CN110992486A - 基于vr技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，系统包括：基于VR的三维地形生成模块、参数预设模块、基于VR的三维仿真处理模块、操作角色设定模块、基于VR的仿真拍摄模块、基于VR的海洋设备操控及位置同步模块以及参数记录模块；拍摄方法：建立海底地形模型；构建仿真海洋环境；建立地形沙盘；交互操作；仿真拍摄；参数记录模块将海洋设备的运动位置参数、灯光参数以及云台参数实时记录并储存。虚拟摄像机对仿真海洋环境进行实时拍摄将其投射到虚拟屏幕上；参数记录模块记录海洋设备、灯光、云台及摄像机切换画面和最终拍摄画面数据。本发明提供多人VR交互环境，用户可协作从而让模拟拍摄更加直观同时提高了拍摄方案形成效率。

Description

基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法

技术领域

本发明涉及摄影机运动控制虚拟仿真技术领域，尤其是一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法。

背景技术

电影虚拟化制作是指在电影拍摄计划阶段，使用动画建模软件搭建虚拟场景，配合运动捕获系统将跟踪的摄像机数据与虚拟场景中的虚拟摄影机进行绑定。电影创作人员就能在这个阶段使用一些交互设备进行更加直观的、可视化的拍摄来实现他们的想法，方便影视剧正式开机前做拍摄方案的推演。

目前的电影虚拟化制作方法，通常需要在现实场景中建立真实拍摄场景，通过摄像机的光学追踪以及虚拟场景中的虚拟摄像机联动等技术实现虚拟拍摄，此方法对于水下的例如海洋中的拍摄方案的推演有很大局限性，例如海洋设备在水下坐底的位置、移动轨迹、灯光、摄像机的操作方式，这些因素对海洋拍摄效果的影响很大，所以以往的虚拟化制作方案只单独考虑拍摄手法本身，在水下拍摄方案推演的实施过程中有很大的局限性。

发明内容

本申请人针对上述现有技术中的缺点，提供一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，通过全流程的高拟真模拟，让深海拍摄工作人员针对不同海洋设备的下潜情况，进行拍摄方案推演，并最终输出推演和仿真拍摄数据，辅助深海拍摄的工作人员形成最终的拍摄方案。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，所述拍摄系统包括：基于VR的三维地形生成模块、参数预设模块、基于VR的三维仿真处理模块、操作角色设定模块、基于VR的仿真拍摄模块、基于VR的海洋设备操控及位置同步模块以及参数记录模块；

所述拍摄方法为：

建立海底地形模型：利用基于VR的三维地形生成模块，将用户输入的地形点云数据自动建立海底地形模型；

构建仿真海洋环境：利用基于VR的三维仿真处理模块，在海底地形模型上生成海洋流体环境、海洋设备、虚拟屏幕以及VR交互道具；所述海洋设备上设置灯光、通过云台搭载的虚拟摄像机；

将仿真海洋环境的局部通过地形沙盘进行显示，通过与地形沙盘进行交互，显示全部仿真海洋环境；

交互操作：

通过操作角色设定模块，设定多个交互角色，其中一个角色在地形沙盘上规划每个海洋设备的行走路径，其余角色分别操控各个海洋设备，按照规划好的路径移动，并控制灯光开闭、云台旋转；

基于VR的海洋设备操控及位置同步模块，让角色使用外部输入设备操控海洋设备移动、设备上灯光开关以及云台转动，并将地形沙盘上的海洋设备和仿真海洋环境中的海洋设备的位置状态进行同步；每个角色使用的客户端会先捕获各自操控的海洋设备的位置坐标、灯光开关信息、云台旋转坐标，然后上传到服务器，再由服务器将这些位置分发到其他的客户端，保证每个客户端中海洋设备的位置、灯光开关信息、云台旋转信息同步对应；

仿真拍摄：利用仿真拍摄模块，使海洋设备上搭载的虚拟摄像机将全流程中的拍摄画面实时显示，同时参数记录模块将海洋设备的运动轨迹参数、灯光参数以及云台参数实时记录并储存。

所述海洋设备的初始投放位置，根据预设的坐底坐标误差值确定；每个海洋设备上搭载的虚拟摄像机，在系统的虚拟屏幕上分别输出视频画面，其中一个角色对各个虚拟摄像机的拍摄内容进行剪辑，将全流程拍摄视频实时显示并记录，并输出最终的拍摄画面。

虚拟摄像机对仿真海洋环境进行实时拍摄，然后将拍摄内容存成过程文件，系统读取所述过程文件，将其再转化为视频画面实时显示在系统的虚拟屏幕上；参数记录模块同时记录海洋设备移动路径数据、每个海洋设备何时开关了何种灯光数据、每个海洋设备何时切换了何摄像机画面数据、每个海洋设备何时将云台转动了多少度数据以及最终模拟拍摄的视频数据。

所述点云数据是由经度、纬度、高度组成且以网格或棋盘状排列的数据包，所述基于VR的三维地形生成模块，将点云数据组织成内存中的顶点数据结构，将相邻的顶点生成三角形，利用所述三角形组成三维的所述海底地形模型。

所述参数记录模块，根据海底地形模型和系统的空间原点的重合点，捕获各个海洋设备在系统中的坐标。

参数记录模块将参数数据记录并以文本格式输出。

本发明的有益效果如下：

本发明的水下仿真拍摄系统提供多人VR交互环境，用户可互相协作从而让模拟拍摄更加直观同时提高了拍摄方案形成效率。

系统中所用到的地形为真实地形数据还原，保证海底地形特征和海洋设备位置数据的准确性。系统中高度模拟海洋流体环境，更真实的还原实际水下拍摄的效果。

系统会输出海洋设备移动路径的经纬度数据、何时切换了何摄像机的数据、拍摄模拟的最终画面。用这些数据帮助深海拍摄的工作人员形成最终方案。

帮助深海拍摄人员节省时间、财力、物力成本的同时提高拍摄效果。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，所述拍摄系统包括：基于VR的三维地形生成模块、参数预设模块、基于VR的三维仿真处理模块、操作角色设定模块、基于VR的仿真拍摄模块、基于VR的海洋设备操控及位置同步模块以及参数记录模块；

所述拍摄方法为：

建立海底地形模型：利用基于VR的三维地形生成模块，将用户输入的地形点云数据自动建立海底地形模型；

构建仿真海洋环境：利用基于VR的三维仿真处理模块，在海底地形模型上生成海洋流体环境、海洋设备、虚拟屏幕以及VR交互道具；所述海洋设备上设置灯光、通过云台搭载的虚拟摄像机；

生成地形沙盘：将仿真海洋环境的局部通过地形沙盘进行显示，通过拖动地形沙盘可显示全部仿真海洋环境。

交互操作：

通过操作角色设定模块，设定多个交互角色，其中一个角色在地形沙盘上规划每个海洋设备的行走路径，其余角色分别操控各个海洋设备，按照规划好的路径移动，并控制灯光开闭、云台旋转；

基于VR的海洋设备操控及位置同步模块，让角色使用外部输入设备操控海洋设备移动、设备上灯光开关以及云台转动，并将地形沙盘上的海洋设备和仿真海洋环境中的海洋设备的位置状态进行同步；每个角色使用的客户端会先捕获各自操控的海洋设备的位置坐标、灯光开关信息、云台旋转坐标，然后上传到服务器，再由服务器将这些位置分发到其他的客户端，保证每个客户端中海洋设备的位置、灯光开关信息、云台旋转信息同步对应；

仿真拍摄：利用仿真拍摄模块，虚拟摄像机对海洋仿真环境进行拍摄，并将全流程的拍摄画面实时显示，同时参数记录模块将海洋设备的运动轨迹参数、灯光参数以及云台参数实时记录并储存。

所述海洋设备的初始投放位置，根据预设的坐底坐标误差值确定；每个海洋设备上搭载的虚拟摄像机，在系统的虚拟屏幕上分别输出视频画面，其中一个角色对各个虚拟摄像机的拍摄内容进行剪辑，将全流程拍摄视频实时显示并记录，并输出最终的拍摄画面。

虚拟摄像机对仿真海洋环境进行实时拍摄，然后将拍摄内容存成过程文件，系统读取所述过程文件，将其再转化为视频画面实时显示在系统的虚拟屏幕上；参数记录模块同时记录海洋设备移动路径数据、每个海洋设备何时开关了何种灯光数据、每个海洋设备何时切换了何摄像机画面数据、每个海洋设备何时将云台转动了多少度数据以及最终模拟拍摄的视频数据。

所述点云数据是由经度、纬度、高度组成且以网格或棋盘状排列的数据包，所述基于VR的三维地形生成模块，将点云数据组织成内存中的顶点数据结构，将相邻的顶点生成三角形，利用所述三角形组成三维的所述海底地形模型。

所述参数记录模块，根据海底地形模型和系统的空间原点的重合点，捕获各个海洋设备在系统中的坐标。

参数记录模块将参数数据记录并以文本格式输出。

本发明系统的工作过程如下：

在使用系统之前，先要在规定格式的配置文件中填写所选预演区域中心的经纬度坐标，海洋设备坐底的误差值。

系统中预设了两类操作角色，在使用系统前可选择扮演何种角色。

系统启动几名体验者带上VR头显后，出现在同一VR虚拟场景当中(预演实验室)，场景中自动生成一个地形沙盘。

地形沙盘是基于真实地形数据还原且按固定比例缩小呈现在场景当中的。

地形沙盘的中心就是在使用系统前配置文件中填写的选择演练范围的经纬度坐标。

海底环境中的海洋设备上具有摄像机、灯组、云台，其上的这些设备都可以操控并且虚拟摄像机会实时仿真拍摄。

沙盘后方的巨幕上有3个画面分别显示三个海洋设备上虚拟摄像机实时拍摄的画面，1个画面显示预演视频输出的最终视频。

沙盘上几个海洋设备已经坐底，坐底的位置是根据配置文件中填写的误差值范围来随机坐底的。

在这时操作角色中的“指挥者”可以通过交互道具(例如手柄射线)在地形沙盘上做标记来达到规划路径的目的。

或者通过点击场景中巨幕上的画面来切换摄像机机位。操作角色中的潜器“操纵者”也可以随意操控潜器的移动，此时潜器移动数据不会被记录，摄像机切换数据也不会被记录。在此环节几名体验者可随意实验或熟悉操作。

在所有参与预演的体验者都准备好时，“指挥者”可使用手柄射线点击巨幕上的“开始”按键来开始路径设计环节。

当开始路径设计环节时“指挥者”便不能再向沙盘上放置标记点了，潜器移动时后方会留下路径。潜器移动轨迹的数据也会被记录。这个时候“指挥者”还可以随意切换摄像机机位，但是这个数据不会被记录。

当参与预演的“操纵者”对他们在此环节设计的路径是满意时，“指挥者”可以通过点击巨幕上的结束按钮来结束此环节。当结束此环节后地形沙盘上的潜器便不能被操控，并且会按照刚刚设计的路径自动移动。

在路径设计结束后，操控者可以选择退出系统或继续进行视频流的设计。若“操纵者”选择退出系统，那么系统会自动将已经设计出的路径数据保存成文件。“操纵者”下次预演时如想在此路径的基础再进行视频流的设计，那么将之前保存出的路径文件放入指定文件夹下系统就会自动加载那次的路径并在沙盘上还原出。

若“操纵者”在此基础上继续进行视频流的设计，那么需要“指挥者”使用手柄射线点击巨幕上的“视频流设计开始”按钮即可开始视频流设计环节。

在视频流设计环节中沙盘上的潜器不能再被操控，每个能动的潜器都会按照路径设计环节中设计的路径来自动移动。在此环节“指挥者”切换摄像机机位的数据会被记录(何时切换了何摄像机)并以可视化的形式展现在巨幕上，让预演人员清晰直观的看到机位切换的节奏。

当参与预演的工作人员对视频流设计已经满意，那么“指挥者”可以通过交互道具(例如手柄射线)点击巨幕上预演结束的按钮来结束视频流设计环节也就是整个仿真拍摄以及拍摄方案推演的流程。

工作过程中，系统记录的数据有：海洋设备移动路径数据(经纬高)、每个海洋设备何时开关了何种灯光数据、每个海洋设备何时切换了何摄像机画面数据、每个海洋设备何时将云台转动了多少度数据以及最终模拟拍摄的视频数据。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：

所述拍摄系统包括：基于VR的三维地形生成模块、参数预设模块、基于VR的三维仿真处理模块、操作角色设定模块、基于VR的仿真拍摄模块、基于VR的海洋设备操控及位置同步模块以及参数记录模块；

所述拍摄方法为：

建立海底地形模型：利用基于VR的三维地形生成模块，将用户输入的地形点云数据自动建立海底地形模型；

构建仿真海洋环境：利用基于VR的三维仿真处理模块，在海底地形模型上生成海洋流体环境、海洋设备、虚拟屏幕以及VR交互道具；所述海洋设备上设置灯光、通过云台搭载的虚拟摄像机；

生成地形沙盘：将仿真海洋环境的局部通过地形沙盘进行显示，通过与地形沙盘进行交互，显示全部仿真海洋环境；

交互操作：

通过操作角色设定模块，设定多个交互角色，其中一个角色在地形沙盘上规划每个海洋设备的行走路径，其余角色分别操控各个海洋设备，按照规划好的路径移动，并控制灯光开闭、云台旋转；

基于VR的海洋设备操控及位置同步模块，让角色使用外部输入设备操控海洋设备移动、设备上灯光开关以及云台转动，并将地形沙盘上的海洋设备和仿真海洋环境中的海洋设备的位置状态进行同步；每个角色使用的客户端会先捕获各自操控的海洋设备的位置坐标、灯光开关信息、云台旋转坐标，然后上传到服务器，再由服务器将这些位置分发到其他的客户端，保证每个客户端中海洋设备的位置、灯光开关信息、云台旋转信息同步对应；

仿真拍摄：利用基于VR的仿真拍摄模块，利用虚拟摄像机进行仿真拍摄，将全流程中的拍摄画面进行实时显示，同时参数记录模块将海洋设备的运动轨迹参数、灯光参数以及云台参数实时记录并储存。

2.如权利要求1所述的基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：所述海洋设备的初始投放位置，根据预设的坐底坐标误差值确定；每个海洋设备上搭载的虚拟摄像机，在系统的虚拟屏幕上分别输出视频画面，其中一个角色对各个虚拟摄像机的拍摄内容进行剪辑，系统将全流程拍摄视频实时显示并记录，并输出最终的拍摄画面。

3.如权利要求2所述的基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：虚拟摄像机对仿真海洋环境进行实时拍摄，然后将拍摄内容存成过程文件，系统读取所述过程文件，将其再转化为视频画面实时显示在系统的虚拟屏幕上；参数记录模块同时记录海洋设备移动路径数据、每个海洋设备开关灯光的数据、每个海洋设备切换了摄像机画面的数据、每个海洋设备的云台转动数据以及最终模拟拍摄的视频数据。

4.如权利要求1所述的基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：所述点云数据是由经度、纬度、高度组成且以网格或棋盘状排列的数据包，所述基于VR的三维地形生成模块，将点云数据组织成内存中的顶点数据结构，将相邻的顶点生成三角形，利用所述三角形组成三维的所述海底地形模型。

5.如权利要求1所述的基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：所述参数记录模块，根据海底地形模型和系统的空间原点的重合点，捕获各个海洋设备在系统中的坐标。

6.如权利要求5所述的基于VR技术的水下仿真拍摄系统的拍摄方法，其特征在于：参数记录模块将参数数据记录并以文本格式输出。