CN102118573B - 一种增加虚实结合度的虚拟体育系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加虚实结合度的虚拟体育系统，包括：第一图形工作站，包括摄像机信号接收模块、三维图形获取模块、混合输出模块，所述摄像机信号接收模块用于接收摄像机采集的前景信号；所述三维图形获取模块用于接收当前赛事直播的三维图形数据；所述混合输出模块用于依据所述三维图形数据及前景信号进行混合输出；色键器，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。本发明可以满足当前体育赛事直播的需求，获得更好的虚实结合度。

Description

一种增加虚实结合度的虚拟体育系统

技术领域

本发明涉及电视节目制作的技术领域，特别是涉及一种增加虚实结合度的虚拟体育系统。

背景技术

虚拟体育系统是从由虚拟演播室技术发展而来，它属于虚拟演播室技术的很重要的一个分支。虚拟演播室是近年发展起来的一种独特的电视节目制作技术。它的实质是将计算机制作的虚拟三维模型与摄像机现场拍摄的物体活动图像进行数字化的实时合成，使物体图像与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者的融合，以获得完美的合成画面。虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术，根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中的图像看起来完全处于计算机所产生的三维虚拟场景中，而且能在其中运动，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。相应地，虚拟体育技术就是将静态或动画3D图像(三维模型)迭加到体育竞赛直播节目的画面上。不管摄像机是否移动，都能让图形固定在某个位置不动，让视觉上觉得这些3D图形是直播画面的一部份。

现有技术中，色键合成通常是将摄像机采集的前景图像与计算机产生的三维虚拟场景简单叠加，即其合成画面的显示仅仅有前景图像和三维场景两层，然而，在虚拟体育系统的直播画面中，往往需要将虚拟三维场景置于两层前景图像之间，例如，需要显示为，运动员以及裁判等人员在虚拟物体上面，同时这些虚拟物体又是在草地或者水面等场地上面，而采用现有技术则很难达到这种虚实结合的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增加虚实结合度的虚拟体育系统方法及装置，以满足当前体育赛事直播的需求，获得更好的虚实结合度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种增加虚实结合度的虚拟体育系统方法，包括：

第一图形工作站，包括摄像机信号接收模块、三维图形获取模块、混合输出模块，所述摄像机信号接收模块用于接收摄像机采集的前景信号；所述三维图形获取模块用于接收当前赛事直播的三维图形数据；所述混合输出模块用于依据所述三维图形数据及前景信号进行混合输出；

色键器，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

优选的，所述赛事直播的三维图形数据通过在预置的三维场景中导入实时计算的赛事直播中的相关数据获得，所述第一图形工作站还包括：

三维场景渲染模块，用于渲染三维场景并保存；

所述的系统还包括：

第二图形工作站，包括计算模块和传送模块，所述计算模块用于实时计算赛事直播中的相关数据；所述传送模块用于将所述赛事直播数据发送至播出控制器；

播出控制器，包括模板信息关联模块、播控信息生成模块和传输模块，所述模板信息关联模块用于关联所述三维场景及对应的赛事直播数据，获得用于当前赛事直播的三维图形数据；所述播控信息生成模块用于接收用户发出的播出指令，生成相应三维图形数据的播出控制信息；所述传输模块用于将所述播出控制信息发送至第一图形工作站。

优选的，所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据。

优选的，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

优选的，所述播出控制模块采用以太网与所述第二图形工作站和第一图形工作站连接。

优选的，所述色键器通过数字视频线与第一图形工作站连接。

优选的，所述的系统，还包括：

摄像机定位模块，用于对摄像机进行定位，标定当前摄像机的内参数和外参数。

优选的，所述摄像机定位模块位于第一图形工作站和/或第二图形工作站中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用将渲染的虚拟三维图形和摄像机信号混合输出的模式，将混合输出的信号作为色键的背景，同时将当前摄像机采集的前景信号作为色键的前景信号，针对虚拟三维图形的体育场地进行抠像，这样摄像机采集的运动员以及裁判等人员可以在虚拟三维图形的上面，同时虚拟三维图形又可以在场地的上面，即虚拟三维图形位于两层摄像机前景信号的中间，从而达到了“以假乱真”的虚实结合效果。

再者，本发明通过分离用于摄像机定位和三维场景渲染的图形工作站，即采用两个图形工作站分别处理摄像机定位和三维场景渲染，从而提高控制的灵活性，同时这种各司其职的工作模式也提高了渲染的效率以及直播的安全性。

附图说明

图1是本发明的一种增加虚实结合度的虚拟体育系统方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的一种增加虚实结合度的虚拟体育系统装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例主要应用在基于虚拟演播室技术进一步发展起来的虚拟体育技术中。虚拟体育技术就是将静态或动画3D图像迭加到体育竞赛直播节目的画面上。不管摄影机是否移动，都能让图形固定在某个位置不动，让视觉上觉得这些3D图形是直播画面的一部份。虚拟体育系统具有实况赛事跟踪功能，可以展示草地、田径场、足球场、雪地、水域或者3D空间内的实际距离、高度和速度，同时可以在广告牌上、运动场内和(或)运动场周边展示广告，并且可以将新的电视广告或动画电视广告覆盖在现场实际广告上。虚拟体育系统也可以用于赛事分析，在回放过程增加分析信息，让观众更直观的看到比赛情况。

参考图1，示出了本发明的一种增加虚实结合度的虚拟体育系统实施例1的结构框图，具体可以包括以下部件：

第一图形工作站11，包括摄像机信号接收模块111、三维图形获取模块112、混合输出模块113，所述摄像机信号接收模块111用于接收摄像机采集的前景信号；所述三维图形获取模块112用于接收当前赛事直播的三维图形数据；所述混合输出模块113用于依据所述三维图形数据及前景信号进行混合输出；

色键器12，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

色键技术是虚拟体育系统中的关键技术。用摄像机的位置和镜头等变化来控制计算机中的“虚拟摄像机”，使它的位置和镜头变化与“实际”同步，这样它所拍摄的“虚拟场景”的镜头变化和实际摄像机拍摄的物体镜头变化一致，通过对它们进行色键效果处理之后，得到的画面才真实自然。

色键制作的质量对虚拟体育节目质量影响相当大，通过把前景键在背景上，即将生成的背景图像与前景图像混合后，才最终完成了虚拟体育的节目制作。在本发明实施例中，色键的背景是虚拟三维图形数据及前景信号的混合输出信号，色键的前景是摄像机采集的前景图像。虚拟三维图形数据和前景信号的混合在IO卡输出中混合生成，色键用于将色键的前景抠像与色键的背景进行混合。

通常在虚拟体育节目中，色键合成器可以针对虚拟三维图形的体育场地进行抠像，这样摄像机采集的运动员以及裁判等人员可以在虚拟三维图形的上面，同时虚拟三维图形又可以在场地的上面，即虚拟三维图形位于两层摄像机前景信号的中间，即所述合成输出的显示形式为：三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据，从而达到了“以假乱真”的虚实结合效果。

参考图2，示出了本发明的一种增加虚实结合度的虚拟体育系统实施例2的结构框图，具体可以包括以下部件：

摄像机定位模块20，用于对摄像机进行定位，标定当前摄像机的内参数和外参数；

第二图形工作站23，包括计算模块和传送模块，其中，所述计算模块用于实时计算赛事直播中的相关数据；所述传送模块用于将所述赛事直播数据发送至播出控制器；

播出控制器24，包括模板信息关联模块、播控信息生成模块和传输模块，其中，所述模板信息关联模块用于关联所述三维场景及对应的赛事直播数据，获得当前赛事直播的三维图形数据；所述播控信息生成模块用于接收用户发出的播出指令，生成相应三维图形数据的播出控制信息；所述传输模块用于将所述播出控制信息发送至第一图形工作站21；

第一图形工作站21，包括摄像机信号接收模块、三维场景渲染模块、三维图形获取模块和混合输出模块；其中，所述摄像机信号接收模块用于接收摄像机采集的前景信号；所述三维场景渲染模块用于渲染三维场景并保存；所述三维图形获取模块用于接收当前赛事直播的三维图形数据；所述混合输出模块用于依据所述三维图形数据及前景信号进行混合输出；

色键器22，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

在虚拟体育节目制作过程中，确定摄像机的状态信息非常关键。虚拟体育系统中设置的摄像机配有运动检测和识别系统，即摄像机跟踪器。其跟踪方式有光学识别系统和机械传感式系统两种。其原理是将检测到的摄像机的推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降等传感部位的运动数据，通过一个“传感器”装置传输到“校准器”，这样，理想情况下，现场摄像机与虚拟演播室中“虚拟”的摄像机被相对地锁定在一个位置上。当现场演播室摄像机运动时，虚拟摄像机受跟踪器的控制可以实时地与现场摄像机保持同步。

在具体实现中，所述摄像机采集的前景信号可以通过视频分配器传输给第一图形工作站，传感器的数据参数信息以串口的方式传送给第一图形工作站。在本发明的一种优选实施例中，所述摄像机定位模块20可以位于第一图形工作站中，即由第一图形工作站实时计算传感器返回的数据，获得当前的摄像机标定参数。所述摄像机标定参数就是指摄像机成像的几何模型参数，具体可以包括摄像机内参数和摄像机外参数。外参数包括摄像机的位置、姿态等几何信息，内参数包括摄像机的焦距，主点、以及镜头变形参数等光学参数。

作为另一优选实施例，所述摄像机定位模块20也可以位于第二图形工作站中，即由第二图形工作站实时计算传感器返回的数据，获得当前的摄像机标定参数。

根据当前摄像机的标定参数，第一图形工作站即可以根据这些参数渲染当前节目所需的三维场景数据，第二图形工作站即可以根据这些参数实时计算赛事直播中的相关数据，如在体育赛事直播中的比分数据、出场阵容数据、发球距离示意等，然后在播出控制器中会将相应的三维场景和对应的赛事直播数据进行关联，以获得当前赛事直播的三维图形数据。

在获得三维图形数据的基础上，第一图形工作站还会将当前摄像机采集的前景图像与该三维图形数据混合输出，然后输出给色键合成器进行合成输出。

由于虚拟体育系统是将虚拟的物体叠加在当前直播的赛事画面上，不管摄像机是否移动，虚拟物体都固定不动，视觉上让观众认为这是赛事的一部分，因而在本发明的一种优选实施例中，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

在具体实现中，优选的是，所述播出控制模块也可以采用以太网与所述第二图形工作站和第一图形工作站连接；所述色键器可以通过数字视频线与第一图形工作站连接。

上对本发明所提供的一种增加虚实结合度的虚拟体育系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种增加虚实结合度的虚拟体育系统，其特征在于，包括：

第一图形工作站，包括摄像机信号接收模块、三维图形获取模块和混合输出模块，所述摄像机信号接收模块用于接收摄像机采集的前景信号；所述三维图形获取模块用于接收当前赛事直播的三维图形数据；所述混合输出模块用于依据所述三维图形数据及前景信号进行混合输出；

色键器，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出；

所述赛事直播的三维图形数据通过在预置的三维场景中导入实时计算的赛事直播中的相关数据获得，所述第一图形工作站还包括：三维场景渲染模块，用于渲染三维场景并保存；所述的系统还包括：第二图形工作站，包括计算模块和传送模块，所述计算模块用于实时计算赛事直播中的相关数据；所述传送模块用于将所述赛事直播数据发送至播出控制器；所述的系统还包括：播出控制器，包括模板信息关联模块、播控信息生成模块和传输模块，所述模板信息关联模块用于关联所述三维场景及对应的赛事直播数据，获得用于当前赛事直播的三维图形数据；所述播控信息生成模块用于接收用户发出的播出指令，生成相应三维图形数据的播出控制信息；所述传输模块用于将所述播出控制信息发送至第一图形工作站。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述播出控制器采用以太网与所述第二图形工作站和第一图形工作站连接。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色键器通过数字视频线与第一图形工作站连接。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

摄像机定位模块，用于对摄像机进行定位，标定当前摄像机的内参数和外参数。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述摄像机定位模块位于第一图形工作站和/或第二图形工作站中。