CN111737887B - 一种基于平行仿真的虚拟舞台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于平行仿真的虚拟舞台，包括舞台建模单元，运动模拟单元，显示模拟单元，数据提取输出单元，其中舞台建模单元用于进行舞台仿真建模；运动模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台运动；显示模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台的LED屏幕显示；数据提取输出单元包括造型提取输出单元、运动提取输出单元、显示提取输出单元，从虚拟舞台中提取数据进行处理转换，并输出实际舞台几何造型参数、舞台机械运动参数以及舞台LED屏幕显示参数。本发明通过“数字孪生体”的方式管理舞台，丰富了舞台创意的实现方法，并且可以提高效率、节约成本。

Description

一种基于平行仿真的虚拟舞台

技术领域

本发明涉及一种仿真舞台，特别涉及一种基于平行仿真的虚拟舞台，属于计算机仿真技术领域。

背景技术

舞台为表演提供空间。一场文艺表演是否能够达到预期的效果，舞台是基础。现代化舞台，特别是多媒体动态舞台，为舞台艺术在有限的舞台里创造了更多的发展空间，提供给导演和舞美人员更多的变化和选择。升降台的发展是舞台机械发展的代表，升降台普遍运用于现代舞台技术中。从最初的少量升降台，到现在的大规模升降台的运用，升降台从一个舞台的辅助机械设备变成了舞台重要的组成部分。伴随着升降台数量的增多，升降台的结构和使用方式也发生了变化。特别是在立体动态多媒体舞台中，升降台的顶面和四周安装了可播放视频的LED板。升降台在升降和形成静止的舞台台型时，各个视频播放面显示与节目相配合的图片或者视频，升降台也因此成为了舞台背景的一部分。在大型表演中，升降台上安装的LED显示屏数量巨大，往往包含成千上万块各种尺寸的显示屏。大型舞台、复杂的舞台运动机械以及成千上万块各种尺寸的显示屏，使得现代表演的大型舞台变成了一个复杂的实体系统，如何对舞台进行设计、制造、使用、维护，也成为一个复杂的课题。北京理工大学王凯旋2015年的硕士论文《基于数据驱动的智能舞台技术研究》，授权专利ZL201910276205.5《一种模块化虚拟舞台》，都对于舞台的仿真控制提出了部分解决方案，但是这些解决方案都只涉及到舞台的建模或数据控制等部分使用过程，不是对舞台设计制造使用的全过程解决方案，特别是对于舞台的海量LED显示屏显示，这些技术方案都没有提及。

平行仿真，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。简单来说，平行仿真就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。 这个“克隆体”，也被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上，是虚拟的。本体的实时状态，还有外界环境条件，都会复现到“孪生体”身上。如果需要做系统设计改动，或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应，工程师们可以在孪生体上进行“实验”。这样一来，既避免了对本体的影响，也可以提高效率、节约成本。

平行仿真在工业制造的很多领域已经得到了重视和应用，但是在文化艺术领域和舞台使用方面未见有相关报道。如果能够利用平行仿真领域的理念和技术，通过为舞台建立“数字孪生体”的方式设计、使用和管理舞台，将会为舞台的设计、实时控制、全程监测过程带来革命性的变化，丰富舞台创意的实现方法，极大地提高效率、节约成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于平行仿真的虚拟舞台，通过为实体舞台建立“数字孪生体”的方式设计、控制和管理舞台，丰富舞台创意的实现方法，提高效率、节约成本。

为实现以上目的，本发明提供了一种基于平行仿真的虚拟舞台，包括舞台建模单元和运动模拟单元和显示模拟单元和数据提取输出单元，其中

舞台建模单元用于进行舞台仿真建模；

运动模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台运动；

显示模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台的LED屏幕显示；

数据提取输出单元包括造型提取输出单元和运动提取输出单元和显示提取输出单元，从虚拟舞台中提取数据进行处理转换，并输出实际舞台几何造型参数、舞台机械运动参数以及舞台LED屏幕显示参数。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，所述显示提取输出单元包括将舞台图像背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法包括以下步骤：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容输出到显示屏的显示控制器；

S33、将显示控制器的图像内容输出到显示屏。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，所述显示提取输出单元包括将舞台视频背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法为：将视频分解为帧图像序列，在每一个显示时点获得对应源图像并执行步骤S1-S3：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容添加到显示屏对应的舞台屏幕控制视频文件；

S4、需要显示的时候显示控制器读取包含所有时点的舞台屏幕控制视频文件并输出到显示屏。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，在步骤S3之前，将源图像读入源内存；在步骤S3中，从源图像中分割出显示屏对应分割区域的方法为：为显示屏分配目标内存空间，根据显示屏在源图像中的对应分割区域中每个像素点相对于图像原点的偏移量，获得该分割区域对应的源内存地址空间，并将地址空间内容按照显示屏像素点顺序复制到目标内存。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，还包括对分割区域进行图像编辑的步骤。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，将所有显示屏根据所处位置分组，将每组显示屏的显示控制器合并，在步骤S3中，为每组显示屏分配目标内存空间，按照显示屏排列顺序将组内每块显示屏对应分割区域复制到目标内存空间，最后将目标内存空间中的存储内容输出到该组显示屏的显示控制器。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，对于具有遮挡关系的多层排列舞台，被遮挡的显示屏分组不进行目标内存复制操作；在将目标内存输出到显示控制器的过程中，直接复用位置最靠前未被遮挡的显示屏分组目标内存内容。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，排列显示屏分组的输出顺序，使得对于具有遮挡关系的多层排列舞台，按照从前到后的顺序进行输出，并为对应显示屏分组分配共用目标内存空间；在步骤S3中，首先判断显示屏分组是否被遮挡，碰到被遮挡的显示屏分组，直接复用共用目标内存空间的现有内容。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，还包括运动监控单元，用于测量实际舞台的运动状态数据并进行分析比对。

根据本发明实施例所述的一种具体实现方式，还包括显示监控单元，用于在实际舞台设置采集卡，采集LED视频图像回传到虚拟舞台并进行分析比对。

有益效果

本发明提出的一种基于平行仿真的虚拟舞台，通过为实体舞台建立“数字孪生体”的方式设计、控制和管理舞台，丰富了舞台创意的实现方法，并且可以提高效率、节约成本。

附图说明

图1为基于平行仿真的虚拟舞台的原理示意图；

图2为基于平行仿真的虚拟舞台的模块结构图；

图3为一种动态舞台示意图；

图4为第二种动态舞台示意图；

图5为第三种动态舞台示意图；

图6为基于平行仿真的虚拟舞台显示提取输出单元图像背景映射的数据流图；

图7为基于平行仿真的虚拟舞台显示提取输出单元视频背景映射的数据流图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于平行仿真的虚拟舞台，通过为实体舞台建立“数字孪生体”的方式设计、控制和管理舞台。本发明所适用的舞台是大型表演使用的立体动态多媒体舞台，舞台包括由机械控制的升降台，并且升降台的表面安装了可播放视频的LED板。升降台在升降和形成静止的舞台台型时，各个视频播放面显示与节目相配合的图片或者视频，升降台也因此成为了舞台背景的一部分。

本发明实现的平行仿真理念如图1所示，通过在虚拟空间中完成映射，在信息化平台上为实体舞台构建了一个数字版的“克隆体”。数字仿真在舞台的辅助设计中已经得到使用，而基于平行仿真的虚拟舞台和普通数字仿真的主要区别在于：基于平行仿真的虚拟舞台是一个动态的全流程的克隆体，在实体舞台几何造型设计、机械运动模拟和控制、LED屏幕背景显示过程中都起着辅助创意、方案验证、实时过程控制、执行过程监控的作用。

本发明实施例1提供了一种基于平行仿真的虚拟舞台，如图2所示，包括舞台建模单元和运动模拟单元和显示模拟单元和数据提取输出单元，其中

舞台建模单元用于进行舞台仿真建模；

运动模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台运动；

显示模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台的LED屏幕显示；

数据提取输出单元包括造型提取输出单元和运动提取输出单元和显示提取输出单元，从虚拟舞台中提取数据进行处理转换，并输出实际舞台几何造型参数、舞台机械运动参数以及舞台LED屏幕显示参数。

根据实施例1提出的方案，基于平行仿真的虚拟舞台在实体舞台几何造型设计阶段可以起到辅助舞台设计的作用，设计人员在数字仿真系统中通过舞台建模单元直接进行虚拟舞台几何造型设计，或者通过舞台建模单元根据其他辅助设计软件设计的舞台几何造型进行仿真建模。建模完成之后通过造型提取输出单元从仿真系统中提取舞台的几何造型参数，根据几何造型参数进行实际舞台搭建。

在舞台动态运行过程中，设计人员在运动模拟单元中直接设计舞台运动参数，查看舞台运动效果；或者通过运动模拟单元对通过其他工具设计的舞台运动动画进行模拟。在仿真系统中获得满意的效果后，通过运动提取输出单元从仿真系统中提取舞台的机械运动参数如升降台的初始位置、速度、加速度等，根据提取的机械运动参数控制实际舞台机械的运行。

在舞台LED屏幕背景显示过程中，设计人员在显示模拟单元中设计舞台的图像或视频背景，或者通过显示模拟单元对通过其他工具设计的舞台图像或视频背景进行显示模拟。获得满意的效果后，通过显示提取输出单元从仿真系统中提取舞台LED屏幕显示参数，控制实际舞台的LED屏幕显示。

根据本发明实施例所述的一种具体实施方式，所述显示提取输出单元包括将舞台图像背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法包括以下步骤：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容输出到显示屏的显示控制器；

S33、将显示控制器的图像内容输出到显示屏。

图3、图4和图5分别显示了三种动态舞台。如图3、图4、图5所示，大型表演动态舞台由多个升降台构成，升降台可能是正方体、长方体、也可能是其他异型造型。舞台的每个升降台都与滑轨相连，通过机械滑轨来控制升降台在前后或左右或上下方向移动。通过控制升降台的移动，可以形成不同的舞台造型。在图4所示舞台中，每个升降台的顶面和侧面都安装了可播放视频的LED显示屏。与显卡控制显示器输出类似，为了控制LED显示屏的显示，每块LED显示屏都有信号线与显示控制器连接，播控人员通过将显示信号输出到显示控制器，控制每块LED显示屏的显示内容。

由于动态舞台包含多个升降台，每个升降台表面LED屏幕输出的内容相配合形成了舞台的整体背景。在大型表演中，升降台上安装的LED显示屏数量巨大，往往包含成千上万块各种尺寸的显示屏。如果为每块显示屏单独设计显示内容，无疑将会耗费巨大的人力物力，而且加大了舞台设计人员的设计难度，也难以保证所有显示屏最终的合成效果。

根据本实施例，所述显示提取输出单元包括将舞台图像背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，舞台设计人员不需要为每块显示屏单独设计显示内容，而是将所有升降台构成的舞台造型看做一个整体，根据舞台的整体显示效果设计背景。例如，如果所有升降台构成一块平整的大屏幕，设计人员只需要设计在这块大屏幕上显示的背景。复杂舞台的不同位置可能会显示不同图像，例如顶部立体舞台显示天空图像，地面立体舞台显示森林图像等，设计人员就需要为舞台背景制作多个源图像。图4所示的舞台全部由立方体升降台构成，也就是升降台顶面和侧面上安装的显示屏可能有上、左、右、前、后五个朝向，朝向相同的显示屏显示内容会组合成该朝向的舞台背景。位于舞台不同位置的观众看到的是不同的显示屏即不同的舞台背景。因此，设计人员需要为每个朝向设计不同的源图像，也就是为图4所示舞台设计五个源图像。对于复杂的舞台造型，例如在整体舞台中布置了多个图4所示的局部立体动态舞台造型，就需要为每个局部立体舞台设计五个源图像。

对于舞台设计人员来说，不需要关心升降台的显示屏是怎么设计安装的，只需要知道在某个具体时刻的舞台造型，并设计出作为舞台整体背景的源图像。

所述显示提取输出单元包括将舞台图像背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法包括以下步骤：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

舞台设计人员设计出作为舞台整体背景的源图像后，舞台技术人员需要将源图像精准映射到每块LED显示屏。为了进行精准映射，首先需要获取具体的舞台造型。由于动态舞台中每块屏幕是随时间运动的，所以首先需要通过基于平行仿真的虚拟舞台，获得升降台的位置和形状尺寸数据，进一步获取在进行映射的具体时刻每块屏幕的位置、朝向和尺寸数据。

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

为了建立源图像和舞台显示屏之间的对应关系，获得了每块显示屏的空间位置和尺寸之后，需要将显示屏在对应的源图像平面上进行展开。需要注意的是，即使是安装在同一个升降台表面的多块显示屏，由于每块显示屏的朝向不同，所以对应的源图像也是不同的。在如图4所示的动态舞台中，每个升降台表面的5块显示屏分别对应着5个源图像。所以在展开之前，需要确定每块显示屏对应的需要显示的源图像。这个对应关系可以由程序自动确定，例如在如图4所示的动态舞台中，由每块显示屏的朝向就可以确定对应的需要显示的源图像。在有的动态舞台中，需要由用户指定对应的需要显示的源图像。例如，图5展示了一种圆柱状排布的升降台。在整体舞台中包含多个圆柱，每个圆柱都是由如图5所示的升降台排布组成的。用户可以指定每个圆柱显示一张特定的图像。

建立了每块显示屏对应的需要显示的源图像之后，需要将显示屏在需要显示的源图像平面上进行展开。具体的展开策略由用户根据舞台特点和舞台设计进行设置。例如，对于图4所示的动态舞台，可以通过投影进行展开，即将每块显示屏投影在需要显示的源图像平面上。对于图5所示的圆柱状舞台，可以将平行于圆柱表面的所有显示屏平铺展开，相邻显示屏无缝连接，展开后得到一个矩形，再将舞台设计人员设计的需要在圆柱表面显示的源图像映射在这个矩形上。

将显示屏在需要显示的源图像平面上展开后，还需要设置显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系。例如，在如图4所示的动态舞台中，将所有显示屏投影在对应的源图像平面后，得到的展开后几何形状可能不是一个矩形。用户可以根据显示屏的运动范围，将显示屏投影能够构成的最大矩形设置为与源图像相对应。或者用户可以获得一个包含显示屏运动期间每一个具体时刻所有显示屏投影的最小矩形，并将该矩形设置为与源图像相对应。由于展开后几何形状不是一个完整的矩形，设计人员需要在设计过程中考虑到升降台的运动有可能导致源图像部分内容缺失。在如图5所示的动态舞台中，将平行于圆柱表面的所有显示屏平铺展开得到的矩形与需要在圆柱表面显示的源图像相对应，可以得到将设计好的源图像包裹在圆柱表面的效果。

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容输出到显示屏的显示控制器；

S33、将显示控制器的图像内容输出到显示屏。

在步骤S2中得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域后，步骤S3需要将每块显示屏的待显示内容从源图像中分割出来，并传输到显示屏进行输出。与显卡控制显示器输出类似，动态舞台每块LED显示屏也需要通过信号线连接到显示控制器。舞台技术人员将每块显示屏的待显示内容输出到显示控制器，显示屏通过信号线从显示控制器获得待输出内容并进行输出。

在理想状况下，在每个显示时点，源图像经过转换实时输出到显示屏，这样就能在动态舞台的显示屏上看到动态视频背景。但是，在实际情况中，由于大型表演的动态舞台涉及成百上千块高分辨率显示屏，视频文件体量巨大，对每一帧源图像进行转换、复制、输出需要耗费很长的时间。因此，如果在每个显示的具体时刻进行视频帧图像的转换和输出，无法达到视频输出要求的帧速率，也就是无法实现实时视频背景显示的效果。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述显示提取输出单元包括将舞台视频背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法为：将视频分解为帧图像序列，在每一个显示时点获得对应源图像并执行步骤S1-S3：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容添加到显示屏对应的舞台屏幕控制视频文件；

S4、需要显示的时候显示控制器读取包含所有时点的舞台屏幕控制视频文件并输出到显示屏。

在每个显示时点，在步骤S32中将分割区域内容添加到舞台屏幕控制视频文件；需要显示的时候再将包含所有时点的舞台屏幕控制视频文件输出到显示控制器。也就是在表演之前完成源视频的转换和存储；在表演进行的时候，直接将已经处理好的舞台屏幕控制视频文件输出到显示控制器，从而可以实现大型表演动态舞台的视频背景显示效果。

在将源视频文件转换为舞台屏幕控制视频文件时，最重要的是保持舞台屏幕控制视频文件与显示屏显示的时间和空间关系相一致：时间一致是指每个舞台屏幕控制视频文件是不同显示时点显示内容顺序排列构成的，而空间一致是指每个舞台屏幕控制视频文件都是与舞台空间中具体的显示屏相对应的，只包含在对应显示屏中的显示内容。舞台屏幕控制视频文件完全不同于源视频，如果在普通电脑上直接播放舞台屏幕控制视频文件将会是琐碎凌乱难以理解的，但是如果输出到动态舞台的显示控制器，就可以正确控制显示屏的输出，多个显示屏的组合就可以显示正确的视频背景。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在步骤S3之前，将源图像读入源内存；在步骤S3中，从源图像中分割出显示屏对应分割区域的方法为：为显示屏分配目标内存空间，根据显示屏在源图像中的对应分割区域中每个像素点相对于图像原点的偏移量，获得该分割区域对应的源内存地址空间，并将地址空间内容按照显示屏像素点顺序复制到目标内存。

图6展示了根据本发明实施例的一种具体实现方式进行源图像分割转换的数据流图。如图6所示，要进行动态舞台数字显示映射时，首先将帧图像读入源内存，源内存内容在所有显示屏处理显示期间保持不变。得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域后，由该分割区域可以计算得到区域中每个像素点相对于图像原点的偏移量，从而可以得到该像素点对应的源内存地址。分割区域中所有像素点对应的源内存地址单元组合在一起就构成了该分割区域对应的源内存地址空间。分割区域对应的源内存地址空间有可能是源内存中的一块连续地址空间，如图6中的分割区域2所示；也可能是源内存中一些离散的地址空间，如图6中的分割区域1所示。获得每块显示屏对应的分割区域源内存地址空间后，需要将该地址空间的内容按照显示屏像素点的顺序复制到目标内存，使得目标内存的内容与舞台显示屏在空间上保持一致性。最后将目标内存的内容输出到显示控制器。

图7展示了根据本发明实施例的一种具体实现方式进行源视频背景分割转换的数据流图。图像和视频背景转换的主要区别在于视频背景转换在表演之前完成源视频的转换并存储到舞台屏幕控制视频文件；在表演进行的时候，直接将已经处理好的舞台屏幕控制视频文件输出到显示控制器。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，还包括对分割区域进行图像编辑的步骤。

在显示屏显示过程中，经常需要对源内存的内容进行变换处理，也就是显示屏输出内容并非对源图像的简单复制，此时需要通过处理器将源内存的分割区域内容进行相应变换，如旋转、调色、缩放等图像编辑。例如，如果源图像对应分割区域与显示屏分辨率不一致，则需要对复制到目标内存空间的分割区域进行缩放，使得缩放后的分割区域与显示屏分辨率一致。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，将所有显示屏根据所处位置分组，将每组显示屏的显示控制器合并，在步骤S3中，为每组显示屏分配目标内存空间，按照显示屏排列顺序将组内每块显示屏对应分割区域复制到目标内存空间，最后将目标内存空间中的存储内容输出到该组显示屏的显示控制器。

大型表演动态舞台面临的一个难题是对大量显示屏显示控制器的管理。最简单的情况是为每块显示屏设置一个显示控制器，但是这样就需要为每块显示屏单独设置管理程序和流程，例如，为每块显示屏分配目标内存空间，进行显示控制器的复制，然后再进行下一块显示屏的管理流程。采用这种方式，显示屏对应的目标内存空间使用完之后就可以进行回收，目标内存占用空间小，但是系统硬件和布线复杂，并且需要频繁的在各显示屏控制流程中进行切换，导致效率低下。另一种方式如图6和图7所示，为所有显示屏设置一个显示控制器，这样系统硬件结构和管理程序很简单，但是由于大型表演涉及的显示屏数量巨大，导致需要分配过大的目标内存空间；另外，将目标内存复制到显示控制器的时候，由于空间太大导致每次复制要耗费很长的时间，不能适应大型表演要求的实时显示需求。

为解决对大量显示屏显示控制器的管理问题，根据本发明实施例的一种具体实现方式，采取了将显示屏分组的方法。为了方便硬件和布线，分组的原则是根据显示屏所处的位置。虽然显示屏在演出过程中是动态变化的，但是一般来说都会在一个局部范围内运动，将位置接近的显示屏进行分组，同组的显示屏共用一个显示控制器，会带来布线的方便和简洁，简化显示控制器的硬件管理。对显示屏进行分组后，将每个分组作为分配目标内存空间以及进行显示控制器复制的基本单位，会带来时间和空间效率的均衡。在进行目标内存空间分配时，根据具体硬件资源，可以同时分配例如5个显示屏分组的目标内存空间，当某个分组处理完毕，释放所占用内存，由其他分组获取内存资源进行相应数据处理。当根据显示屏分组进行内存分配时，需要按照显示屏排列顺序将组内每块显示屏对应分割区域复制到目标内存空间，最后将目标内存空间中的存储内容输出到该组显示屏的显示控制器。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，对于具有遮挡关系的多层排列舞台，被遮挡的显示屏分组不进行目标内存复制操作；在将目标内存输出到显示控制器的过程中，直接复用位置最靠前未被遮挡的显示屏分组目标内存内容。

如图4所示，对于大型表演的立体动态舞台，升降台分为很多层次，往往具有遮挡关系。对观众来说，能看到的只是最前排的显示屏，后排的显示屏由于被遮挡，观众其实是看不到的。但是，如果被遮挡的显示屏不包含任何显示信号则会变成黑屏，黑屏在显示屏运动过程中有可能会展示出来，会极大的影响舞台背景效果。一种比较好的处理方式是后排显示屏复用前排显示屏的显示信息，这样可以获得最好的舞台背景效果。在显示屏显示过程中，对空间和时间资源的消耗主要体现在为显示屏分配目标内存，以及根据分割区域确定显示屏显示内容并将显示内容写入目标内存。根据本发明实施例的一种具体实现方式，后排显示屏复用前排显示屏的显示信息时，不进行目标内存复制操作；在将目标内存输出到显示控制器的过程中，直接复用位置最靠前未被遮挡的显示屏分组目标内存内容。这样，在为后排显示屏设置合适的显示信息的同时，极大的节约了系统的时间和空间资源。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，排列显示屏分组的输出顺序，使得对于具有遮挡关系的多层排列舞台，按照从前到后的顺序进行输出，并为对应显示屏分组分配共用目标内存空间；在步骤S3中，首先判断显示屏分组是否被遮挡，碰到被遮挡的显示屏分组，直接复用共用目标内存空间的现有内容。

对于具有遮挡关系的显示屏，后排显示屏可以复用前排显示屏的显示信息，这种情况是可以提高显示效率的。因此，为了提高动态舞台的整体显示效率，根据本发明实施例的一种具体实现方式，排列显示屏分组的输出顺序，使得对于具有遮挡关系的多层排列舞台，按照从前到后的顺序进行输出，并为对应显示屏分组分配共用目标内存空间。在步骤S3中，首先判断显示屏分组是否被遮挡，碰到被遮挡的显示屏分组，直接复用共用目标内存空间的现有内容。在显示屏输出之前，事先排列显示屏分组的输出顺序，就使得所有被遮挡的显示屏分组都可以复用前排显示信息。由于大型表演动态舞台中遮挡情况非常多，从而可以极大提高舞台的数字显示效率。

本发明提出的基于平行仿真的虚拟舞台还包括实时采集实际舞台数据的监控单元，如图2所示。根据本发明实施例的一种具体实现方式，基于平行仿真的虚拟舞台还包括运动监控单元，用于使用各种传感器测量实际舞台的运动状态数据，并进行分析比对。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，基于平行仿真的虚拟舞台还包括显示监控单元，用于在实际舞台设置采集卡，采集LED视频图像回传到虚拟舞台并进行分析比对。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称并不构成对该单元本身的限定。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，包括舞台建模单元、运动模拟单元、显示模拟单元、数据提取输出单元、显示监控单元，其中

舞台建模单元用于进行舞台仿真建模；

运动模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台运动；

显示模拟单元用于在仿真系统中模拟舞台的LED屏幕显示；

数据提取输出单元包括造型提取输出单元和运动提取输出单元和显示提取输出单元，从虚拟舞台中提取数据进行处理转换，并输出实际舞台几何造型参数、舞台机械运动参数以及舞台LED屏幕显示参数；

显示监控单元用于在实际舞台设置采集卡，采集LED视频图像回传到虚拟舞台并进行分析比对；

其中，所述显示提取输出单元包括将舞台图像背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法包括以下步骤：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容输出到显示屏的显示控制器；

S33、将显示控制器的图像内容输出到显示屏；

所述显示提取输出单元还包括将舞台视频背景映射成舞台中每块显示屏显示数据的模块，具体映射方法为：将视频分解为帧图像序列，在每一个显示时点获得对应源图像并执行步骤S1-S3：

S1、获取每块显示屏的空间位置、朝向和尺寸；

S2、确定每块显示屏对应的显示源图像，将显示屏在该显示源图像平面上展开，根据用户设置的显示屏展开后的几何形状与源图像的对应关系，得到每块显示屏在源图像中的对应分割区域；

S3、对每块显示屏循环执行以下操作：

S31、从源图像中分割出显示屏对应分割区域；

S32、将对应分割区域内容添加到显示屏对应的舞台屏幕控制视频文件；

S4、需要显示的时候显示控制器读取包含所有时点的舞台屏幕控制视频文件并输出到显示屏。

2.根据权利要求1所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，在步骤S3之前，将源图像读入源内存；在步骤S3中，从源图像中分割出显示屏对应分割区域的方法为：为显示屏分配目标内存空间，根据显示屏在源图像中的对应分割区域中每个像素点相对于图像原点的偏移量，获得该分割区域对应的源内存地址空间，并将地址空间内容按照显示屏像素点顺序复制到目标内存。

3.根据权利要求2所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，还包括对分割区域进行图像编辑的步骤。

4.根据权利要求3所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，将所有显示屏根据所处位置分组，将每组显示屏的显示控制器合并，在步骤S3中，为每组显示屏分配目标内存空间，按照显示屏排列顺序将组内每块显示屏对应分割区域复制到目标内存空间，最后将目标内存空间中的存储内容输出到该组显示屏的显示控制器。

5.根据权利要求4所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，对于具有遮挡关系的多层排列舞台，被遮挡的显示屏分组不进行目标内存复制操作；在将目标内存输出到显示控制器的过程中，直接复用位置最靠前未被遮挡的显示屏分组目标内存内容。

6.根据权利要求5所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，排列显示屏分组的输出顺序，使得对于具有遮挡关系的多层排列舞台，按照从前到后的顺序进行输出，并为对应显示屏分组分配共用目标内存空间；在步骤S3中，首先判断显示屏分组是否被遮挡，碰到被遮挡的显示屏分组，直接复用共用目标内存空间的现有内容。

7.根据权利要求6所述的一种基于平行仿真的虚拟舞台，其特征在于，还包括运动监控单元，用于测量实际舞台的运动状态数据并进行分析比对。

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