CN111476876B - 一种三维影像渲染方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种三维影像渲染方法、装置、设备及可读存储介质，首先建立真实空间坐标系，由于虚拟空间的坐标系预先与拍摄空间的坐标系绑定，所以可以依据拍摄空间中的标记点的图像信息，确定标记点在预设的虚拟空间中的坐标值。其中，标记点为拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和拍摄空间中的摄像机上预设的标记点。进一步，依据标记点在虚拟空间中的坐标值，确定透视面片的显示参数，并基于透视面片的显示参数以及透视面片的尺寸参数，渲染生成用于屏幕显示的三维影像。综上，本方法以真实空间坐标系为绝对坐标系，可以实时计算透视点坐标值以及视点坐标值，实时匹配在视点与透视点处于不同的距离和角度时的三维画面。
Description
技术领域
本申请涉及影像处理技术领域，更具体地说，涉及一种三维影像渲染方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
目前，AR(增强现实，AugmentedReality)和VR(虚拟现实，VirtualReality)行业不断创新发展。空间定位技术为虚拟世界与真实空间提供了一个连接的桥梁和框架，在现有的虚拟现实系统中，用于显示三维影像的屏幕作为固定的位置参数，系统只需要计算摄像机的相对屏幕的位置坐标即可计算出屏幕空间内三维虚拟空间的渲染参数，并基于渲染参数生成渲染后的三维影像。
可见，在现有的虚拟现实系统中，不支持在屏幕与摄像机同时运动的情况下，实时的计算渲染参数。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种三维影像渲染方法、装置、设备及可读存储介质，如下：
一种三维影像渲染方法，包括：
建立真实空间坐标系，所述真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系；
依据所述拍摄空间中的标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值；其中，所述标记点包括所述拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和所述拍摄空间中的摄像机上预设的标记点，所述虚拟空间的坐标系预先与所述真实空间坐标系绑定；
依据所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值，确定透视面片的显示参数；
基于所述透视面片的显示参数以及所述透视面片的尺寸参数，渲染生成用于所述屏幕显示的三维影像。
可选地，建立真实空间坐标系，包括：
获取校准标记点的图像信息，所述校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点；
依据所述校准标记点的图像信息以及所述校准标记点的尺寸信息，计算扫场数据，所述扫场数据包括所述校准标记点的在所述拍摄空间中的平移距离以及在所述拍摄空间中的平移方向；
基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系。
可选地，基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系，包括：
依据所述扫场数据确定所述真实空间坐标系的坐标轴的单位长度；
以所述预设的基准点为所述真实空间坐标系的坐标原点；以预设的第一方向为所述真实空间坐标系的x轴、预设的第二方向为所述真实空间坐标系的y轴、预设的第三方向为所述真实空间坐标系的z轴；以所述虚拟空间的坐标系的尺度单位为所述真实空间坐标系的尺度单位，建立所述真实空间坐标系。
可选地，将所述虚拟空间的坐标系与所述真实空间坐标系绑定的过程，包括：
将所述虚拟空间的坐标系的x轴与所述真实空间坐标系的x轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的y轴与所述真实空间坐标系的y轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的z轴与所述真实空间坐标系的z轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标原点与所述真实空间坐标系的坐标原点绑定。
可选地，依据标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值，包括：
获取所述标记点的图像信息；
依据所述标记点的图像信息，计算所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值；
依据所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值。
一种三维影像渲染装置，包括：
坐标系建立单元，用于建立真实空间坐标系，所述真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系；
坐标值确定单元，用于依据所述拍摄空间中的标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值；其中，所述标记点为所述拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和所述拍摄空间中的摄像机上预设的标记点，所述虚拟空间的坐标系预先与所述真实空间坐标系绑定；
显示参数确定单元，用于依据所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值，确定所述屏幕的显示参数；
渲染单元，用于基于所述屏幕的显示参数以及所述屏幕的尺寸参数，渲染生成用于所述屏幕显示的三维影像。
可选地，坐标系建立单元用于建立真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：
获取校准标记点的图像信息，所述校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点；
依据所述校准标记点的图像信息以及所述校准标记点的尺寸信息，计算扫场数据，所述扫场数据包括所述校准标记点的在所述拍摄空间中的平移距离以及在所述拍摄空间中的平移方向；
基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系。
可选地，坐标系建立单元用于基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：
依据所述扫场数据确定所述真实空间坐标系的坐标轴的单位长度；
以所述基于预设的基准点为所述真实空间坐标系的坐标原点；以预设的第一方向为所述真实空间坐标系的x轴、预设的第二方向为所述真实空间坐标系的y轴、预设的第三方向为所述真实空间坐标系的z轴；以所述虚拟空间的坐标系的尺度单位为所述真实空间坐标系的尺度单位；以所述单位长度为所述真实空间坐标系的坐标轴的刻度单位，建立所述真实空间坐标系。
一种三维影像渲染设备，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现如上所述的三维影像渲染方法的各个步骤。
一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的三维影像渲染方法的各个步骤。
由上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的三维影像渲染方法，建立与预设的虚拟空间坐标系匹配的真实空间坐标系。可以理解的是，由透视点在虚拟空间坐标系中的坐标值以及视点坐标值可以确定透视点和视点之间的位置关系以及角度关系，进一步可以确定透视面片的显示参数。综上，本方法以真实空间坐标系为绝对坐标系，相对于屏幕为基准建立空间坐标系的现有技术，本方法可以实时计算透视点坐标值以及视点坐标值。进一步可以根据透视面片的显示参数和尺寸参数，实时匹配在视点与透视点处于不同的距离和角度时的三维画面，保证了屏幕与摄像机同时在运动状态下做到对屏幕与摄像机的跟踪定位以及三维画面的正确显示。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种三维影像渲染系统的连接示意图；
图2为本申请实施例提供的三维影像渲染方法的具体实现方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种三维影像渲染方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种三维影像渲染装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种三维影像渲染设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本实施例提供的三维影像渲染方法可以应用于三维影像渲染系统，三维影像渲染系统可以包括一个或多个用于显示三维影像的屏幕。图1为本申请实施例提供的一种三维影像渲染系统的连接示例图。如图1所示，三维影像渲染系统包括两个用于显示三维影像的屏幕，屏幕的类型为LED屏幕(图1所示的LED屏幕C和LED屏幕D)，需要说明的是，在实际应用中，图1所示的三维影像渲染系统适用于沉浸式虚拟现实系统，该三维影像渲染系统的拍摄空间为真实空间(例如大小为a*b*c的房间R)。
如图1所示，三维影像渲染系统具体可以包括：红外摄像头A1～A4、LED屏幕C、LED屏幕D，摄像机E、网络交换机F、渲染服务器G、显示器H、渲染控制机I、以及大屏拼接器K。为便于描述将红外摄像头A1～A4统一记为A，红外摄像头A用于对标记点进行红外定位，本实施例中，标记点分别设置于红外校准基尺B(图1中未画出)、LED屏幕C、LED屏幕D、以及摄像机E上。
如图1所示，LED屏幕C的四个角中，每一角设置有一个标记点，例如图1至标出的一个标记点JC1，本文将设置于LED屏幕C的四个角的标记点记为JC1～JC4，LED屏幕D的四个角中，每一角设置有一个标记点，例如图1至标出的一个标记点JD1，本文将设置于LED屏幕D的四个角的标记点记为JD1～JD4。本实施例中的LED屏幕C和LED屏幕D均为尺寸为1.2米*3.86米、点间距为P1.576的洲明LED屏幕，并且LED屏幕C和LED屏幕D的底部设置有可移动底座，可随意移动。
如图1所示，沿摄像机E的镜头外侧边框的每一角设置有1个标记点J，记为JE1～JE4。本实施例中的摄像机E的型号为索尼PXW-280，并且，摄像机E设置于可移动的三角架上，可随意移动，也可以随时拿下并进行肩扛式拍摄。
本实施例中，红外校准基尺B的尺寸信息为：红外校准基尺B为直角尺，且，第一直角边L1的长度为dL1，第二直角边L1的长度为dL2。其中，在第一直角边L1的外侧边缘位置、直角位置、以及第二直角边L2的外侧边缘位置均设置有一个标记点，分别记为校准标记点JB1～JB3。
需要说明的是，红外跟踪摄像头A可以跟踪拍摄前述每一标记点，并将任一标记点的图像信息并通过网络交换机F将图像信息发送至渲染控制机I。
本实施例中，网络交换机F的型号为NETGEAR GS752TP，渲染服务器G(包括渲染服务器G1和渲染服务器G2)的型号为惠普HP-Z8。显示器H的型号为惠普HP-27F4K。大屏拼接器K的型号为洲明MVC-2-203。
需要说明的是，为了支持系统中多设备的网络通信，本申请实施例使用网络交换机提供更多的网络端口。如图1所示，网络交换机F通过TCP(Transmission ControlProtocol，传输控制协议)分别与红外跟踪摄像头A1～A4、渲染服务器G1、渲染服务器G2、渲染控制机I、以及大屏拼接器K通信。渲染服务器G通过DP(DisplayPort，高清数字显示接口)与大屏拼接器K通信。大屏拼接器K通过DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)分别与LED屏幕C和LED屏幕D通信。摄像机E通过SDI(serial digital interface，数字分量串行接口)与渲染控制机I通信。渲染控制机I通过HDMI(High Definition Multimedia，高清晰度多媒体接口)与显示器H通信。
本实施例中，为了使红外跟踪摄像头A的拍摄范围能均匀覆盖测试空间，红外跟踪摄像头A设置于房间R顶部的四个角，记为A1～A4。
具体地，图2为本申请实施例提供的基于图1所示的三维影像渲染系统的三维影像渲染方法，具体可以包括以下步骤：
S201、红外摄像头A实时拍摄红外校准基尺B上的校准标记点JB1～JB3，得到校准标记点JB1～JB3的图像信息并发送至渲染控制机I。
具体地，由实验人员在拍摄空间内移动红外校准基尺B。在任一时刻t，红外摄像头A拍摄得到的任一校准标记点JBi(i＝1、2、或3)的图像信息包括红外摄像头A1拍摄得到的校准标记点JBi的图像，记为p(JBi，A1，t)、红外摄像头A2拍摄得到的校准标记点JBi的图像，记为p(JBi，A2，t)，红外摄像头A3拍摄得到的校准标记点JBi的图像，记为p(JBi，A3，t)，以及红外摄像头A4拍摄得到的校准标记点JBi的图像，记为p(JBi，A4，t)。由此，在t时刻，红外摄像头拍摄得到红外校准基尺B上的校准标记点JB1的图像信息、校准标记点JB2的图像信息、以及校准标记点JB3的图像信息，并发送至渲染控制机I。
S202、渲染控制机I依据校准标记点JB1～JB3的图像信息以及红外校准基尺B的尺寸信息，确定扫场数据。
其中，任一组扫场数据包括任一时刻的三个校准标记点(JB1～JB3)相对于上一时刻在拍摄空间中的平移距离以及平移方向。
以校准标记点JB1为例，渲染控制机I接收红外摄像头A在t时刻拍摄的JB1的图像信息包括：红外摄像头A1拍摄的JB1的图像p(JB1，A1，t)，红外摄像头A2拍摄的JB1的图像p(JB1，A2，t)，红外摄像头A3的JB1拍摄的图像p(JB1，A3，t)，红外摄像头A4的JB1拍摄的图像p(JB1，A4，t)。可以理解的是，红外摄像头A1～A4设置于拍摄空间的四个角，所以p(JB1，A1，t)、p(JB1，A2，t)、p(JB1，A3，t)以及p(JB1，A4，t)是红外摄像机处于不同角度拍摄到的校准标记点JB1的图像。根据红外成像原理，渲染控制机I接收到上述校准标记点JB1的图像信息后，计算得到校准标记点JB1的位置信息。具体的计算方式可以参照现有技术。
需要强调的是，从上述举例可以看出，因为校准标记点JB1～JB3的位置信息依据不同位置的红外摄像头以及红外成像原理确定，所以，校准标记点JB的位置信息为校准标记点JB1～JB3在图像中的位置信息。通常，单位为像素。
可以理解的是，当红外校准基尺B在拍摄空间移动时，在任一时刻t1，渲染控制机I可以得到三个校准标记点(JB1～JB3)在图像中的位置信息，即该三个校准标记点在图像中所处的具体位置，在t1的下一时刻t2，渲染控制机I可以得到三个校准标记点(JB1～JB3)在图像中的位置信息，即该三个校准标记点在图像中所处的具体位置，则，可以基于t1时刻三个校准标记点(JB1～JB3)在图像中的位置信息和t2时刻的三个校准标记点(JB1～JB3)在图像中的位置信息，确定JB1～JB3的t2时刻相对于t1时刻在图像中的相对平移距离以及相对平移方向。
进一步，渲染控制机I以红外校准基尺B在拍摄空间中的尺寸信息(即真实尺寸信息)以及在图像中的尺寸信息为参照，得到拍摄空间与图像的映射关系，再依据该映射关系，由JB1～JB3的t2时刻相对于t1时刻在图像中的相对平移距离以及相对平移方向，分别计算JB1～JB3的t2时刻相对于t1时刻在拍摄空间中的平移距离以及平移方向，其中，平移距离以长度单位(例如米)为单位。需要说明的是，上述相对平移距离、相对平移方向、平移距离以及平移方向的具体的计算方法可以参照现有技术。
本步骤将任一时刻的三个校准标记点(JB1～JB3)相对于上一时刻在拍摄空间中的平移距离以及平移方向作为一组扫场数据，为了提高准确率，本实施例获取至少两千组扫场数据。
S203、渲染控制机I建立真实空间坐标系。
本实施例中，实验人员设定：以拍摄空间中预设的基准点为坐标原点(即x＝0，y＝0，z＝0)，以预设的第一方向为x轴，以预设的第二方向为y轴，以预设的第三方向为z轴。拍摄空间中的基准点、第一方向、第二方向以及第三方向依据拍摄空间的真实情况(例如作为拍摄空间的真实房间的大小、朝向或屏幕的摆放位置的等)预先设置。例如，本实施例中的基准点为拍摄空间中的摄像机E摆放的默认初始位置，第一方向为由西向东的方向，第二方向为由南向北的方向，第三方向为垂直向上。
实验人员将红外校准基尺B按照以下放置方式放置在拍摄空间中：红外校准基尺B水平放置于初始位置，红外校准基尺B的L1方向与预设的第一方向重合，将红外校准基尺B的L2方向与预设的第二方向重合。
在这种放置方式下，渲染控制机I通过识别红外图像中，红外校准基尺B上的三个校准标记点的位置信息，确定红外校准基尺B的L1方向与L2方向，并设定红外校准基尺B的L1方向为x轴，设定红外校准基尺B的L2方向为y轴，设定垂直向上方向为z轴。至此，渲染控制机I获取真实空间坐标系的坐标轴的方向。
真实空间坐标系的坐标轴的单位长度可以依据扫场数据确定，具体的，对于任意一条扫场数据，上述已经确定在图像和拍摄空间中的平移距离和方向、以及图像与拍摄空间的映射关系，所以，可确定平移距离在真实空间坐标系的坐标轴上的投影距离，依据多组扫场数据的投影距离，可以计算得到坐标轴的单位长度。计算单位长度的具体实现方式，可以参见现有技术。
S204、渲染控制机I接收绑定指令，将真实空间坐标系与虚拟空间坐标系绑定。
本实施例中，虚拟空间坐标系为预先建立的虚拟空间的空间坐标系，建立虚拟空间的具体方法可以参照现有技术。
具体地，绑定指令由实验人员发出，渲染控制机I获取绑定指令并依据绑定指令将真实空间坐标系的坐标原点与虚拟空间坐标系的坐标原点绑定，将真实空间坐标系的x轴与虚拟空间坐标系的x轴绑定，将真实空间坐标系的y轴与虚拟空间坐标系的y轴绑定，将真实空间坐标系的z轴与虚拟空间坐标系的z轴绑定。
综上，本申请实施例提供的方法通过上述S201～S204的目的在于，建立与虚拟空间坐标系相匹配的真实空间坐标系。即，真实空间坐标系的尺度单位与虚拟空间坐标系的尺度单位相同，真实空间坐标系的坐标原点与虚拟空间坐标系的坐标原点重合，真实空间坐标系的坐标轴(x轴、y轴、以及z轴)方向与虚拟空间坐标系的坐标轴(x轴、y轴、以及z轴)方向也相同。则，可以理解的是，建立真实空间坐标系后，可以确定拍摄空间中的任一位置，在真实空间坐标系中的坐标值。并且，通过上述方法建立真实空间坐标系后，当任一物体在拍摄空间中移动的情况下，该物体在拍摄空间中的移动距离和该物体在虚拟空间中的移动距离相同，且，该物体在拍摄空间中的移动方向和该物体在虚拟空间中的移动方向相同。
S205、渲染控制机I实时接收标记点JC1～JC4、标记点JD1～JD4、以及标记点JE1～JE4的图像信息，并依据任一标记点的图像信息确定标记点在虚拟空间坐标系中的坐标值。
具体地，任一标记点的图像信息由红外摄像头拍摄并发送至渲染控制机I。任一标记点(以JC1为例)的图像信息包括t时刻红外摄像头A1拍摄该标记点得到的图像p(JC1，A1，t)、红外摄像头A2拍摄得到的图像p(JC1，A2，t)，红外摄像头A3拍摄得到的图像p(JC1，A3，t)，以及红外摄像头A4拍摄得到的图像p(JC1，A4，t)。可以理解的是，渲染控制机I根据任一标记点的图像信息，可以计算得到该标记点在真实空间坐标系的坐标值。又因为，真实空间坐标系与虚拟空间坐标系是匹配的，所以依据真实空间坐标系的坐标值得到该标记点在虚拟空间坐标系的坐标值。需要说明的是，依据标记点的图像信息，计算标记点在真实空间坐标系的坐标值的具体方法可以参考现有技术。
需要说明的是，本步骤以真实空间坐标系为基准，完成拍摄空间与虚拟空间的屏幕端(即透视点)的匹配，以及拍摄空间与虚拟空间的摄像端(即视点)的匹配。
S206、渲染控制机I依据标记点JC1～JC4在虚拟空间坐标系中的坐标值，以及虚拟空间坐标系中的视点坐标值计算得到第一透视面片的显示参数，并依据LED屏幕C的尺寸参数确定第一透视面片的尺寸参数。依据标记点JD1～JD4在虚拟空间坐标系中的坐标值以及虚拟空间坐标系中的视点坐标值，计算得到第二透视面片的显示参数，并依据LED屏幕D的尺寸参数确定第二透视面片的尺寸参数。
其中，第一透视面片为LED屏幕C对应的透视面片。第二透视面片为LED屏幕D对应的透视面片。
本实施例中，视点坐标值由标记点JE1～JE4在虚拟空间坐标系中的坐标值计算得到，计算方法可以为依据标记点JE1～JE4在虚拟空间坐标系中的坐标值，计算标记点JE1～JE4的中心位置在虚拟空间坐标系中的坐标值，将该中心位置在虚拟空间坐标系中的坐标值作为视点坐标值。
可以理解的是，以LED屏幕C作为透视点，以摄像机作为视点，标记点JC1～JC4在虚拟空间坐标系中的坐标值以及视点坐标值可以确定透视点和视点之间的位置关系以及角度关系，进一步可以确定第一透视面片的显示参数。
本实施例中，第一透视面片的显示参数至少包括第一透视面片的位置参数以及形态参数。其中第一透视面片的位置参数指示该第一透视面片在虚拟空间中的位置，第一透视面片的形态参数指示该第一透视面片在虚拟空间中的姿态，例如横放或竖放。第一透视面片的尺寸参数指示该第一透视面片在虚拟空间中的大小，该第一透视面片的尺寸参数为拍摄空间中LED屏幕C的尺寸。
如图1所示，本实施例还包括LED屏幕D，所以渲染控制机I还可以依据标记点JD1～JD4在虚拟空间坐标系中的坐标值，以及虚拟空间坐标系中的视点坐标值，计算得到第二透视面片的显示参数，并依据LED屏幕D的尺寸参数确定第二透视面片的尺寸参数。
可以理解的是，以LED屏幕D作为透视点，以摄像机作为视点，标记点JD1～JD4在虚拟空间坐标系中的坐标值以及视点坐标值可以确定透视点和视点之间的位置关系以及角度关系，进一步可以确定第二透视面片的显示参数。
本实施例中，第二透视面片的显示参数至少包括第二透视面片的位置参数以及形态参数。其中，第二透视面片的位置参数指示该第二透视面片在虚拟空间中的位置，透视面片的形态参数指示该第二透视面片在虚拟空间中的姿态，例如横放或竖放。第二透视面片的尺寸参数指示该第二透视面片在虚拟空间中的大小，该第二透视面片的尺寸参数为拍摄空间中LED屏幕D的尺寸。
以上S206所涉及的计算方法的具体实现过程，可以参见现有技术。
S207、渲染控制机I将第一透视面片的尺寸参数和显示参数发送至渲染服务器G1。并且，渲染控制机I将第二透视面片的尺寸参数和显示参数发送至渲染服务器G2。
需要说明的是，渲染控制机通过网络交换机分别与渲染服务器G1以及渲染服务器G2进行通信。
S208、渲染服务器G1依据透视面片的尺寸参数和显示参数，将预设的视频，生成用于LED屏幕C显示的三维影像，并将该三维影像信号传输至LED屏幕C。
S209、渲染服务器G2依据透视面片的尺寸参数和显示参数，将预设的视频，生成用于LED屏幕D显示的三维影像，并将该三维影像信号传输至LED屏幕D。
需要说明的是，根据LED屏幕的成像原理，本实施例设置有大屏拼接器，渲染服务器将三维影像信号传输至任一LED屏幕的实现方式可以为，先将三维影像信号通过网络交换机发送至大屏拼接器，由大屏拼接器对三维影像信号进行信号处理，将处理后的图像信号发送至LED屏幕。具体的处理方法可以参见现有技术。
S210、LED屏幕C和/或LED屏幕D接收三维影像信号，依据三维影像信号显示三维影像。
S211、摄像机E拍摄LED屏幕(LED屏幕C或LED屏幕D)上显示的三维影像，生成渲染图像信号，并将渲染图像信号发送至渲染控制机I。
S212、渲染控制机I发送渲染图像信号至显示器H，以使显示器H可以显示渲染图像。具体实现方式可以参照现有技术。
由上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的三维影像渲染方法，建立与预设的虚拟空间坐标系匹配的真实空间坐标系。由此，可以通过红外摄像机对屏幕以及摄像机进行定位，由渲染控制机进行各个透视点坐标值以及视点坐标值的计算，可以理解的是，由透视点在虚拟空间坐标系中的坐标值以及视点坐标值可以确定透视点和视点之间的位置关系以及角度关系，进一步可以确定透视面片的显示参数。由此，渲染服务器可以根据透视面片的显示参数和尺寸参数，实时匹配在视点与透视点处于不同的距离和角度时的三维画面，保证了屏幕与摄像机同时在运动状态下做到对屏幕与摄像机的跟踪定位以及三维画面的正确显示。
例如，在图1所示的应用场景下，在移动LED屏幕C的情况下，LED屏幕C作为透视点，LED屏幕C上显示的内容应该有空间透视变化。
但是，在现有技术中，以拍摄空间的屏幕的空间坐标值为基准，屏幕的空间坐标值预先设定，不能够实时修改也无法与外部数据进行连接调用，所以当移动屏幕时，视点与透视点之间产生距离和/或角度变化，屏幕不能正确显示符合当前视点与透视点之间产生距离和角度的三维影像，因此不能达到实时动态的三维展示方式与效果。
本申请实施例中，以真实空间坐标系作为基准坐标系，真实空间坐标系和虚拟空间坐标系相匹配，所以当LED屏幕C移动时，虚拟空间中透视面片可以与LED屏幕C进行联动，保证视点与透视点达到正确的显示关系与效果。
需要说明的是，上述实施例介绍了本申请提供的三维影像渲染方法在图1所示的应用场景下的具体实施方式，进一步地，本申请提供的三维影像渲染方法还可以有其他多种实现方式。例如，上述涉及的设备的具体型号可以根据实际情况进行选择，或者在其他应用场景下，可以依据实际情况设置标记点，例如，对于无角的摄像机镜头的外侧边框，以圆形边框为例，可以在圆形边框等间隔设置4个标记点JE1～JE4。或者，对于LED屏幕，可以在LED屏幕四条边框中心位置设置4个标记点JC1～JC4。
再例如，在可选的一种应用场景下，可以根据拍摄空间的实际情况(大小以及形状等参数)设置红外摄像头，假设拍摄空间为不规则的房间，则可以根据房间大小以及形状将红外摄像头设置于合适的位置。
再例如，在可选的一种应用场景下，可以设置其他定位装置对上述涉及的所有标记点进行定位，例如，无线定位装置用于利用现有的无线定位技术对上述涉及的所有标记点进行无线定位。具体可以参照现有技术，本实施例不做赘述。
综上，本实施例对本申请提供的三维影像渲染方法的实施方式进行进一步的概括总结，如下：
图3为本申请实施例提供的一种三维影像渲染方法的流程示意图，如图3所示，本申请提供的三维影像渲染方法可以包括以下步骤：
S301、建立真实空间坐标系。
本实施例中，真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系，可以理解的是，拍摄空间为设置三维影像渲染系统中用于显示三维渲染影像的屏幕(例如图1中的LED屏幕C或LED屏幕D)的真实的空间。以该拍摄空间为基准建立空间坐标系的方法可以包括下述步骤A1～A3。
A1、获取校准标记点的图像信息。
本实施例中，校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点，其中，红外校准基尺的形状或尺寸可以依据需要进行选择，一般地，为了准确地对拍摄空间进行的尺寸进行校准，红外校准基尺的形状为直角，直角尺的两个直角边长度不同，并且校准标记点的位置以及个数可以依据红外校准基尺的形状或尺寸进行设置。校准标记点的具体设置方法本实施例不做赘述。
校准标记点的图像信息的获取方法为：接收由红外摄像头对校准标记点进行拍摄生成的图像信息。具体地，红外摄像头设置于拍摄空间，需要说明的是，红外摄像头的设置位置以及设置数量可以根据拍摄空间的大小以及拍摄空间的空间形状进行选择，设置的要求为覆盖整个拍摄空间。可以理解的是，在红外摄像头拍摄校准标记点过程中，红外校准基尺为移动状态。
在任一时刻，获取的任一个校准标记点的图像信息包括各个红外摄像头分别在该时刻拍摄该校准标记点得到的图像，具体可以参见上述S201中的介绍。
A2、依据校准标记点的图像信息以及红外校准基尺的尺寸信息，计算扫场数据。
本实施例中，扫场数据包括校准标记点的在拍摄空间中的平移距离以及在拍摄空间中的平移方向。其中，红外校准基尺的尺寸信息可以预先录入，校准标记点可以包括多个。一组扫场数据可以包括：在任一时刻，多个校准标记点中的每一校准标记点相对于上一时刻在拍摄空间中的平移距离以及平移方向。
需要说明的是，计算扫场数据的具体实现过程可以参见上述S202。
A3、基于拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、虚拟空间的坐标系以及扫场数据，建立真实空间坐标系。
具体地，建立真实空间坐标系可以包括：坐标原点的设定、坐标方向的设定，坐标轴的单位长度的设定、以及尺度单位的设定。
本实施例中，拍摄空间中预设的基准点的位置由实验人员依据实际应用进行设置，一般地，可以设置于摄像机的初始位置，或者设置于拍摄空间地面中心。在建立真实空间坐标系时，实验人员设定：以拍摄空间中该基准点作为坐标原点(即x＝0，y＝0，z＝0)。
本实施例中，预设的坐标方向可以包括预设的第一方向、预设的第二方向以及预设的第三方向。该第一方向、第二方向以及第三方向依据拍摄空间的真实情况(例如作为拍摄空间的真实房间的大小、朝向或屏幕的摆放位置的等)由实验人员预先设置。在建立真实空间坐标系时，实验人员设定：以预设的第一方向为x轴，以预设的第二方向为y轴，以预设的第三方向为z轴。
本实施例中，依据扫场数据确定真实空间坐标系的坐标轴的单位长度，具体地，对于任意一条扫场数据，上述已经确定在图像和拍摄空间中的平移距离和方向、以及图像与拍摄空间的映射关系，所以，可确定平移距离在真实空间坐标系的坐标轴上的投影距离，依据多组扫场数据的投影距离，可以计算得到坐标轴的单位长度。计算单位长度的具体实现方式，可以参见现有技术。
本实施例中，可以直接获取虚拟空间的坐标系的尺度单位，并以虚拟空间的坐标系的尺度单位为真实空间坐标系的尺度单位。
综上，本步骤完成真实空间坐标系坐标原点的设定、坐标方向的设定，坐标轴的单位长度的设定、以及尺度单位的设定，建立真实空间坐标系。
S302、依据拍摄空间中的标记点的图像信息，确定标记点在预设的虚拟空间中的坐标值。
具体地，虚拟空间坐标系为预先建立的虚拟空间的空间坐标系，建立虚拟空间的具体方法可以参照现有技术。并且，虚拟空间的坐标系预先与拍摄空间的坐标系绑定。
本实施例中，虚拟空间的坐标系与拍摄空间的坐标系绑定过程可以包括：将虚拟空间的坐标系的x轴与真实空间坐标系的x轴绑定，将虚拟空间的坐标系的y轴与真实空间坐标系的y轴绑定，将虚拟空间的坐标系的z轴与真实空间坐标系的z轴绑定，将虚拟空间的坐标原点与真实空间坐标系的坐标原点绑定。需要说明的是，在绑定虚拟空间的坐标系与拍摄空间的坐标系时接收绑定指令，该绑定指令由实验人员发出。
标记点为拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和拍摄空间中的摄像机上预设的标记点。其中，标记点的设置依据屏幕的大小形状和数量、摄像机的大小形状和数量进行设置，在实际应用中，屏幕的大小形状和数量、摄像机的大小形状和数量依据拍摄需求进行设置。一般地，标记点等距设置在屏幕的外框上、以及等距设置在摄像机镜头的外框上。可以理解的是，标记点随着屏幕或摄像机的移动而移动。
本申请实施例在确定标记点在预设的虚拟空间中的坐标值时，首先获取各个标记点的图像信息，其中任一标记点的图像信息的获取方法可以为接收由红外摄像头拍摄并发送的该标记点的图像信息。
进一步，依据标记点的图像信息，计算标记点在真实空间坐标系的坐标值。由上述步骤可知，真实空间坐标系与虚拟空间坐标系是预先绑定的，所以依据真实空间坐标系的坐标值得到该标记点在虚拟空间坐标系的坐标值。具体方法可以参考现有技术。
S303、依据标记点在虚拟空间中的坐标值，确定透视面片的显示参数。
本实施例中，标记点可以包括设置在屏幕上的标记点，以及设置在摄像机上的标记点。屏幕在虚拟空间中可以看成透视点，摄像机在虚拟空间中可以看成视点。所以依据设置在屏幕上的各个标记点的坐标值可以确定虚拟空间中的透视点的位置，即透视点的坐标值，以及依据设置在摄像机上的各个标记点的坐标值可以确定虚拟空间中的视点的位置，即视点坐标值。其中，透视点坐标值以及视点坐标值的方法可以依据标记点设置的具体位置计算，具体可以参照现有技术。
本实施例中，透视面片的显示参数至少包括透视面片的位置参数以及形态参数。其中透视面片的位置参数指示该透视面片在虚拟空间中的位置，透视面片的形态参数指示该透视面片在虚拟空间中的姿态，例如横放或竖放。
S304、基于透视面片的显示参数以及透视面片的尺寸参数，渲染生成用于屏幕显示的三维影像。
具体地，透视面片的尺寸参数依据拍摄空间中屏幕的尺寸确定，一般地，透视面片的尺寸等于拍摄空间中屏幕的尺寸。其中，透视面片的尺寸参数指示该透视面片在虚拟空间中的大小。
进一步，基于透视面片的显示参数以及透视面片的尺寸参数，渲染生成用于屏幕显示的三维影像的方法可以参见现有技术。
由上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的三维影像渲染方法，建立与预设的虚拟空间坐标系匹配的真实空间坐标系。可以理解的是，由透视点在虚拟空间坐标系中的坐标值以及视点坐标值可以确定透视点和视点之间的位置关系以及角度关系，进一步可以确定透视面片的显示参数。综上，本方法以真实空间坐标系为绝对坐标系，相对于屏幕为基准建立空间坐标系的现有技术，本方法可以实时计算透视点坐标值以及视点坐标值。进一步可以根据透视面片的显示参数和尺寸参数，实时匹配在视点与透视点处于不同的距离和角度时的三维画面，保证了屏幕与摄像机同时在运动状态下做到对屏幕与摄像机的跟踪定位以及三维画面的正确显示。
本申请实施例还提供了一种三维影像渲染装置，下面对本申请实施例提供的三维影像渲染装置进行描述，下文描述的三维影像渲染装置与上文描述的三维影像渲染方法可相互对应参照。
请参阅图4，示出了本申请实施例提供的一种三维影像渲染装置的结构示意图，如图4所示，该装置可以包括：
坐标系建立单元，用于建立真实空间坐标系，所述真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系；
坐标值确定单元，用于依据所述拍摄空间中的标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值；其中，所述标记点为所述拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和所述拍摄空间中的摄像机上预设的标记点，所述虚拟空间的坐标系预先与所述真实空间坐标系绑定；
显示参数确定单元，用于依据所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值，确定所述屏幕的显示参数；
渲染单元，用于基于所述屏幕的显示参数以及所述屏幕的尺寸参数，渲染生成用于所述屏幕显示的三维影像。
可选地，坐标系建立单元用于建立真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：
获取校准标记点的图像信息，所述校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点；
依据所述校准标记点的图像信息以及所述校准标记点的尺寸信息，计算扫场数据，所述扫场数据包括所述校准标记点的在所述拍摄空间中的平移距离以及在所述拍摄空间中的平移方向；
基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系。
可选地，坐标系建立单元用于基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：
依据所述扫场数据确定所述真实空间坐标系的坐标轴的单位长度；
以所述基于预设的基准点为所述真实空间坐标系的坐标原点；以预设的第一方向为所述真实空间坐标系的x轴、预设的第二方向为所述真实空间坐标系的y轴、预设的第三方向为所述真实空间坐标系的z轴；以所述虚拟空间的坐标系的尺度单位为所述真实空间坐标系的尺度单位；以所述单位长度为所述真实空间坐标系的坐标轴的刻度单位，建立所述真实空间坐标系。
可选地，本装置还包括：坐标绑定单元，用于将所述虚拟空间的坐标系与所述真实空间坐标系绑定。
坐标绑定单元具体用于：
将所述虚拟空间的坐标系的x轴与所述真实空间坐标系的x轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的y轴与所述真实空间坐标系的y轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的z轴与所述真实空间坐标系的z轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标原点与所述真实空间坐标系的坐标原点绑定。
可选地，坐标值确定单元用于依据标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值，包括：坐标值确定单元具体用于：
获取所述标记点的图像信息；
依据所述标记点的图像信息，计算所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值；
依据所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值。
本申请实施例还提供了一种三维影像渲染设备，请参阅图5，示出了该三维影像渲染设备的结构示意图，该设备可以包括：至少一个处理器501，至少一个通信接口502，至少一个存储器503和至少一个通信总线504；
在本申请实施例中，处理器501、通信接口502、存储器503、通信总线504的数量为至少一个，且处理器501、通信接口502、存储器503通过通信总线504完成相互间的通信；
处理器501可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路AS30IC(ApplicationS30pecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器503可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可执行存储器存储的程序，实现如上项所述的三维影像渲染方法。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的三维影像渲染方法。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种三维影像渲染方法，其特征在于，包括：
建立真实空间坐标系，所述真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系；
依据所述拍摄空间中的标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值；其中，所述标记点包括所述拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和所述拍摄空间中的摄像机上预设的标记点，所述虚拟空间的坐标系预先与所述真实空间坐标系绑定；
依据所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值，确定透视面片的显示参数，所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值包括：所述标记点在所述虚拟空间的坐标系中的坐标值，以及所述标记点的中心位置在所述虚拟空间的坐标系中的坐标值；所述透视面片的显示参数至少包括：位置参数以及形态参数；
基于所述透视面片的显示参数以及所述透视面片的尺寸参数，渲染生成用于所述屏幕显示的三维影像；
所述建立真实空间坐标系，包括：获取校准标记点的图像信息，所述校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点；依据所述校准标记点的图像信息以及所述校准标记点的尺寸信息，计算扫场数据，所述扫场数据包括所述校准标记点的在所述拍摄空间中的平移距离以及在所述拍摄空间中的平移方向；基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系。
2.根据权利要求1所述的三维影像渲染方法，其特征在于，所述基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系，包括：
依据所述扫场数据确定所述真实空间坐标系的坐标轴的单位长度；
以所述预设的基准点为所述真实空间坐标系的坐标原点；以预设的第一方向为所述真实空间坐标系的x轴、预设的第二方向为所述真实空间坐标系的y轴、预设的第三方向为所述真实空间坐标系的z轴；以所述虚拟空间的坐标系的尺度单位为所述真实空间坐标系的尺度单位，建立所述真实空间坐标系。
3.根据权利要求2所述的三维影像渲染方法，其特征在于，将所述虚拟空间的坐标系与所述真实空间坐标系绑定的过程，包括：
将所述虚拟空间的坐标系的x轴与所述真实空间坐标系的x轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的y轴与所述真实空间坐标系的y轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标系的z轴与所述真实空间坐标系的z轴绑定；
将所述虚拟空间的坐标原点与所述真实空间坐标系的坐标原点绑定。
4.根据权利要求3所述的三维影像渲染方法，其特征在于，所述依据标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值，包括：
获取所述标记点的图像信息；
依据所述标记点的图像信息，计算所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值；
依据所述标记点在所述真实空间坐标系的坐标值，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值。
5.一种三维影像渲染装置，其特征在于，包括：
坐标系建立单元，用于建立真实空间坐标系，所述真实空间坐标系为拍摄空间的坐标系；
坐标值确定单元，用于依据所述拍摄空间中的标记点的图像信息，确定所述标记点在预设的虚拟空间中的坐标值；其中，所述标记点为所述拍摄空间中的屏幕上预设的标记点和所述拍摄空间中的摄像机上预设的标记点，所述虚拟空间的坐标系预先与所述真实空间坐标系绑定；
显示参数确定单元，用于依据所述标记点在所述虚拟空间中的坐标值，确定所述屏幕的显示参数；
渲染单元，用于基于所述屏幕的显示参数以及所述屏幕的尺寸参数，渲染生成用于所述屏幕显示的三维影像；
所述坐标系建立单元用于建立真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：获取校准标记点的图像信息，所述校准标记点为红外校准基尺上预设的标记点；依据所述校准标记点的图像信息以及所述校准标记点的尺寸信息，计算扫场数据，所述扫场数据包括所述校准标记点的在所述拍摄空间中的平移距离以及在所述拍摄空间中的平移方向；基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系。
6.根据权利要求5所述的三维影像渲染装置，其特征在于，所述坐标系建立单元用于基于所述拍摄空间中预设的基准点、预设的坐标方向、所述虚拟空间的坐标系以及所述扫场数据，建立所述真实空间坐标系，包括：所述坐标系建立单元具体用于：
依据所述扫场数据确定所述真实空间坐标系的坐标轴的单位长度；
以所述基于预设的基准点为所述真实空间坐标系的坐标原点；以预设的第一方向为所述真实空间坐标系的x轴、预设的第二方向为所述真实空间坐标系的y轴、预设的第三方向为所述真实空间坐标系的z轴；以所述虚拟空间的坐标系的尺度单位为所述真实空间坐标系的尺度单位；以所述单位长度为所述真实空间坐标系的坐标轴的刻度单位，建立所述真实空间坐标系。
7.一种三维影像渲染设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现如权利要求1～4中任一项所述的三维影像渲染方法的各个步骤。
8.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～4中任一项所述的三维影像渲染方法的各个步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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