CN102609001A - 一种调节舞台灯具的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调节舞台灯具的控制系统及其控制方法，该控制系统包括显示屏、用于控制灯具的灯具控制模块、用于存储灯具参数的存储模块、灯具驱动机构，所述显示屏、存储模块和灯具驱动机构均与灯具控制模块连接，所述灯具驱动机构连接灯具。本发明可一次性同时调节多个灯具；只需在虚拟舞台上确定目标光斑位置即可，无需对每个灯具均进行手工调整，工作量小，操作效率高；采用可视化的虚拟舞台进行控制，具有控制方便、快捷、人性化等优点。

Description

一种调节舞台灯具的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于舞台灯光控制领域，特别涉及一种调节舞台灯具的控制系统以及控制该控制系统的方法。

背景技术

在舞台灯具控制领域里，舞台上的移动光斑是通过悬挂于舞台上方的摇头灯的照射和转动来实现。灯具上设有相互垂直的竖直旋转轴以及水平旋转轴，当水平旋转轴不动时，所述竖直旋转轴可使灯具围绕其旋转，以使灯具围绕竖直旋转轴旋转形成的轨迹曲线所在平面与舞台平面垂直，实现竖直旋转；当竖直旋转轴不动时，所述水平旋转轴可使灯具围绕其旋转，以使灯具围绕水平旋转轴旋转形成的轨迹曲线所在平面与舞台平面平行，实现水平旋转；当竖直旋转轴和水平旋转轴同时转动，灯束的立体式转动，光束可以随着舞台场景的变化而照射不同的地方。

灯具的出光孔截面的圆心与灯具中心轴线在同一直线上，故灯具中心轴线的方向即为光束线方向；灯具在旋转时，灯具中心轴线与其水平旋转轴之间会形成一定的夹角，即竖直旋转角，角度为α；灯具中心轴线在舞台平面上的投影与灯具的水平旋转角度β为灯具中心轴线在XY平面上的投影线与X轴正方向之间的夹角，角度为β，其中，每个灯具的竖直旋转角度α的设置范围和水平旋转角度β的设置范围均可人为设置。

控制灯光光斑移动的方法一般是向灯光控制台系统手动输入相关灯具的参数，灯光控制台系统根据相关参数，向灯具驱动机构发送相应信号，由灯具驱动机构控制灯具旋转至相应位置，以使得灯具的光束投射到舞台的相应位置上。控制灯具旋转至相应位置，通常是通过灯光控制台系统控制改变灯具的水平旋转角度值(即pan值)、竖直旋转角度值(即tilt值)来实现，以达到改变灯具的投射方向的目的。

目前，对于灯具的控制，需要选择多个灯具同时投射目标光斑时，都是只能先调节一个灯具到目标位置后，再对另外一个灯具进行调节控制，不能一次性同时调节多个灯具。这种控制方式在有些情况下，具有易用性不好、且操作繁琐、工作量大、控制精度低等缺陷。譬如，当需要把所有灯均射向一个位置时，就务必要一个一个灯具地先后进行调整，工作量很大，要提高控制精度也十分困难。

发明内容

本发明的第一发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能在虚拟舞台上显示灯具光束所照射的光斑效果，进而通过显示屏直观地展示给用户的控制系统。

本发明的第二发明目的在于提供一种能一次选择多个灯具同时照射到目标光斑上的控制方法。

为实现本发明的第一个发明目的，本发明提供如下技术方案：一种调节舞台灯具的控制系统，包括显示屏、用于控制灯具的灯具控制模块、用于存储灯具参数的存储模块、灯具驱动机构，所述显示屏、存储模块和灯具驱动机构均与灯具控制模块连接，所述灯具驱动机构连接灯具。

所述灯具控制模块包括：

虚拟舞台建立模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件，根据实际舞台的位置信息数据，建立虚拟舞台，并将建立好的虚拟舞台输出到显示屏；

初始化模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具驱动机构将灯具移动至初始位置；

目标光斑位置选择模块，用于在虚拟舞台上选择目标光斑位置，并将该目标光斑位置转化为其在实际舞台上的位置信息数据；

灯具选择模块，用于选择所有预调节的灯具并检测所选择的灯具相对光斑位置是否为有效灯具；

灯具旋转控制模块，用于根据目标光斑的位置数据计算各有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，将水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号，并将控制信号发送给灯具驱动机构驱动控制灯具旋转至相应位置及方向。

本发明所述控制系统的进一步改进在于，所述灯具控制模块还包括用于在虚拟舞台上模拟所有有效灯具投射到目标光斑位置上的光斑图像并模拟图像输出到显示屏的光斑图像模拟显示模块。

所述显示屏为触摸显示屏。

所述灯具驱动机构为步进电机。

为实现本发明的第二个发明目的，本发明提供如下技术方案：一种控制上述任一舞台灯具控制系统的控制方法，包括以下步骤：

a)建立虚拟舞台，以实际舞台与地面平行的平面为XY平面，以舞台与地面平行平面的横向中心线、纵向中心线分别为XY平面的X轴、Y轴，与XY平面垂直方向为Z轴，建立空间坐标系，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将实际舞台的位置信息按比例K缩放建立虚拟空间直角坐标系形成虚拟舞台，将实际舞台的位置信息、灯具位置信息按比例K缩放转化为其在虚拟舞台上的位置信息，绘制出虚拟舞台图像，并将绘制好的虚拟舞台图像发送到显示屏上，K为大于零的预设常数；

b)初始化灯具位置，通过预设置在灯具控制模块中的软件，驱动灯具驱动机构将各灯具移动至初始位置；

c)获取实际舞台上需光束照射点的位置坐标信息，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将该位置信息转化为虚拟舞台上目标光斑的位置坐标信息并将目标光斑的位置信息反馈给控制系统；

d)选择灯具，通过预设置在灯具控制模块的软件，选择至少一个灯具，从存储器中读取所选灯具的位置数据，并判断所选灯具对目标光斑位置是否有效，若目标光标位置处于该灯具的有效覆盖区域内，则该灯具有效并选取，否则该灯具无效并忽略；灯具光束的覆盖区域满足以下条件的有效：

ρ∈[z₁*tan(a₁)，z₁*tan(a₂)]；

γ∈(b₁，b₂)；

其中，灯具的旋转中心点距离XY平面的高度为z₁，灯具的竖直旋转角度值α的取值范围(a₁，a₂)，灯具的水平旋转角度值β取值范围(b₁，b₂)，ρ为该灯具有效覆盖区域的极径范围，γ为该灯具有效覆盖区域的极角范围；

e)、计算有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，具体如下：

灯具的水平旋转角度值α、竖直旋转角度值β分别满足如下条件：

α＝arctan[(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²]^1/2/(z₁-z₂)；

其中，灯具出光孔截面的初始位置的圆心在虚拟舞台上的坐标是(x₁，y₁，z₁)，所述目标光斑位置在虚拟舞台上的位置坐标为(x₂，y₂，z₂)；α为所求的竖直旋转角度值，β为所求的水平旋转角度值；

f)、将灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号并向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具旋转至相应的方向及位置。

本方法进一步改进在于，在执行步骤f前，根据各有效灯具照射在目标光斑上的光斑形状，在虚拟舞台上模拟绘制所有有效灯具在目标光斑上形成的光斑图像并将其输出到显示屏。

本发明的有益效果：

1、只需获取了实际舞台上需要照射光斑点的坐标，通过将该点的坐标转化为虚拟舞台的坐标，即可一次性同时调节多个灯具，无需对每个灯具均进行手工调整，工作量小，操作效率高。

2、采用可视化的虚拟舞台进行控制，具有控制方便、快捷、人性化等优点。

3、通过精确的虚拟舞台模拟，灯具光束可实现自动定位。

附图说明

图1是本发明所示调节舞台灯具的控制系统的总体框图。

图2是本发明所示调节舞台灯具的控制系统的具体框图。

图3是本发明方法的总流程图。

图4是本发明方法计算灯具的水平旋转角度值以及竖直旋转角度值的原理示意图。

具体实施方式

参照图1-2所示，本发明所述的调节舞台灯具的控制系统包括显示屏、灯具控制模块、存储模块、灯具驱动机构，显示屏、存储模块和灯具驱动机构均与灯具控制模块连接，其中显示屏最佳为触摸显示屏，灯具驱动机构最佳为步进电机，灯具驱动机构连接灯具，存储模块用于存储所有灯具的位置信息数据、竖直旋转角度值α的设置范围(a₁，a₂)、水平旋转角度值β的设置范围(b₁，b₂)、属性数据信息(zoom属性)、灯具旋转中心点的位置信息；灯具控制模块用于建立虚拟舞台、初始化灯具、选择目标光斑位置并将目标光斑的位置转化为虚拟舞台上的位置信息、选择灯具并判断灯具相对目标光斑是否有效、计算灯具的旋转角度并将该角度转化为控制信号控制灯具转动以及在虚拟舞台上模拟光斑效果。

灯具控制模块包括：

虚拟舞台建立模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件，根据实际舞台的位置信息数据，建立虚拟舞台，并将建立好的虚拟舞台输出到显示屏；

初始化模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具驱动机构将灯具移动至初始位置；

目标光斑位置选择模块，用于在虚拟舞台上选择目标光斑位置，并将该目标光斑位置转化为其在实际舞台上的位置信息数据；

灯具选择模块，用于选择所有预调节的灯具并检测所选择的灯具相对光斑位置是否为有效灯具；

灯具旋转控制模块，用于根据目标光斑的位置数据计算各有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，将水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号，并将控制信号发送给灯具驱动机构驱动控制灯具旋转至相应位置及方向；

光斑图像模拟显示模块，用于在虚拟舞台上模拟所有有效灯具投射到目标光斑位置上的光斑图像并将模拟图像输出到显示屏。

参照图3所示，本发明所述的调节舞台灯具的控制系统的控制方法包括以下步骤：

a)建立虚拟舞台，以实际舞台与地面平行的平面为XY平面，以舞台与地面平行平面的横向中心线、纵向中心线分别为XY平面的X轴、Y轴，与XY平面垂直方向为Z轴，建立空间坐标系，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将实际舞台的位置信息按比例K缩放建立虚拟空间直角坐标系形成虚拟舞台，将实际舞台的位置信息、灯具位置信息按比例K缩放转化为其在虚拟舞台上的位置信息，绘制出虚拟舞台图像，并将绘制好的虚拟舞台图像发送到显示屏上，K为大于零的预设常数；

b)初始化灯具位置，通过预设置在灯具控制模块中的软件，驱动灯具驱动机构将各灯具移动至初始位置；所述初始位置即灯具的水平旋转轴与Z轴平行、竖直旋转轴与Y轴平行；灯具中心轴线与水平旋转轴在同一直线上、与竖直旋转轴垂直；

c)获取实际舞台上需光束照射点的位置坐标信息，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将该位置信息转化为虚拟舞台上目标光斑的位置坐标信息并将目标光斑的位置信息反馈给控制系统；

所述目标光斑在虚拟舞台上的位置信息与其在实际舞台上的对应位置的转化关系如下：

(x₃，y₃，z₃)＝k(x₂，y₂，z₂)，其中，k为预设的比例常数，(x₂，y₂，z₂)为目标光斑位置在虚拟舞台上坐标值，(x₃，y₃，z₃)为所求实际舞台上需光束照射点的坐标值；

d)选择灯具，通过预设置在灯具控制模块的软件，选择至少一个灯具，从存储器中读取所选灯具的位置数据，并判断所选灯具对目标光斑位置是否有效，若目标光标位置处于该灯具的有效覆盖区域内，则该灯具有效并选取，否则该灯具无效并忽略；灯具光束的覆盖区域满足以下条件的有效：

ρ∈[z₁*tan(a₁)，z₁*tan(a₂)]；

γ∈(b₁，b₂)；

其中，灯具的旋转中心点距离XY平面的高度为z₁，灯具的竖直旋转角度值α的设置范围(a₁，a₂)，灯具的水平旋转角度值β设置范围(b₁，b₂)；以灯具的旋转中心点(所述旋转中心点在灯具中心轴线上，即灯具中心轴线、水平旋转轴、竖直旋转轴的相交点)在XY平面上的投影为原点，与X轴正方向平行的方向为极轴方向，ρ为该灯具有效覆盖区域在XY平面上的极径范围，γ为该灯具有效覆盖区域在XY平面上的极角范围；

e)、计算有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，具体如下：

灯具的水平旋转角度值α、竖直旋转角度值β分别满足如下条件：

α＝arctan[(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²]^1/2/(z₁-z₂)；

其中，灯具出光孔截面的初始位置的圆心在虚拟舞台上的坐标是(x₁，y₁，z₁)，所述目标光斑位置在虚拟舞台上的位置坐标为(x₂，y₂，z₂)；α为所求的竖直旋转角度值，β为所求的水平旋转角度值；

如图4所示，灯具的竖直旋转角度α为灯具中心轴线与其水平旋转轴之间的夹角，即灯具中心轴线与Z轴之间的夹角；灯具的水平旋转角度β为灯具中心轴线在XY平面上的投影线与X轴正方向之间的夹角，其中，灯具中心轴线的方向即为光束线方向；图4中，A为灯具的旋转中心点，B为目标光斑位置，C为灯具的旋转中心点在XY平面上的投影，AB为灯具中心轴线(光束线)，BC为灯具中心轴线在XY平面上的投影线。

f)根据各有效灯具照射在目标光斑上的光斑形状，在虚拟舞台上模拟绘制所有有效灯具在目标光斑上形成的光斑图像并将其输出到显示屏，让用户直观的感受光束照射的效果；

g)将灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号并向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具旋转至相应的方向及位置，使得灯具所投射的光束照射在目标光斑位置上，达到预定效果。

Claims (7)

1.一种调节舞台灯具的控制系统，其特征在于：包括显示屏、用于控制灯具的灯具控制模块、用于存储灯具参数的存储模块、灯具驱动机构，所述显示屏、存储模块和灯具驱动机构均与灯具控制模块连接，所述灯具驱动机构连接灯具。

2.根据权利要求1所述的调节舞台灯具的控制系统，其特征在于所述灯具控制模块包括：

虚拟舞台建立模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件，根据实际舞台的位置信息数据，建立虚拟舞台，并将建立好的虚拟舞台输出到显示屏；

初始化模块，用于通过预设置在灯具控制模块中的软件向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具驱动机构将灯具移动至初始位置；

目标光斑位置选择模块，用于在虚拟舞台上选择目标光斑位置，并将该目标光斑位置转化为其在实际舞台上的位置信息数据；

灯具选择模块，用于选择所有预调节的灯具并检测所选择的灯具相对光斑位置是否为有效灯具；

灯具旋转控制模块，用于根据目标光斑的位置数据计算各有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，将水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号，并将控制信号发送给灯具驱动机构驱动控制灯具旋转至相应位置及方向。

3.根据权利要求2所述的可视化调节舞台灯具的控制系统，其特征在于所述灯具控制模块还包括用于在虚拟舞台上模拟所有有效灯具投射到目标光斑位置上的光斑图像并将模拟图像输出到显示屏的光斑图像模拟显示模块。

4.根据权利要求1所述的可视化调节舞台灯具的控制系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏。

5.根据权利要求1所述的可视化调节舞台灯具切光片的控制系统，其特征在于：所述灯具驱动机构为步进电机。

6.一种控制权利要求1-5所述任一舞台灯具控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

a)建立虚拟舞台，以实际舞台与地面平行的平面为XY平面，以舞台与地面平行平面的横向中心线、纵向中心线分别为XY平面的X轴、Y轴，与XY平面垂直方向为Z轴，建立空间坐标系，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将实际舞台的位置信息按比例K缩放建立虚拟空间直角坐标系形成虚拟舞台，将实际舞台的位置信息、灯具位置信息按比例K缩放转化为其在虚拟舞台上的位置信息，绘制出虚拟舞台图像，并将绘制好的虚拟舞台图像发送到显示屏上，K为大于零的预设常数；

b)初始化灯具位置，通过预设置在灯具控制模块中的软件，驱动灯具驱动机构将各灯具移动至初始位置；

c)获取实际舞台上需光束照射点的位置坐标信息，通过预设置在灯具控制模块中的软件，将该位置信息转化为虚拟舞台上目标光斑的位置坐标信息并将目标光斑的位置信息反馈给控制系统；

d)选择灯具，通过预设置在灯具控制模块的软件，选择至少一个灯具，从存储器中读取所选灯具的位置数据，并判断所选灯具对目标光斑位置是否有效，若目标光标位置处于该灯具的有效覆盖区域内，则该灯具有效并选取，否则该灯具无效并忽略；灯具光束的覆盖区域满足以下条件的有效：

ρ∈[z₁*tan(a₁)，z₁*tan(a₂)]；

γ∈(b₁，b₂)；

其中，灯具的旋转中心点距离XY平面的高度为z₁，灯具的竖直旋转角度值α的设置范围(a₁，a₂)，灯具的水平旋转角度值β设置范围(b₁，b₂)，ρ为该灯具有效覆盖区域的极径范围，γ为该灯具有效覆盖区域的极角范围；

e)、计算有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，具体如下：

灯具的水平旋转角度值α、竖直旋转角度值β分别满足如下条件：

α＝arctan[(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²]^1/2/(z₁-z₂)；

其中，灯具出光孔截面的初始位置的圆心在虚拟舞台上的坐标是(x₁，y₁，z₁)，所述目标光斑位置在虚拟舞台上的位置坐标为(x₂，y₂，z₂)；α为所求的竖直旋转角度值，β为所求的水平旋转角度值；

f)、将灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值转化为控制信号并向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具旋转至相应的方向及位置。

7.根据权利要求6所述的舞台灯具的控制方法，其特征在于还包括以下步骤：在执行步骤f前，根据各有效灯具照射在目标光斑上的光斑形状，在虚拟舞台上模拟绘制所有有效灯具在目标光斑上形成的光斑图像并将其输出到显示屏。

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