基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法，屬于機器視覺技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 從目前動作捕捉系統(tǒng)的靈活性和成熟性方面來看，光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)是使用最 廣泛而且也是技術(shù)最完善的動作捕捉系統(tǒng)，這種類型的動作捕捉系統(tǒng)通過對目標(biāo)物體上特 定標(biāo)記點的識別和跟蹤來完成動作捕捉的任務(wù)。在進行動作捕捉任務(wù)時，攝像機接收由標(biāo) 記點反射回來的光線，并根據(jù)灰度信息獲取標(biāo)記點在二維圖像中的位置信息，這樣便可以 通過計算機視覺方法重建出標(biāo)記點在三維空間中的三維坐標(biāo)信息。當(dāng)攝像機以足夠高的幀 頻對標(biāo)記點進行拍攝，通過對拍攝到標(biāo)記點圖像的處理，計算出各個標(biāo)記點在三維空間中 的三維坐標(biāo)信息，然后對不同的標(biāo)記點進行識別，這樣便可以得到每個標(biāo)記點在三維空間 中的三維運動軌跡。
[0003] 近些年，隨著動作捕捉技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也具有越來越廣闊的拓展空 間，動作捕捉系統(tǒng)在工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、體育、影視以及國防等諸多行業(yè)中都具有廣泛的實際 應(yīng)用價值。在影視制作過程中，經(jīng)常需要用到動作捕捉系統(tǒng)，如下圖所示，美國好萊塢建立 了一個Motion運動捕捉工作室，安裝有48個攝像機，專門用于影視制作。Vicon MX光學(xué)動 作捕捉系統(tǒng)現(xiàn)在已被許多著名的影視制作公司應(yīng)用。在眾多膾炙人口的影視大片中，動作 捕捉系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，制作了大量的經(jīng)典鏡頭。此外，何炳蔚等人提出了一種混合視 覺系統(tǒng)標(biāo)定中虛擬攝像機的確定方法，該方法使用單目攝像機和全景攝像機快速獲得混合 視覺系統(tǒng)中全景攝像機到棋盤格的外參數(shù)。張治國等人發(fā)明了一種三維場景中虛擬攝像機 的跟蹤方法，該方法可以使不同型號的真實攝像機能夠一起工作，從而實現(xiàn)節(jié)目錄制的多 樣性，同時校正過程方便、快捷和準(zhǔn)確。
[0004] 在計算機圖形學(xué)中，三維虛擬場景的觀察是通過場景攝像機來實現(xiàn)的，而渲染出 的圖像就是這個場景攝像機拍攝到的部分。使用場景攝像機來觀察三維虛擬場景，如同使 用真實攝像機來拍攝真實世界是一樣的。由于場景攝像機是觀察三維虛擬場景的工具，所 以可以通過調(diào)節(jié)場景攝像機從不同角度觀察三維虛擬場景。但對影視制作來說，場景攝像 機的常規(guī)使用方式嚴(yán)重缺乏操作的靈活性和效率，直接影響到觀看體驗。正是如此，本發(fā)明 提出了一種基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供了一種基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法，為了增 強場景攝像機觀察三維虛擬場景的靈活性和效率，通過使用動作捕捉系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地獲 取標(biāo)記點的真實三維坐標(biāo)信息，得到不同姿態(tài)下標(biāo)記點之間的變換關(guān)系，從而計算出標(biāo)記 點在現(xiàn)實環(huán)境中的真實運動軌跡信息來控制場景攝像機在三維虛擬場景中的運動， 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法，由動作 捕捉攝像機組、攝像機數(shù)據(jù)傳輸交換機、高性能圖形工作站、附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏； 其特征在于：動作捕捉攝像機組通過網(wǎng)線連接到攝像機數(shù)據(jù)傳輸交換機上，從動作捕捉系 統(tǒng)獲取的標(biāo)記點圖像信息通過攝像機數(shù)據(jù)傳輸交換機傳輸給高性能圖形工作站進行處理 與識別計算，場景攝像機渲染得到的圖像通過高性能圖形工作站輸出到附加4個標(biāo)記點的 LED顯示屏進行實時的場景預(yù)覽；其具體步驟如下： 步驟1、使用刻度尺測量附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏中4個標(biāo)記點之間的實際距離， 分別記為：D12、D13、D14、D23、D 24、D34，其中：標(biāo)記點Dij表示任意兩個標(biāo)記點之間的實際距離， i的取值范圍為[1，3]，j的取值范圍為[i+1，4]，并且其中任意兩個實際距離均不相等且任 意兩個實際距離之差的絕對值不小于20mm ; 步驟2、按距離從小到大重新排列D12、D13、D14、D23、D 24、D34得到RD i、RD2、RD3、RD4、RD5、 RD6,并確保附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏中4個標(biāo)記點的剛體狀態(tài)不被破壞，即：D12、D 13、 D14、D23、D24、D34的實際距離不變； 步驟3、將附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏放置在動作捕捉攝像機組的拍攝范圍之內(nèi)，有 效拍攝范圍之內(nèi)，該有效拍攝范圍必須并保證附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏中每一個標(biāo)記 點都能夠至少被3個攝像機拍攝到，此時附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏的擺放位置設(shè)定為 初始狀態(tài)，從動作捕捉攝像機組中獲取標(biāo)記點序列M a及標(biāo)記點序列Ma中每一個標(biāo)記點的真 實三維坐標(biāo)信息； 步驟4、在標(biāo)記點序列化中隨機選取任意4個標(biāo)記點組成標(biāo)記組Mx4并計算出標(biāo)記組Mx4 中任意兩點之間的實際距離Mx4121!￡413、1!￡414、1 !￡423、1!￡4241!￡434，按距離從小到大重新排列虻412、 Mx413、Mx414、Mx423、Mx424、M x434得到 RM x4P RMx42、RMx43、RMx44、RMx45、RM x46; 步驟 5、如果 RDp RD2、RD3、RD4、RD5、1?6與 RM1、RMx42、RMx43、RMx44、RMx45、RM xy^足如下 不等式（I):
【主權(quán)項】
1.基于動作捕捉系統(tǒng)的虛擬攝像機拍攝方法，由動作捕捉攝像機組、攝像機數(shù)據(jù)傳輸 交換機、高性能圖形工作站、附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏；其特征在于：動作捕捉攝像機 組通過網(wǎng)線連接到攝像機數(shù)據(jù)傳輸交換機上，從動作捕捉系統(tǒng)獲取的標(biāo)記點圖像信息通過 攝像機數(shù)據(jù)傳輸交換機傳輸給高性能圖形工作站進行處理與識別計算，場景攝像機渲染得 到的圖像通過高性能圖形工作站輸出到附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏進行實時的場景預(yù) 覽；其具體步驟如下： 步驟1、使用刻度尺測量附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏中4個標(biāo)記點之間的實際距離， 分別記為：D12、D13、D14、D23、D 24、D34，其中：標(biāo)記點Dij表示任意兩個標(biāo)記點之間的實際距離， i的取值范圍為[1，3]，j的取值范圍為[i+1，4]，并且其中任意兩個實際距離均不相等且任 意兩個實際距離之差的絕對值不小于20mm ; 步驟2、按距離從小到大重新排列D12、D13、D14、D23、D 24、D34得到RD i、RD2、RD3、RD4、RD5、 RD6,并確保附加4個標(biāo)記點的LED顯示屏中4個標(biāo)記點的剛體狀態(tài)不被破壞，即：D12、D 13、 D14、D23、D24、D