CN104769543B - 用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法和系统以及计算机可读记录介质 - Google Patents

用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法和系统以及计算机可读记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法和系统以及一种计算机可读记录介质。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的系统，包括：用户接口模块，用于提供用于接收对所述虚拟相机的控制数据的用户接口；以及相机控制模块，用于建立所述虚拟相机的运动面，并用于根据所述控制数据控制所述虚拟相机的属性，其中，所述属性包括所述虚拟相机的位置、视野、虚拟场以及运动轨迹中的至少一些，其中，所述位置被限制在所述运动面或其附近区域。

Description

用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法和系统以及计算 机可读记录介质
技术领域
本发明涉及一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法和系统，以及计算机可读记录介质。
背景技术
最近，即使在数字设备(例如，个人电脑或移动终端设备)的二维(2D)屏幕上，对于可以以三维(3D)表示的内容的需求不断增长。后文中，为简便起见，这些内容被称为“三维内容”。三维内容的一个好的例子是来自ANIPEN公司的由三维动画著作程序创作的三维动画。
发明人已经在PCT国际公开文本NO.WO 2011/149160(其内容在此通过参考而被看作并入本发明)中公开了涉及新的三维动画创作方法等的发明，从而用户可以仅使用相对简单的工具或接口来创作三维内容。在此发明或在假定的虚拟三维空间内执行视觉表现的其他发明中控制在虚拟三维空间中的虚拟相机是至关重要的。
关于这一点，发明人在此提出一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的新技术。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于解决现有技术中的所有上述问题。
本发明的另一个目的在于允许用户在虚拟三维空间中容易控制虚拟相机。
本发明的又一个目的在于即使用二维用户接口也允许用户在虚拟三维空间中充分地控制虚拟相机。
解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的代表性的构成如下。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的系统，包括：用户接口模块，用于提供用于接收对所述虚拟相机的控制数据的用户接口；以及相机控制模块，用于建立所述虚拟相机的运动面，并用于根据所述控制数据控制所述虚拟相机的属性，其中，所述属性包括所述虚拟相机的位置、视线、视野以及运动轨迹中的至少一些，所述位置被限制在所述运动面上或其附近区域。
此外，还提供了用于实现本发明的其他方法和系统，以及计算机可读记录介质，其上存储有用于执行这些方法的计算机程序。
有益效果
根据本发明，用户可以容易在虚拟三维空间中控制虚拟相机。
根据本发明，即使使用二维用户接口，用户也可以充分地在虚拟三维空间中控制虚拟相机。
附图说明
图1为示出根据本发明的一个实施例的用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的整个系统的构成的示意图；
图2和图3示意性示出根据本发明的一个实施例的用户接口；
图4为根据本发明的一个实施例的虚拟相机的手势运动面的概念图；
图5为根据本发明的一个实施例的，当存在用于三维内容对象的特定路径时的虚拟相机的运动面的概念图；
图6为根据本发明的一个实施例的，当三维内容对象不在地面上时的虚拟相机的运动面的概念图。
<附图标记>
100：用户接口模块
200：相机控制模块
具体实施方式
后述的本发明的详细描述参考了通过可实施本发明的特定实施例作为示例而图示的附图。以足够详细的方式描述这些实施例以使得本领域技术人员可实践本发明。应当理解的是，本发明的各种实施例，尽管彼此不同，但并非彼此排斥。例如，就本发明中描述的特定形状、结构和特征而言，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以由一个实施例到另一个实施例的修改来实现。此外，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，也可以修改在每个实施例中的单个元素的位置或布置。因此，以下的详细描述并非是限制性的，并且将本发明的范围看作包括所附权利要求的范围和与其等同的所有范围。在附图中，相同的附图标记是指经过多个方面的相同或相似的元素。
后文中，将参考所附附图详细地描述本发明的各种优选实施例，以使得本领域技术人员容易实现本发明。
[本发明的优选的实施例]
整个系统的构成
图1为示出根据本发明的一个实施例的用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的整个系统的构成的示意图。
如图所示，根据本发明的一个实施例的用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的系统可以包括用户接口模块100和相机控制模块200。虚拟相机控制系统可以在一个操作单元中集中地实现，或在两个或多个操作单元中分布地实现。例如，虚拟相机控制系统的所有模块可以包括在通常需要使用并控制虚拟相机的用户终端设备(未示出)(例如，台式电脑、笔记本电脑、工作站、个人数字助手(PDA)、网络平板(特别地，智能平板)、移动电话(特别是智能电话)等)中。然而，这些模块中的一些可以包括在除了用户终端设备的可与用户终端设备通信的数字设备(未示出)(例如，提供三维内容的服务器)中。
无论如何，用户接口模块100和相机控制模块200可以通过通信网络(未示出)或处理器(未示出)来相互通信。在前一种情况下，不管通信模式(如，有线和无线通信)如何，通信网络可被实现，且可以由多种通信网络(如，局域网(LAN)、城域网(MAN)以及广域网(WAN))来构建。优选地，本发明中所描述的通信网络可以是因特网或万维网(WWW)。然而，通信网络并非必须限于此，且可以至少部分包括已知的有线或无线数据通信网络、已知的电话网络或已知的有线或无线电视网络。在后一种情况下，处理器可以控制在设备中的上述模块之间提供或交换的数据流。
另一方面，用户接口模块100和相机控制模块200可以以操作系统、应用程序模块或其他程序模块的形式包括在虚拟相机控制系统中，它们可以物理存储在多种已知的存储设备中。另一方面，这些程序模块可以包括，但不限于，用于依照本发明如下的描述来执行特定任务或执行特定抽象数据类型的例行程序、子程序、程序、对象、组件、数据结构等。
用户接口模块100可以用于提供用户接口，所述用户接口允许用户通过用户的终端设备来控制用于在虚拟三维空间中摄像三维内容(如，三维动画)的虚拟相机。也就是说，用户接口模块100可以允许用户只利用最便利的操作模式(例如，通过在智能平板的屏幕上触摸输入路径、通过触摸识别对象、输入勾画(sketch)的手势等)控制虚拟相机的位置、视线、视野、运动轨迹等等。以下将更详细地论述用户接口模块100的特定构成和功能。
另一方面，相机控制模块200可以用于根据用户通过用户接口方式输入的数据控制虚拟相机的位置、视线、视野、运动轨迹等。虚拟相机的可控属性的示例可以如下所示：
位置：如可以以P(x,y,z)来表示的虚拟相机的位置；
视线向量：表示虚拟相机的视线或虚拟相机的视野的中心线的向量；
方向向量：表示虚拟相机的摄像单元在侧伏向(pitch direction)、偏航向(yawdirection)和/或压延方向(roll direction)上的倾斜程度的向量；以及
视野角度：表示虚拟相机可以执行摄像的视野的角度，可以有纵向视野角度和横向视野角度。
以下还将更详细地论述相机控制模块200的特定构成和功能。
用户接口和虚拟相机的控制
以下将论述可由用户接口模块100提供的用户接口，以及通过用户接口可被执行的虚拟相机的控制。在本实施例中，优选地，用户接口可以为窗口部件(widget)形式。
图2和图3示意性地示出根据本发明的一个实施例的用户接口。
如图2详细地所示，用户接口构成如下，即可以以图形或硬件的形式被提供给用户，且可以允许用户发布如下所示的控制命令(即，输入控制数据)：
折叠/展开(Fold up/out)：折叠或展开用户接口本身；
放大/缩小(Zoom in/out)：放大/缩小虚拟相机；
上/下倾斜(Tilt up/down)：上/下倾斜虚拟相机；
左/右平移(Pan left/right)：向左/右平移虚拟相机；
视锥体开/关(Frustum view on/off)：打开或关闭视锥体；以及
对焦锁定/解锁(Focus lock/unlock)：将虚拟相机对焦然后锁定或解锁该对焦(例如，将虚拟相机聚焦于动画对象(如，角色)或动画的地面的特定部分上，然后锁定相机或解锁对焦)。
另一方面，通过可以包括在用户接口内的对焦窗口，用户可以从虚拟相机摄像的部分中选择特定的被对焦的部分。因此，虚拟相机可以执行对焦。
进一步地，通过还可以包括在用户接口内的预展示窗口，用户可以实时地检查虚拟相机摄像的景象。
此外，通过还可以包括在用户接口内的手势窗口，用户可以以勾画等方式(用于勾画的工具可以是手指、电子笔、触摸笔等)输入手势，用以输入已与用户接口模块100中的手势相匹配的用于虚拟相机的控制数据，或用以通过画图的方式调整控制数据的各种加权值(与上述有关，进一步参考图3)。
尽管以上已经描述了用户接口的各种窗口，对于本领域技术人员显而易见的是，这些窗口中的至少一些可被用户终端设备的屏幕替代。
根据用户使用用户接口控制的结果，必要时，可以连续地确定属性(如，虚拟相机的位置、视线以及视野)的值。虚拟相机的确定的属性值可以用于构成虚拟相机的运动序列。
在构成运动序列的虚拟相机的每组属性值的集合之间，通过插值可以进一步确定虚拟相机的附加的属性值。即，允许用户根据时间流逝实质上连续地确定虚拟相机的属性值。此后，必要时，用户可以使用用户接口的预展示窗口实时地检查由虚拟相机摄像的景象，然后通过手势窗口以勾画的方式输入手势以进一步执行对虚拟相机的控制(作为补偿)或调整虚拟相机的属性值。
上述的用户界面可以对应于如下所述的相机运动面、虚拟三维空间内的三维内容的地面或其他位置来放置并显示。
另一方面，当用户通过用户接口完成了对虚拟相机的控制数据的输入时，相机控制模块200可以接收控制数据或借此确定的虚拟相机的属性值，以控制虚拟相机。
虚拟相机的运动面
后文中，将论述本发明的特有的虚拟相机的运动面的使用。
在现有技术中，用户每一次都需要确定虚拟相机的位置、运动轨迹等。这对用户，尤其是在二维屏幕上执行控制的用户来说是非常繁琐的。因此，本发明提议无需用户的复杂操作即可适当地限制并确定虚拟相机的位置、运动轨迹等的虚拟相机的运动面的建立和使用。
图4为根据本发明的一个实施例的虚拟相机的通用运动面的概念图。
如图所示，相机控制模块200可以限制虚拟相机的位置，最普遍地，是将其限制在以由虚拟相机摄像的三维内容对象的位置为中心的虚拟球面上或其附近区域。术语“附近区域”在此处及后文中意在虚拟相机位置的参照面是球面，但还包括通过虚拟相机根据情况执行的动作的震动等导致的虚拟相机的位置未被准确地定位在上述球面的情况。此处，虚拟球体的大小可以根据用户通过用户接口输入的控制数据来改变。以下，为简便起见，将如上的限制性地实现虚拟相机的运动的球面等称为虚拟相机的运动面。
当然，在本实施例中，除了球体之外的任意可定义的几何形状也可用作限制虚拟相机的位置的形状。例如，此形状可以是椭圆、圆锥形、圆柱形、多锥形、多面棱柱形、多面体等等。
图5是根据本发明的一个实施例的，当存在用于三维内容对象的特定路径时的虚拟相机的运动面的概念图。
如图所示，如果在关于三维内容对象的地面上存在特定路径，相机控制模块200可以将虚拟相机的位置限制在从特定路径以确定角度(例如，垂直地)向上延伸的虚拟运动面上或其附近区域。上述路径可以是运动的三维内容对象的地面上的与地面上的三维内容对象的运动路径以固定距离相隔的路径(当三维内容对象的运动被确定时，这样的路径可以被自动地确定，且该固定距离可以根据用户通过用户接口输入的控制数据来改变)，或可以是用户以勾画的方式在用户接口的手势窗口或用户终端设备的屏幕上输入的任意路径。在后一种情况下，输入的勾画路径可以是被投影于三维内容的地面上的近似(均匀三次B样条)的路径。
另一方面，当使用用户接口在如上的运动面上观察虚拟相机摄像的景象时，用户可以以勾画等的方式修改虚拟相机在地面上的路径。在这种情况下，当然也可以分别地改变虚拟相机的其他属性值。
图6是根据本发明的一个实施例的，当三维内容对象不在地面上时的虚拟相机的运动面的概念图。
如图所示，可能存在三维内容对象不在地面上而被提升至地面之上的情况。在这种情况下，相机控制模块200可以将虚拟相机的位置限制在以提升的位置为中心的虚拟球体的表面上或其附近区域。当用户通过用户接口指定待被虚拟相机摄像的三维内容对象时，可以执行此限制，或当用户在用户接口的手势窗口上选择地面上的任意部分时，也可以执行此限制。该选择，如图所示，可以以从三维内容对象的位置为起点的勾画的方式进行。
另一方面，当使用用户接口在如上的运动面上观察虚拟相机摄像的景象时，用户可以修改限制虚拟相机的运动的球面的中心。在这种情况下，当然也可以分别地改变虚拟相机的其他属性值。
此处，虚拟相机的运动面、用于确定运动面的地面上的路径、作为球面的运动面的中心等可以以文件的形式存储并被再次使用。
另一方面，在本实施例中，除了球体之外的可定义的各种几何形状也可用作限制虚拟相机的位置的形状。
上述的根据本发明的本实施例可以以可以通过各种计算机组件执行的程序指令形式来实现，从而可以被存储在计算机可读记录介质上。计算机可读记录介质可以单独地或组合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。存储在计算机可读记录介质上的程序指令可以是为本发明专门设计并构成的程序指令，也可以是计算机软件领域的技术人员公知的且可获得的程序指令。计算机可读记录介质的示例包括专门用于存储和执行程序指令的硬件设备，诸如磁介质(如硬盘、软盘和磁带)、光记录介质(如光盘只读存储器(CD-ROM)和数字视频光盘)、磁-光介质(如软光盘)以及只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和闪存。程序指令的示例不只包括由编译器等创建的机器语言代码还包括使用解译器等可由计算机执行的高级语言代码。上述硬件设备可以改变为一个或多个软件模块以执行本发明的过程，反之亦然。
尽管根据如详细的要素的特定事项以及限制的实施例和附图来说明了本发明，但它们只用于帮助更普遍地理解本发明，且本发明并不限于上述实施例。本领域技术人员应当理解的是，从以上描述可以对本发明作出的各种修改或改变。
因此，本发明的精神不应被限于上述实施例，且所附权利要求及与其等同的整个范围将落入本发明的范围和精神内。

Claims (13)

1.一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的系统，包括：
用户接口模块，用于提供用于接收对所述虚拟相机的控制数据的用户接口；以及
相机控制模块，用于根据所述控制数据建立所述虚拟相机的运动面，并用于根据所述控制数据控制所述虚拟相机的属性，其中，所述属性包括所述虚拟相机的位置、视线、视野以及运动轨迹中的至少一些，且所述位置被限制在所述运动面上或其附近区域，
其中，基于通过所述虚拟相机观察到的三维内容的地面上的、由所述控制数据特定的部分的位置建立所述运动面，
所述用户接口包括预展示窗口，所述预展示窗口使得用户实时地检查由虚拟相机摄像的景象且根据所述景象调整所述虚拟相机的属性值，
所述用户接口包括对焦窗口，所述对焦窗口使得用户从由所述虚拟相机摄像的景象中选择特定的被对焦的部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户接口包括用于接收手势的手势窗口。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述用户接口模块能够匹配用于所述虚拟相机的所述控制数据和通过所述手势窗口接收到的所述手势。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，基于用于通过所述虚拟相机观察到的三维内容对象的路径建立所述运动面。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，用于所述三维内容对象的所述路径是所述三维内容对象的运动路径。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，用于所述三维内容对象的所述路径是从用户接收的、然后被投影到所述三维内容的地面上的路径。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，基于通过所述虚拟相机观察到的特定的三维内容对象的位置建立所述运动面。
8.一种用于在虚拟三维空间中控制虚拟相机的方法，包括步骤：
通过用户接口接收对所述虚拟相机的控制数据；以及
根据所述控制数据建立所述虚拟相机的运动面，并根据所述控制数据控制所述虚拟相机的属性，其中，所述属性包括所述虚拟相机的位置、视线、视野以及运动轨迹中的至少一些，且所述位置被限制在所述运动面上或其附近区域，
其中，基于通过所述虚拟相机观察到的三维内容的地面上的、由所述控制数据特定的部分的位置建立所述运动面，
所述用户接口包括预展示窗口，所述预展示窗口使得用户实时地检查由虚拟相机摄像的景象且根据所述景象调整所述虚拟相机的属性值，
所述用户接口包括对焦窗口，所述对焦窗口使得用户从由所述虚拟相机摄像的景象中选择特定的被对焦的部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，基于用于通过所述虚拟相机观察到的三维内容对象的路径建立所述运动面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，用于所述三维内容对象的所述路径是所述三维内容对象的运动路径。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，用于所述三维内容对象的所述路径是从用户接收的、然后被投影到所述三维内容的地面上的路径。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，基于通过所述虚拟相机观察到的特定的三维内容对象的位置建立所述运动面。
13.一种计算机可读记录介质，其中存储有用于执行权利要求8所述的方法的计算机程序。
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