連接，所述的合成裝置與所述的色鍵器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中還設(shè)有與合成裝置連接的前景生成裝置、背景生成裝置和輸出裝置。
[0014]所述的合成渲染服務(wù)器用于根據(jù)虛擬攝像機(jī)的狀態(tài)，將虛擬場(chǎng)景中的虛擬前景、虛擬背景等渲染成畫(huà)面，并與真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面進(jìn)行疊加合成，將最終的合成畫(huà)面送到輸出裝置輸出；所述的虛擬攝像機(jī)控制器用來(lái)控制虛擬攝像機(jī)在虛擬環(huán)境空間的位置運(yùn)動(dòng)、指向的變化、畫(huà)面的推進(jìn)拉遠(yuǎn)以及焦點(diǎn)的位置變化等；所述的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置接受虛擬攝像機(jī)控制器的控制指令，將控制指令轉(zhuǎn)換為虛擬攝像機(jī)的參數(shù)，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置還可以根據(jù)軟件預(yù)先設(shè)定的程序?qū)μ摂M攝像機(jī)的參數(shù)進(jìn)行改變和生成，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置將虛擬攝像機(jī)的參數(shù)傳遞給虛擬攝像機(jī)供后續(xù)使用；所述的虛擬攝像機(jī)將虛擬攝像機(jī)參數(shù)傳遞給合成裝置使用；所述的前景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬前景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬前景，前景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬前景畫(huà)面；所述的背景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬背景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬背景，背景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬背景畫(huà)面；所述的合成裝置接收虛擬攝像機(jī)傳來(lái)的參數(shù)，接收色鍵器傳來(lái)的真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面和鍵，生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面以及其他虛擬物件/虛擬人物的畫(huà)面，根據(jù)虛擬空間的定義將虛擬前景畫(huà)面、虛擬物件/虛擬人物畫(huà)面、真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面疊加合成，并將合成結(jié)果送輸出裝置輸出；所述的輸出裝置將合成裝置送來(lái)的畫(huà)面完成必要的數(shù)據(jù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換后送交播出使用。
[0015]本實(shí)施例所述的真實(shí)攝像機(jī)是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)以及相關(guān)的服務(wù)器構(gòu)成的攝像系統(tǒng)的總稱，是與虛擬攝像機(jī)相對(duì)而言的。虛擬攝像機(jī)是提供給電腦三維動(dòng)畫(huà)制作的虛擬空間或虛擬演播室的虛擬場(chǎng)景中，供渲染用的一個(gè)虛擬概念，虛擬攝像機(jī)實(shí)際由多個(gè)攝像參數(shù)構(gòu)成，利用這些參數(shù)可以與真實(shí)攝像機(jī)的對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行匹配和切換，這些參數(shù)被合成渲染服務(wù)器用來(lái)根據(jù)預(yù)先做好的虛擬場(chǎng)景生成虛擬視頻畫(huà)面。
[0016]本實(shí)施例所述的渲染服務(wù)器可以是一臺(tái)服務(wù)器，也可以是一個(gè)服務(wù)器集群，具有十分強(qiáng)大的處理能力，因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行渲染處理時(shí)需要快速、大量的圖像數(shù)據(jù)處理，可以使用多臺(tái)服務(wù)器多線程的進(jìn)行處理，以便在最短的時(shí)間內(nèi)將渲染處理完成。
[0017]前景生成裝置具備多種功能，它既可以創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景中的虛擬前景，也可以將三維動(dòng)畫(huà)制作裝置生成的三維模型中的一部分指定為虛擬前景；同樣的背景生成裝置它既可以創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景中的虛擬背景，也可以將三維動(dòng)畫(huà)制作裝置生成的三維模型中的一部分指定為虛擬背景。當(dāng)然這里的虛擬前景和虛擬背景需要符合虛擬空間中的邏輯關(guān)系。另一方面，前景生成裝置和背景生成裝置還可以根據(jù)當(dāng)前虛擬攝像機(jī)的參數(shù)，將虛擬前景和虛擬背景渲染生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面。前景生成裝置和背景生成裝置可以是專門(mén)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，也可以是安裝在合成渲染服務(wù)器中的軟件系統(tǒng)，或硬軟件構(gòu)成的系統(tǒng)。三維動(dòng)畫(huà)制作裝置盡管不是切換系統(tǒng)的一部分，但也可以設(shè)置在合成渲染服務(wù)器中，用以現(xiàn)場(chǎng)做一些簡(jiǎn)單動(dòng)畫(huà)模型，而較復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)模型和場(chǎng)景則需要在事先做好。
[0018]虛擬攝像機(jī)控制器可以是一系列硬件和控制軟件構(gòu)成的子系統(tǒng)?？梢允窃谄聊簧侠檬髽?biāo)、鍵盤(pán)、觸摸屏等控制外設(shè)控制的按鍵、搖桿等虛擬控制鍵，也可以是真實(shí)的搖桿，用以控制虛擬攝像機(jī)的前后左右的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。
[0019]合成裝置是將虛擬圖像和真實(shí)圖像進(jìn)行合成的裝置。虛擬演播室的虛擬場(chǎng)景在制作的時(shí)候，通常會(huì)根據(jù)演播室(及藍(lán)箱)的物理尺寸設(shè)計(jì)虛擬場(chǎng)景的虛擬物體及環(huán)境，合成裝置可以根據(jù)虛擬前景物體和虛擬背景物體在虛擬場(chǎng)景中的位置參數(shù)，處理真實(shí)攝像機(jī)拍攝的真實(shí)畫(huà)面與虛擬前景、虛擬背景合成渲染出的圖像的空間疊加關(guān)系，從而生成具有真實(shí)感的三維虛擬環(huán)境與真實(shí)圖像的合成畫(huà)面供播出使用。根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)的具體參數(shù)和虛擬攝像機(jī)的參數(shù)，合成裝置在符合視角合理和空間遮擋關(guān)系的情況下，也可能只輸出虛擬環(huán)境渲染出的畫(huà)面，或者只輸出真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面，不過(guò)真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面往往會(huì)經(jīng)過(guò)某種空間投影變換后輸出的，以符合當(dāng)時(shí)真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。
[0020]實(shí)施例二:
本實(shí)施例是是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于虛擬攝像機(jī)控制器的細(xì)化。本實(shí)施例所述的虛擬攝像機(jī)控制器控制外設(shè)是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏或搖桿中的一種。
[0021]虛擬攝像機(jī)和真實(shí)攝像機(jī)的操作在現(xiàn)實(shí)中最為方便的方式還是采用搖桿，但在一些操作中可以使用屏幕上的各種虛擬鍵控制虛擬攝像機(jī)，如:主持人在現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏上進(jìn)行操作等。同樣的，使用鼠標(biāo)在某些情況下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬物體更加方便的展現(xiàn)，如直接跳轉(zhuǎn)到某個(gè)特定視角，或者讓攝像機(jī)沿預(yù)先設(shè)定好的路徑運(yùn)動(dòng)等。
[0022]實(shí)施例三:
本實(shí)施例是是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于虛擬攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)方式的細(xì)化，所述的虛擬攝像機(jī)可以有一個(gè)或多個(gè)，其中一個(gè)作為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)，主虛擬攝像機(jī)可以被虛擬攝像機(jī)控制器指定和改變，也可以被虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定和改變，主虛擬攝像機(jī)的參數(shù)送到合成裝置供圖像渲染合成使用。
[0023]本實(shí)施例在虛擬空間中預(yù)置了多個(gè)虛擬攝像機(jī)，一方面可以和演播室內(nèi)可能設(shè)置的多臺(tái)真實(shí)攝像機(jī)更加平滑的對(duì)接；另一方面，每臺(tái)虛擬攝像機(jī)可以使用不同特性的鏡頭參數(shù)，如可以有廣角鏡頭、普通鏡頭、微距鏡頭等，每種鏡頭對(duì)虛擬場(chǎng)景的渲染效果不同，進(jìn)一步增加了對(duì)虛擬場(chǎng)景、虛擬物件的表現(xiàn)力。
[0024]通常情況下，虛擬演播室可能只配備了一臺(tái)真實(shí)攝像機(jī)，這時(shí)在虛擬空間中設(shè)置一臺(tái)虛擬攝像機(jī)可以很方便的實(shí)現(xiàn)與真實(shí)和相機(jī)的配合和對(duì)接。雖然理論上，無(wú)論有多少個(gè)真實(shí)攝像機(jī)，只有一臺(tái)虛擬攝像機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)真實(shí)攝像機(jī)的模擬對(duì)接，但是設(shè)置多個(gè)虛擬攝像機(jī)，可以更加方便平滑的對(duì)每一臺(tái)真實(shí)攝像機(jī)的空間位置及其他參數(shù)的變化進(jìn)行跟蹤，以便真實(shí)攝像機(jī)切換時(shí)及時(shí)選用對(duì)應(yīng)的虛擬攝像機(jī)。
[0025]另一方面，即便只有一臺(tái)真實(shí)攝像機(jī)，也有必要設(shè)置多個(gè)虛擬攝像機(jī)。眾所周知，攝像機(jī)的鏡頭規(guī)格是多種多樣的，廣角鏡頭擅長(zhǎng)表現(xiàn)大的場(chǎng)景和寬廣的畫(huà)面，微距鏡頭對(duì)細(xì)小物體的展現(xiàn)力更強(qiáng)。不同焦距的攝相機(jī)拍攝同一場(chǎng)景的畫(huà)面效果也是有不同的風(fēng)格。在虛擬環(huán)境中，設(shè)置多個(gè)不同鏡頭類型的虛擬攝像機(jī)，可以在節(jié)目有專門(mén)需要的時(shí)候用特種鏡頭去表現(xiàn)特殊場(chǎng)景和畫(huà)面，例如用微距鏡頭去展現(xiàn)虛擬場(chǎng)景中的一個(gè)小模型的細(xì)節(jié)，即可以保持空間關(guān)系上的合理性和真實(shí)性，又增加了對(duì)模型細(xì)節(jié)的渲染能力，為觀眾帶來(lái)良好的節(jié)目體驗(yàn)。
[0026]實(shí)施例四:
本實(shí)施例是是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于所述虛擬攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)方式的細(xì)化，虛擬攝像機(jī)的參數(shù)包括三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus等參數(shù)；其中真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)參數(shù)可以用來(lái)在虛擬場(chǎng)景中合理放置虛擬攝像機(jī)的位置，使虛擬攝像機(jī)有一個(gè)固定的起始原點(diǎn)。這些坐標(biāo)參數(shù)也會(huì)在拍攝過(guò)程中跟隨真實(shí)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)的傳遞到渲染服務(wù)器，用來(lái)更新虛擬攝像機(jī)的位置以保持與真實(shí)攝像機(jī)一致。Zoom參數(shù)反映了真實(shí)攝像機(jī)對(duì)所拍攝畫(huà)面的拉大和縮小的程度，虛擬攝像機(jī)對(duì)虛擬畫(huà)面的渲染也需要和真實(shí)攝像機(jī)同步動(dòng)作，才能使最終輸出畫(huà)面合理真實(shí)感強(qiáng)。Focus參數(shù)反映了真實(shí)攝像機(jī)對(duì)焦平面的變化，虛擬攝像機(jī)渲染時(shí)也需要相應(yīng)的變換焦平面。
[0027]實(shí)施例五:
本實(shí)施例是一種使用上述系統(tǒng)的虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的方法。本實(shí)施例的大致過(guò)程如下:
1、制作虛擬場(chǎng)景，根據(jù)演播室大小和節(jié)目的需求在相應(yīng)的位置放置三維模型，并在場(chǎng)景中指定哪些三維模型為前景，哪些三維模型為背景。如果采用控制軟件控制虛擬攝像機(jī)，需要在場(chǎng)景中制作好虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并指定真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)轉(zhuǎn)換的所需要的時(shí)間。
[0028]2、根據(jù)節(jié)目制作的需求固定好真實(shí)攝像機(jī)的位置，并標(biāo)定出攝像機(jī)在演播室原點(diǎn)的位置方向及其zoom, focus等參數(shù)。
[0029]3、虛擬渲染服務(wù)器根據(jù)第2步標(biāo)定的參數(shù)獲取真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)信息生成虛擬攝像機(jī)，并通過(guò)合成裝置渲染第I步制作好的虛擬場(chǎng)景。合成裝置先通過(guò)虛擬攝像機(jī)渲染設(shè)定為背景的三維模型，然后將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻畫(huà)面疊加到背景之上，再通過(guò)虛擬攝像機(jī)渲染設(shè)定為前景的三維模型，并疊加到前面的合成畫(huà)面得到最終的輸出畫(huà)面。
[0030]4、根據(jù)節(jié)目制作的需求，在相應(yīng)的時(shí)刻切換到虛擬攝像機(jī)上。如果采用搖桿操作，直接按下切換按紐，如果采用播出控制軟件，在軟件上操作切換虛擬攝像機(jī)。
[0031]5、虛擬渲染服務(wù)器收到切換命令后，會(huì)將真實(shí)攝像機(jī)切換到虛擬攝像機(jī)。渲染服務(wù)器采用虛擬攝像機(jī)的位置信息，合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻畫(huà)面重新投影到虛擬攝像機(jī)空間下的指定位置，然后采用步驟3的合成方式得到最終的輸出畫(huà)面。
[0032]6、如果采用搖桿切換，虛擬攝像機(jī)的參數(shù)與真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)相同，切換后就可以直接通過(guò)搖動(dòng)搖桿等操作來(lái)移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，zoom虛擬攝像機(jī)，渲染服務(wù)器會(huì)根據(jù)搖桿的幅度控制虛擬攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度。如果米用播出控制軟件控制虛擬攝像機(jī)切換，虛擬攝像機(jī)將沿步驟I中制作好的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。由于預(yù)先制作好的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)與當(dāng)前的真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致，渲染服務(wù)器會(huì)先將虛擬攝像機(jī)的參數(shù)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致，然后在步驟I指定的轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)將虛擬攝像機(jī)平滑插值到預(yù)先制作好的初始位置，最后沿著預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)。
[0033]7、根據(jù)節(jié)目的需求，在虛擬攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，可將虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)。如果采用搖桿控制攝像機(jī)，按下歸位按鈕，渲染攝像機(jī)在接收到命令后，將虛擬攝像機(jī)從當(dāng)前位置平滑插值到真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)，并根據(jù)搖桿搖動(dòng)幅度控制虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致后，虛擬攝像機(jī)采用真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)渲染場(chǎng)景，同步驟3。如果采用播出控制軟件控制虛擬攝像機(jī)，可通過(guò)播出控制軟件發(fā)出切換命令，當(dāng)渲染服務(wù)器接到命令后，在步驟I指定的轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，將虛擬攝像機(jī)的位置從當(dāng)前位置平滑插值到真實(shí)攝像機(jī)位置，當(dāng)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致后，虛擬攝像機(jī)采用真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)渲染場(chǎng)景，同步驟3。
[0034]所述方法的具體步驟如下，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2所示:
預(yù)備的過(guò)程:
制作和設(shè)置虛擬場(chǎng)景的步驟:用于三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物以及虛擬物件，或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置制作虛擬前景、虛擬背景和虛擬人物以及虛擬物件；或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬場(chǎng)景指定虛擬前景和虛擬背景；這一步驟一般都在播出前進(jìn)行，三維場(chǎng)景的制作通常需要大量的時(shí)間，但一些簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，以便適應(yīng)變化的現(xiàn)場(chǎng)情況。
[0035]標(biāo)定攝像機(jī)的步驟:用于獲取真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus參數(shù),將獲取的真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Zoonufocus參數(shù)發(fā)送至三維動(dòng)畫(huà)制作裝置和虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置中；這一步驟往往在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，也可以事先做好標(biāo)定，即將真實(shí)攝像機(jī)放在某個(gè)確定的位置進(jìn)行標(biāo)定，在現(xiàn)場(chǎng)錄播時(shí)根據(jù)需要，將攝像機(jī)推動(dòng)該位置即可進(jìn)行切換。
[0036]生成虛擬攝像機(jī)的步驟，用于渲染服務(wù)器根據(jù)“標(biāo)定攝像機(jī)的步驟”中已經(jīng)標(biāo)定的參數(shù)獲取真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)信息，生成虛擬攝像機(jī)；或者根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬環(huán)境的設(shè)置生成虛擬攝像機(jī)；當(dāng)有多個(gè)虛擬攝像機(jī)存在時(shí)，通過(guò)虛擬攝像機(jī)控制裝置或虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定某個(gè)虛擬攝像機(jī)為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)；如果有多個(gè)真實(shí)攝像機(jī)，通常將每個(gè)真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)分別賦予不同的虛擬攝像機(jī)，以便相應(yīng)的虛擬攝像機(jī)在播出過(guò)程中保持對(duì)真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)的及時(shí)跟蹤。
[0037]播出的過(guò)程:
真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟:用于真實(shí)攝像機(jī)在操作員控制下對(duì)演播室場(chǎng)景和主持人、嘉賓等進(jìn)行拍攝，并將拍攝視頻信號(hào)通過(guò)色鍵器送給合成渲染服務(wù)器；真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞給合成渲染服務(wù)器的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置；合成渲染服務(wù)器通過(guò)合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)與前景生成裝置、背景生成裝置或者合成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)渲染生成的虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面疊加合成后，送到輸出裝置對(duì)外播出；實(shí)際上真實(shí)攝相機(jī)拍攝播出的過(guò)程中，虛擬攝像機(jī)也是同步渲染的，最終播出的畫(huà)面也是真實(shí)攝相機(jī)拍攝畫(huà)面和通過(guò)虛擬攝像機(jī)渲染畫(huà)面的疊加合成。
[0038]發(fā)出真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)播出需求或場(chǎng)景腳本要求通過(guò)合成渲染服務(wù)器或虛擬攝像機(jī)控制器發(fā)出將播出從真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)的指令；這個(gè)切換實(shí)際上是相對(duì)的切換，更主要的是控制權(quán)的切換。切換的重點(diǎn)是對(duì)虛擬場(chǎng)景表現(xiàn)的控制權(quán)由對(duì)虛擬攝像機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，切換后，虛擬攝像機(jī)將完全脫離真實(shí)攝像機(jī)物理參數(shù)的限制，在虛擬環(huán)境中自由運(yùn)動(dòng)。而上一步驟中，虛擬攝像機(jī)一直依賴于真實(shí)攝像機(jī)的物理參數(shù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)節(jié)目制作的需求，在相應(yīng)的時(shí)刻對(duì)攝像機(jī)的控制權(quán)切換到虛擬攝像機(jī)上。如果當(dāng)前采用搖桿操作真實(shí)攝像機(jī)，直接按下切換按鈕發(fā)出切換命令。如果當(dāng)前使用的是場(chǎng)景腳本的控制，即當(dāng)前是播出控制軟件在操作真實(shí)攝像機(jī)，則播出控制軟件發(fā)出切換的命令。這個(gè)過(guò)程要求攝像機(jī)所拍攝的位置的場(chǎng)景與虛擬攝像機(jī)所“制造”的場(chǎng)景有機(jī)的結(jié)合。
[0039]合成圖像的步驟:用于虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)控制器的指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，或者虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)事先編輯好的腳本的控制指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，虛擬攝像機(jī)接收虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置傳遞來(lái)的參數(shù)，接受虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置或者虛擬攝像機(jī)控制器的指令切換主虛擬攝像機(jī)，將唯一的虛擬攝像機(jī)或主攝像機(jī)的參數(shù)發(fā)送給合成裝置；前景生成裝置、背景生成裝置根據(jù)從合成裝置得到的虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面，合成裝置也可以自主根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面，合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行渲染，并對(duì)渲染生成的真實(shí)攝像機(jī)拍攝視頻畫(huà)面和虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面進(jìn)行疊加合成輸出；
如果采用搖桿切換，虛擬攝像機(jī)的初參數(shù)與真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)相同，切換后就可以直接通過(guò)搖動(dòng)搖桿等操作來(lái)移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，zoom虛擬攝像機(jī)，渲染服務(wù)器會(huì)根據(jù)搖桿的幅度控制虛擬攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度。如果采用播出控制軟件控制虛擬攝像機(jī)切換，虛擬攝像機(jī)將沿已經(jīng)制作好的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。由于預(yù)先制作好的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)與當(dāng)前的真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致，渲染服務(wù)器會(huì)先將虛擬攝像機(jī)的參數(shù)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致，然后在一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)將虛擬攝像機(jī)平滑插值到預(yù)先制作好的初始位置，最后沿著預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)。
[0040]合成圖像的步驟中，攝像機(jī)的控制權(quán)一直以虛擬攝像機(jī)為主導(dǎo)，如果設(shè)置了多個(gè)虛擬攝像機(jī)，這個(gè)過(guò)程中還可以在不同的虛擬攝像機(jī)之間進(jìn)行切換，以便從不同的視角，以不同的鏡頭風(fēng)格表現(xiàn)虛擬場(chǎng)景。
[0041]發(fā)出虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)節(jié)目的需求，發(fā)出將虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)指令；如果采用搖桿控制攝像機(jī)，按下歸位按鈕，發(fā)出切回的指令。如果采用播出控制軟件根據(jù)腳本切換則播出控制軟件自動(dòng)發(fā)出切回的命令。如果當(dāng)前使用的是虛擬攝像機(jī)控制器的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或觸摸屏在操作虛擬攝像機(jī)，則可以使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或觸摸屏點(diǎn)擊屏幕上的按鍵進(jìn)行操作。
[0042]切回真實(shí)攝像機(jī)的步驟:渲染服務(wù)器在接收到命令后，由虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)曲線控制虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和速度，渲染服務(wù)器中的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)時(shí)的真實(shí)攝像機(jī)的各參數(shù)，將虛擬攝像機(jī)從當(dāng)前參數(shù)平滑插值到真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)，平滑插值期間一直保持對(duì)虛擬場(chǎng)景的渲染和輸出；當(dāng)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致后，轉(zhuǎn)到真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟。
[0043]最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案(比如:系統(tǒng)各裝置的設(shè)置、步驟的先后順序等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。本發(fā)明所述的方法可編制為應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序，并運(yùn)行于本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的系統(tǒng)，包括:與合成渲染服務(wù)器連接的真實(shí)攝像機(jī)，所述的真實(shí)攝像機(jī)與色鍵器連接，其特征在于，所述的合成渲染服務(wù)器與虛擬攝像機(jī)控制器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中設(shè)有與真實(shí)攝像機(jī)和虛擬攝像機(jī)控制器連接的虛擬攝像機(jī)，所述的虛擬攝像機(jī)與合成裝置連接，所述的合成裝置與所述的色鍵器連接，所述的合成渲染服務(wù)器中還設(shè)有與合成裝置連接的前景生成裝置、背景生成裝置和輸出裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的虛擬攝像機(jī)控制器的控制外設(shè)是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏或搖桿中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的合成渲染服務(wù)器用于根據(jù)虛擬攝像機(jī)的狀態(tài)，將虛擬場(chǎng)景中的虛擬前景、虛擬背景渲染成畫(huà)面，并與真實(shí)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面進(jìn)行疊加合成，將最終的合成畫(huà)面送到輸出裝置輸出；所述的虛擬攝像機(jī)控制器用來(lái)控制虛擬攝像機(jī)在虛擬環(huán)境空間的位置運(yùn)動(dòng)、指向的變化、畫(huà)面的推進(jìn)拉遠(yuǎn)以及焦點(diǎn)的位置變化；所述的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置接受虛擬攝像機(jī)控制器的控制指令，將控制指令轉(zhuǎn)換為虛擬攝像機(jī)的參數(shù)，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置還可以根據(jù)軟件預(yù)先設(shè)定的程序?qū)μ摂M攝像機(jī)的參數(shù)進(jìn)行改變和生成，虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置將虛擬攝像機(jī)的參數(shù)傳遞給虛擬攝像機(jī)供后續(xù)使用；所述的虛擬攝像機(jī)將虛擬攝像機(jī)參數(shù)傳遞給合成裝置使用；所述的前景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬前景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬前景，前景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬前景畫(huà)面；所述的背景生成裝置可以創(chuàng)建虛擬背景，也可以接收三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物，并從虛擬環(huán)境中指定虛擬背景，背景生成裝置通過(guò)合成裝置得到當(dāng)前虛擬攝像機(jī)參數(shù)，根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成虛擬背景畫(huà)面；所述的合成裝置接收虛擬攝像機(jī)傳來(lái)的參數(shù)，接收色鍵器傳來(lái)的真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面和鍵，生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面以及其他虛擬物件/虛擬人物的畫(huà)面，根據(jù)虛擬空間的定義將虛擬前景畫(huà)面、虛擬物件/虛擬人物畫(huà)面、真實(shí)攝像機(jī)拍攝畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面疊加合成，并將合成結(jié)果送輸出裝置輸出；所述的輸出裝置將合成裝置送來(lái)的畫(huà)面完成必要的數(shù)據(jù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換后送交播出使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的虛擬攝像機(jī)可以有一個(gè)或多個(gè)，其中一個(gè)作為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)，主虛擬攝像機(jī)可以被虛擬攝像機(jī)控制器指定和改變，也可以被虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定和改變，主虛擬攝像機(jī)的參數(shù)送到合成裝置供圖像渲染合成使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的虛擬攝像機(jī)的參數(shù)包括三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus參數(shù)。
6.一種使用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)切換的方法，其特征在于，所述方法的步驟如下: 預(yù)備的過(guò)程: 制作和設(shè)置虛擬場(chǎng)景的步驟:用于三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作虛擬場(chǎng)景和虛擬人物以及虛擬物件，或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置制作虛擬前景、虛擬背景和虛擬人物以及虛擬物件；或者用于所述的前景生成裝置和背景生成裝置根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬場(chǎng)景指定虛擬前景和虛擬背景； 標(biāo)定攝像機(jī)的步驟:用于獲取真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Zoom、focus參數(shù),將獲取的真實(shí)攝像機(jī)的三維空間坐標(biāo)、Z00m、f0CUS參數(shù)發(fā)送至三維動(dòng)畫(huà)制作裝置和虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置中； 生成虛擬攝像機(jī)的步驟，用于渲染服務(wù)器根據(jù)“標(biāo)定攝像機(jī)的步驟”中已經(jīng)標(biāo)定的參數(shù)獲取真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)信息，生成虛擬攝像機(jī)；或者根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)制作裝置制作完成的虛擬環(huán)境的設(shè)置生成虛擬攝像機(jī)；當(dāng)有多個(gè)虛擬攝像機(jī)存在時(shí)，通過(guò)虛擬攝像機(jī)控制裝置或虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置指定某個(gè)虛擬攝像機(jī)為當(dāng)前主虛擬攝像機(jī)； 播出的過(guò)程: 真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟:用于真實(shí)攝像機(jī)在操作員控制下對(duì)演播室場(chǎng)景和主持人、嘉賓進(jìn)行拍攝，并將拍攝視頻信號(hào)通過(guò)色鍵器送給合成渲染服務(wù)器；真實(shí)攝像機(jī)的參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞給合成渲染服務(wù)器的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置；合成渲染服務(wù)器通過(guò)合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)與前景生成裝置、背景生成裝置或者合成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)渲染生成的虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面疊加合成后，送到輸出裝置對(duì)外播出； 發(fā)出真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)播出需求或場(chǎng)景腳本要求通過(guò)合成渲染服務(wù)器或虛擬攝像機(jī)控制器發(fā)出從真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)的指令； 合成圖像的步驟:用于虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)控制器的指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，或者虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)事先編輯好的腳本的控制指令生成虛擬攝像機(jī)的各參數(shù)，虛擬攝像機(jī)接收虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置傳遞來(lái)的參數(shù)，接受虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置或者虛擬攝像機(jī)控制器的指令切換主虛擬攝像機(jī)，將唯一的虛擬攝像機(jī)或主攝像機(jī)的參數(shù)發(fā)送給合成裝置；前景生成裝置、背景生成裝置根據(jù)從合成裝置得到的虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面和虛擬背景畫(huà)面，合成裝置也可以自主根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)渲染生成虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面，合成裝置將真實(shí)攝像機(jī)拍攝的視頻根據(jù)虛擬攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行渲染，并對(duì)渲染生成的真實(shí)攝像機(jī)拍攝視頻畫(huà)面和虛擬前景畫(huà)面、虛擬背景畫(huà)面、虛擬人物和虛擬物件畫(huà)面進(jìn)行疊加合成輸出； 發(fā)出虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)指令的步驟:用于根據(jù)節(jié)目的需求，發(fā)出將虛擬攝像機(jī)切回真實(shí)攝像機(jī)的指令； 切回真實(shí)攝像機(jī)的步驟:渲染服務(wù)器在接收到命令后，由虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)曲線控制虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和速度，渲染服務(wù)器中的虛擬攝像機(jī)參數(shù)生成裝置根據(jù)真實(shí)攝像機(jī)切換為虛擬攝像機(jī)時(shí)的真實(shí)攝像機(jī)的各參數(shù)，將虛擬攝像機(jī)從當(dāng)前參數(shù)平滑插值到真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)，平滑插值期間一直保持對(duì)虛擬場(chǎng)景的渲染和輸出；當(dāng)虛擬攝像機(jī)與真實(shí)攝像機(jī)參數(shù)一致后，轉(zhuǎn)到真實(shí)攝像機(jī)拍攝播出的步驟。
【文檔編號(hào)】H04N5/222GK104349020SQ201410716397
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】駱蕭蕭, 張朋云, 王付生, 黃一辰 申請(qǐng)人:北京中科大洋科技發(fā)展股份有限公司