CN113923377A - 一种led环幕虚拟制片系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED环幕虚拟制片系统，涉及虚拟制片的技术领域，通过LED主控服务器以及渲染服务器将3D虚拟场景投影至LED环幕上，并通过与虚拟相机位置匹配的真实相机来拍摄LED环幕形成最终画面，解决了采用搭建实体场景的现有制片系统中自然环境不可控带来的拍摄限制，大大缩短了拍摄周期、节约了拍摄成本，也解决了置景报废造成巨大浪费的问题，相比现有采用搭建绿幕环境的制片系统，解决了表演内容可视化差的问题，让导演和演员实时看到表演的内容和画面，同时也减少了后期制作的难度与工作量，实现后期前置。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟制片的技术领域，特别涉及一种LED环幕虚拟制片系统。
背景技术
现有制片系统以现场置景拍摄加后期制作为主，例如日常生活类的电影、剧集、综艺等节目以现场搭建实体场景为主进行拍摄，后期为辅，而非日常生活类的电影、剧集、综艺等节目以现场搭建绿幕环境为主进行拍摄，后期为主。
两种传统的制片流程中存在诸多的限制与不可控因素，采用搭建实体场景的制片系统进行野外采景时，往往因为野外自然环境影响到拍摄效果、成本以及周期，且自然环境还具有不可控的特点，这对拍摄一些对天气、地域、时间等条件要求较高的特定场景，造成了不小难度。例如要拍摄一个黄昏镜头，成败往往就在一瞬间，如果没拍不好，就会造成周期延长、资金浪费等问题；例如需要在夏天实地拍摄雪景，寻找一处下雪且符合设定场景的地点，也会造成人力、物力的消耗。此外搭建实体场景拍摄完成后，很大一部分的置景会拆掉报废，无法再次使用从而造成巨大的浪费。
采用绿幕拍摄环境进行制片目前较为成熟，但因为需要后期制作，故拍摄现场看不到最终想要呈现的画面，演员在拍摄时需要根据导演描述进行表演，而导演依据感觉指导演员表演，而后期制作需要按照演员表演内容进行，如果两方沟通反馈不佳也会影响到最终效果的呈现。此外，绿幕环境下，还存在金属、玻璃、水等高反射物无法实时获得正确的自然反射、后期工作量大、难度高等问题。
发明内容
本发明的目的就是解决背景技术中提到的问题，提出一种LED环幕虚拟制片系统。
为实现上述目的，本发明提出了一种LED环幕虚拟制片系统，包括：LED主控服务器、渲染服务器、LED模组处理器、LED环幕、摄影及显示设备；摄影及显示设备与LED主控服务器通讯连接，LED主控服务器与渲染服务器通讯连接，渲染服务器与LED处理器通讯连接，LED模组处理器与LED环幕通讯连接；LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器；渲染服务器对3D虚拟场景进行渲染并通过LED模组处理器输出至LED环幕；摄影及显示设备将真实相机的空间位置实时传输至虚拟相机，从而使虚拟相机同步跟随真实相机的空间位置，实现真实相机与虚拟相机空间位置匹配。
可选的，所述渲染服务器对3D虚拟场景进行渲染并通过LED模组处理器输出至LED环幕具体包括以下步骤：将已分割的画面分配给指定显卡；控制每个显卡中多个渲染实例对指定画面进行渲染；对显卡、实例进行同步控制，保证同时同帧渲染；将渲染好的画面进行拼接输出。
可选的，在LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器之前还包括以下步骤：获取LED模组处理器参数，根据LED模组处理器参数对LED环幕进行排序设置；获取渲染服务器中各显卡参数，根据显卡参数对显卡进行排序设置。
可选的，还包括：无线跟焦器，获取真实相机焦点并将真实相机焦点变化接入到3D虚拟场景的虚拟相机中，实现真实相机与虚拟相机的焦点匹配。
可选的，还包括：无线手柄，与LED主控服务器通讯连接来控制3D虚拟场景的视角。
可选的，还包括：摄影灯光设备以及摄影灯控台，所述摄影灯控台用于统一控制所有摄影灯光设备以实现灯光匹配。
可选的，所述LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器还包括：将LED主控服务器上更改的任何内容实时同步到渲染服务器，从而实现实时控制。
可选的，还包括：对LED环幕产生的物理色差进行补偿中和，以实现LED环幕颜色统一。
可选的，还包括：将虚拟相机画面与真实相机画面进行匹配校准。
可选的，在渲染画面完成后，将画面进行异型屏形状匹配变形。
本发明的有益效果：
综上所述，本发明实施例一种LED环幕虚拟制片系统，通过LED主控服务器以及渲染服务器将3D虚拟场景投影至LED环幕上，并通过与虚拟相机位置匹配的真实相机来拍摄LED环幕形成最终画面，解决了采用搭建实体场景的现有制片系统中自然环境不可控带来的拍摄限制，大大缩短了拍摄周期、节约了拍摄成本，也解决了置景报废造成巨大浪费的问题，相比现有采用搭建绿幕环境的制片系统，解决了表演内容可视化差的问题，让导演和演员实时看到表演的内容和画面，同时也减少了后期制作的难度与工作量，实现后期前置。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种LED环幕虚拟制片系统的架构示意图。
图中：1-LED环幕、2-LED模组处理器、3-网线、4-渲染服务器、5-DP接口线、6-光纤接口线、7-网络交换机、8-LED主控服务器、9-无线路由器、10-摄影灯光设备、11-摄影灯控台、12-无线手柄、13-显示器、14-SDI接口线、15-摄影机、16-无线跟焦器、17-定位设备。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
请参考图1，本发明实施例一种LED环幕虚拟制片系统，包括以下硬件：LED环幕1、LED模组处理器2、渲染服务器4、网络交换机7、LED主控服务器8、摄影机15、显示器13、定位设备17。
请参考图1，其中LED环幕1是由多个LED模组拼接组成，并具有一定弧度和高度。在本发明一优选实施例中，LED环幕的弧度为270°、高度为6m。此外，在本发明一实施例中，为了更好的拍摄效果，还设有LED顶幕，LED顶幕也由多个LED模组拼接组成，并匹配安装在整个LED环幕上方，例如在拍摄一些具有天空的特定场景时，LED顶幕能增加整个场景的空间维度，从而达到更好得拍摄效果。
在存在LED环幕以及LED顶幕的情况下，因为顶幕与环幕的交接处为角度垂直的异型屏。在顶幕和环幕交接处的内容不是一条直线，而是折线。为了做到虚拟世界中无限高、无限远的效果，在一优选实施例中，在渲染画面完成后，通过将相机视角的画面投影到对应平面上来将画面进行异型屏形状匹配变形，让虚拟场景与顶幕和环幕交接处都为一条直线。
LED模组的像素间距为LED模组的参数，决定了最终显示画面的显示效果，在本发明一优选实施例中，所述LED模组的像素间距为2.0mm，使LED环幕上的画面具有较高的分辨率以及较好的显示效果。
请参考图1，LED模组处理器2通过网线3与LED模组匹配连接，多个LED模组拼接组成LED环幕1，可以理解为一个LED模组处理器2加多个LED模组就组成了一个独立LED显示区域，就是大家常见的电视机的概念，整个LED环幕可以被视为由几十个独立的LED显示区域组成，每个显示区域由一个LED模组处理器2进行控制。在优选实施例中，网线3为超六类网线，超六类网线具有传输率、带宽高的优点，能提升整个LED环幕虚拟制片系统的实时性。
请参考图1，渲染服务器4通过DP接口线5与每个LED模组处理器2进行匹配连接，更具体地说，每个LED模组处理器2通过DP接口线5连接到渲染服务器4中的相应显卡上，其中一个LED模组处理器可以对应连接一张显卡，从而实现渲染服务器将3D虚拟场景输出到LED环幕以及顶幕上。在优选实施例中，所述DP接口线为DP1.4接口线。
请参考图1，网络交换机7负责将所有需要网络数据连接、通讯的设备进行连接，形成系统局域网。而具有对渲染服务器4进行数据同步、渲染内容调整、远程控制功能的LED主控服务器8通过网络交换机7与渲染服务器4通讯连接，具体的，LED主控服务器8通过光纤接口线6与网络交换机7的接口相连，渲染服务器4也通过光纤接口线6与网络交换机7的接口相连。
请参考图1，摄影及显示设备包括摄影机15以及显示器13，其中摄影机15上设有定位设备17，所述定位设备17通过网线3与网络交换机7连接，显示器13通过SDI接口线14与摄像机连接，所述定位设备17负责真实相机与虚拟相机的空间位置匹配。
在通过上述硬件架构组成的一种LED环幕虚拟制片系统进行制片拍摄时，需要先在主控服务器上载入制作好的3D虚拟场景，其中，3D虚拟场景可以是将真实世界迁移到虚拟引擎的3D空间中形成的，也可以采用完全虚拟的场景。LED主控服务器8将需要渲染的3D虚拟场景通过光纤接口线6以及网络交换机7的物理路径同步至渲染服务器4，由于上述过程中会涉及到不同硬件的不同接口、不同软件的不同接口，故需要将软硬件各种不同的接口协议、通讯协议进行匹配对接以及相应的数据转换，这些都可通过多协议多网络数据通讯系统来实现。
通过将所需渲染的内容及时同步到渲染服务器4上，保证了渲染内容的一致性，同时也杜绝了渲染服务器4上出错无法排查的问题，所有问题都会在主控服务器上进行解决，保证渲染服务器4上渲染内容的正确性。
同步完成后，通过向渲染服务器4发生启动指令，从而使渲染服务器4对3D虚拟场景进行渲染，并通过DP接口线5的物理路径传输至LED模组处理器，再通过网线以及网络交换机7的物理路径最终输出至LED环幕，由于上述数据传输过程中也会涉及到不同硬件的不同接口、不同软件的不同接口，同理也需要通过多协议多网络数据通讯系统进行软硬件各种不同的接口协议、通讯协议进行匹配对接以及相应的数据转换，在此不再赘述。
在一实施例中，由于LED环幕由几千块LED模组组成，面积和分辨率都十分巨大，任意单台机器单个显卡单个实例都无法实现巨大画面的实时渲染，且多机多显卡多实例产生的画面分布在不同空间和时间对上，也就是各个实例进行独立渲染的，如果不进行同步控制，最终产生的画面会存在各种接缝、不对齐、撕裂问题。
故渲染过程中先将画面拆分成每个显卡上每个实例可渲染的画面大小，然后将已分割的画面分配给指定显卡，再控制每个显卡中多个渲染实例对指定画面进行渲染；同时控制所有实例进行同步渲染以此保证渲染画面的准确性以及完整性；最后将所有分割渲染的画面拼接为一张巨型的画面。
在一实施例中，在LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器之前，还可以对LED环幕的显示区域进行相应调整，例如可调整渲染服务器中某个主机或某个显卡负责对某块显示区域的渲染，具体包括如下步骤：获取LED模组处理器参数，根据LED模组处理器参数对LED环幕进行排序设置；获取渲染服务器中各显卡参数，根据显卡参数对显卡进行排序设置。
在采用摄影机15拍摄LED环幕时，定位设备17用于将真实相机的空间位置实时传输至虚拟相机，从而使虚拟相机同步跟随真实相机的空间位置，实现真实相机与虚拟相机空间位置匹配，如果没有虚拟相机，只用真实相机拍摄时，LED环幕中的画面不会跟随真实相机空间位置的改变而变化，如果有虚拟相机，这个虚拟相机的位置和现实中的真实相机的位置是匹配的，真实相机动，虚拟相机跟着动，那最后在显示器上呈现画面可以进行实时匹配，解决了在拍摄过程中需手动调整3D虚拟场景的不便。
需要说明的是，从虚拟相机和真实相机这两个位置看过去的景是一样的，在LED环幕虚拟制片系统中是将这两种相机进行了结合，一个在实一个在虚，但其空间位置一致的，拍摄出来的画面是一致的。
在影视剧中，我们经常会看到一些人物或者物体很清晰，背景却很模糊的效果。这个就是相机焦点位置变化形成的，相机的焦点在什么位置，那个位置就比较清晰。但在LED环幕虚拟制片系统中，由于物理空间的关系，真实相机的焦点只能对到LED屏幕上，至于屏幕里面的3D虚拟场景的焦点是无法跟进去的，有这样的限制很多场景就没法拍摄，虚拟与真实无法真正的实现融合。
为了解决上述焦点匹配问题，在一实施例中，LED环幕虚拟制片系统还设有无线跟焦器16，所述无线跟焦器16用于获取真实相机焦点数据并将真实相机焦点的相应变化通过无线路由器9传输至3D虚拟场景的虚拟相机中，实现真实相机与虚拟相机的焦点匹配。从而当真实相机焦点快到达LED屏幕的时候，焦点就会在3D虚拟场景中进行接续延申，达到真实与虚拟世界真正融合的效果。
本发明实施例的LED环幕虚拟制片系统中的光源有以下几种，第一种为LED环幕本身亮度带来的照明光源，这种光源是符合自然光照明的，带有环境的反射以及色彩；第二种为LED环幕3D虚拟场景中虚拟灯光设备的灯光，包括用来提供LED环幕所需的灯光亮度与色彩的位于LED环幕局部区域处通过程序化生成的自发光面片；第三种为真实世界中的灯光设备。
请参考图1，为了更好地使LED环幕3D虚拟场景中的灯光与真实世界灯光相匹配，在一实施例中，LED环幕虚拟制片系统还设有摄影灯光设备10以及摄影灯控台11，其中摄影灯光设备10通过网线与无线路由器9相连并与LED环幕3D虚拟场景中虚拟灯光设备相匹配，摄影灯控台11也通过网线与无线路由器9相连。摄影灯控台11用于同时控制虚拟与真实的灯光设备，以达到虚拟与真实场景灯光系统统一的色调。
在拍摄真实世界时，外界环境的色彩以及亮度是无法更改的，一般是通过改变相机参数来实现特定的拍摄效果。但在本发明实施例的LED环幕虚拟制片系统中，场景可以变化、灯光可以变化、颜色可以变化，和场景有关的都可以变化，这就和传统的拍摄方式截然不同了。
与拍摄自然界物体不同，LED屏幕本身是有亮度、色域等色彩指标。为了拍摄出与在自然界中拍摄同等的效果，在一实施例中，还设有LED环幕虚实相机画面校色系统，通过LED环幕虚实相机画面校色系统将虚拟相机画面与真实相机画面进行匹配校准，从而完成两个环境之间的匹配，以达到以假乱真的效果。
由于LED模组是由三色灯珠组成的，从不同角度看，颜色会有偏差，属于物理颜色偏差，尤其是本发明实施例一种LED环幕虚拟制片系统中顶幕以及环幕横跨很大空间范围，也存在一定的角度变化，在一些特定场景下可能会存在一定的色彩偏差，为了实现LED环幕颜色统一，在一实施例中，通过LED环幕物理校色系统对LED环幕产生的物理色差进行补偿中和，以实现LED环幕颜色统一。
进行拍摄时，可能会遇到导演或美术要求对LED环幕中的3D虚拟场景进行修改的情况，一般情况下，可以通过关掉LED环幕，调整LED主控服务器中的3D虚拟场景后再投屏来解决该问题，但这个时间不好评估，不能做到实时响应，在一优选实施例中，通过LED环幕远程实时控制系统将LED主控服务器上更改的任何内容实时同步到渲染服务器，在不关闭LED环幕的前提下进行远程实时场景的修改与调整，具体的，可通过无线手柄12，来控制3D虚拟场景的视角。
综上所述，本发明实施例一种LED环幕虚拟制片系统，通过LED主控服务器以及渲染服务器将3D虚拟场景投影至LED环幕上，并通过与虚拟相机位置匹配的真实相机来拍摄LED环幕形成最终画面，解决了采用搭建实体场景的现有制片系统中自然环境不可控带来的拍摄限制，大大缩短了拍摄周期、节约了拍摄成本，也解决了置景报废造成巨大浪费的问题，相比现有采用搭建实体场景以及搭建绿幕环境的制片系统，解决表演内容可视化差的问题，让导演和演员实时看到表演的内容和画面，减少后期制作的难度与工作量，实现后期前置。
上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，包括LED主控服务器、渲染服务器、LED模组处理器、LED环幕、摄影及显示设备；摄影及显示设备与LED主控服务器通讯连接，LED主控服务器与渲染服务器通讯连接，渲染服务器与LED处理器通讯连接，LED模组处理器与LED环幕通讯连接；LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器；渲染服务器对3D虚拟场景进行渲染并通过LED模组处理器输出至LED环幕；摄影及显示设备将真实相机的空间位置实时传输至虚拟相机，从而使虚拟相机同步跟随真实相机的空间位置，实现真实相机与虚拟相机空间位置匹配。
2.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，所述渲染服务器对3D虚拟场景进行渲染并通过LED模组处理器输出至LED环幕具体包括以下步骤：将已分割的画面分配给指定显卡；控制每个显卡中多个渲染实例对指定画面进行渲染；对显卡、实例进行同步控制，保证同时同帧渲染；将渲染好的画面进行拼接输出。
3.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，在LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器之前还包括以下步骤：获取LED模组处理器参数，根据LED模组处理器参数对LED环幕进行排序设置；获取渲染服务器中各显卡参数，根据显卡参数对显卡进行排序设置。
4.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，还包括：无线跟焦器，用于获取真实相机焦点并将真实相机焦点变化接入到3D虚拟场景的虚拟相机中，实现真实相机与虚拟相机的焦点匹配。
5.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，还包括：无线手柄，与LED主控服务器通讯连接并用于控制3D虚拟场景的视角。
6.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，还包括：摄影灯光设备以及摄影灯控台，所述摄影灯控台用于统一控制所有摄影灯光设备以实现灯光匹配。
7.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，所述LED主控服务器将需要渲染的3D虚拟场景同步至渲染服务器还包括：将LED主控服务器上更改的任何内容实时同步到渲染服务器，从而实现实时控制。
8.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，还包括：对LED环幕产生的物理色差进行补偿中和，以实现LED环幕颜色统一。
9.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，还包括：将虚拟相机画面与真实相机画面进行匹配校准。
10.根据权利要求1所述的LED环幕虚拟制片系统，其特征在于，在渲染画面完成后，将画面进行异型屏形状匹配变形。
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2021
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