CN114096037A - 一种用户自定义灯光特效及显示特效的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自定义灯光特效的方法，包括：S11、设定灯光特效变化的子过程的初始时间和结束时间的灯光颜色；S12、在初始时间到结束时间之间设定颜色变化的曲线函数，MCU根据曲线函数将初始时间和结束时间之间的时间段离散成均匀的时间节点，同时将初始时间和结束时间之间的颜色离散成颜色帧；S13、将步骤S11中设定的初始时间和结束时间的灯光颜色、初始时间、结束时间和步骤S12中设定的曲线函数作为灯光特效文件进行存储。本发明同时提供一种显示特效的方法和设备，用户可自行设定灯光特效变化的初始时间和结束时间的灯光颜色，并可设定颜色变化的曲线函数，MCU按照曲线函数填充初始时间和结束时间之间的颜色使用户能够自由地设定灯光特效。

Description

一种用户自定义灯光特效及显示特效的方法和设备
技术领域
本发明属于影视灯光控制技术领域，更具体地说，涉及一种用户自定义灯光特效及显示特效的方法和设备。
背景技术
在广电与影视行业中，拍摄视频或者照片时经常离不开灯光的渲染。演员的补光、环境光的渲染、室内或者夜间的照明、等等。然而一些特定环境下的视频拍摄就需要利用灯光特效来营造出更加真实的场景环境，例如雷雨天场景的闪电特效，点蜡烛时的烛光特效，节日时的烟火特效。
现有技术下大部分灯光厂家都是采用内置一部分常用的灯光特效，再针对不同的特效提供一些简单的个性化设置接口给用户。例如灯光特效的频率，色温，拖尾时间。在这种情况下，存在着很大的弊端。
首先，灯体里的特效数量是固定不变的，所有的特效都是在出厂时固化在机器里的，用户只能在现有特效中寻找类似的效果来使用，如果此时用户拍摄一些厂家未曾考虑到的场景时，只能通过效果相对类似的特效来营造场景，大大降低了拍摄效果。
其次，灯光特效最重要的指标是能否更加真实的模拟实际场景，而目前灯光特效都是由厂家开发人员来实现的，开发人员对灯光特效的理解会严重影响灯光特效的实际效果，容易发生闭门造车的错误。而灯光特效的删减优化，需要经过漫长的用户反馈、分析、代码修改、测试、发布，最后以程序升级包的形式到用户手中，并且存在更新后的效果依然无法让用户满意的情况。
再者，很多优秀的影视从业者，对于现场环境的渲染与灯光特效的应用都有着独到的理解。然而目前技术下狭窄的用户自定义接口，使得此部分用户因为现有灯光设备的限制而无法发挥自己的专业能力。
为此，需要一种用户可以自定义灯光特效的技术方案。
如专利公布日为2020年11月24日，申请公布号为CN111981420A，专利名称为一种基于广播电视节目制作用的智能特效灯光设备的中国专利提出了一种技术方案，包括安装壳，所述安装壳的内腔转动连接有驱动螺杆，所述驱动螺杆上活动连接有螺纹块，所述螺纹块的下端固定连接有连接柄，所述连接柄的左部和右部均转动连接有转动齿轮。该基于广播电视节目制作用的智能特效灯光设备，通过驱动螺杆正反转动，带动螺纹块使得灯管左右往复移动，配合转动齿轮与驱动螺杆啮合转动，转杆转动时带动滑套，使得灯管前后往复移动，再配合转动齿轮转动时带动T型滑框上下运动，进而使得套管拉动拉索，使得灯管偏转运动，从而实现了灯具较为丰富的动态化展示。
申请公布日为2021年9月3日，申请公布号为CN113347754A，专利名称为一种用户可编程的LED灯光控制方法及系统的中国专利提出了另一种技术方案，采用由关键字、以及与所述关键字相应的参数组成的基于LED控制的编程语言，相比无法自定义控制或者选择模式有限的现有LED灯光控制方法，简单得实现了多种自定义灯光模式，使用者也仅仅需要按照满足基于LED控制的编程语言的语法规则进行关键字以及相应参数的输入就可以直接生成编辑文件，大大简化了现有技术中在执行相关功能前需要事先对相应函数进行声明或定义的繁琐步骤，从而使只输入若干行简单代码来对LED灯光模式进行自定义控制成为可能。
不同于上述技术方案，本发明提出了另一种技术方案。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中出现的用户难以自定义灯光特效的问题，本发明提供一种用户自定义灯光特效及显示特效的方法和设备，用户可根据规定的操作方法实现满足自己实际需求的特效，也可以将出厂时自带的特效导出后做二次修改。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种自定义灯光特效的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S11、设定灯光特效变化的子过程的初始时间和结束时间的灯光颜色；
S12、在初始时间到结束时间之间设定颜色变化的曲线函数，MCU根据曲线函数将初始时间和结束时间之间的时间段离散成均匀的时间节点，同时将初始时间和结束时间之间的颜色离散成颜色帧；
S13、将步骤S11中设定的初始时间和结束时间的灯光颜色、初始时间、结束时间和步骤S12中设定的曲线函数作为灯光特效文件进行存储。本技术方案中，用户可自行设定灯光特效变化的初始时间和结束时间的灯光颜色，并可设定初始时间到结束时间之间颜色变化的曲线函数，MCU通过读取初始时间和结束时间的灯光颜色及曲线函数，按照曲线函数填充初始时间和结束时间之间的颜色，使用户能够自由地设定灯光特效。
进一步地，所述步骤S12中的曲线函数为线性曲线、对数曲线、指数曲线和S型曲线中的任意一种。
进一步地，所述步骤S11中的若干子过程组成一个完整的灯光特效变化过程。用户可自由设定子过程的数量，从而形成更复杂多变的灯光特效变化效果。
本发明还提供一种自定义灯光特效的显示方法，包括以下步骤：
S31、读取存储的灯光特效文件；
S32、分别对计数器和设定的灯光颜色的帧数进行初始化；
S33、从灯光特效文件中读取第N帧颜色帧和第N+1帧颜色帧的数据，其中，N为正整数；
S34、按照设定的曲线函数对第N帧颜色帧和第N+1帧颜色帧之间进行插值，填充两帧之间的颜色信息；
S35、计数器累加，若计数器上的时间等于第N+1帧颜色帧对应的时间，则判断当前颜色帧是否是灯光特效文件的最后一帧，否则返回执行步骤S33；
S36、若步骤S35中的当前颜色帧是灯光特效文件中的最后一帧，则结束；若步骤S35中的当前颜色帧不是最后一帧，则对当前颜色帧的后一帧执行步骤S33。
进一步地，在步骤S35中返回步骤S33之前，计数器延时X毫秒，其中，0＜X≤100。
进一步地，在步骤S36中返回步骤S33之前，计数器延时X毫秒，其中，0＜X≤100。
本发明还提供一种自定义灯光特效及显示特效的设备，包括MCU、FLASH、LED灯珠串和菜单显示屏，其中，其中，MCU分别与LED灯珠串、FLASH、菜单显示屏通信相连，MCU驱动LED灯珠串发光，同时驱动菜单显示屏显示，MCU和FLASH之间通过SPI总线连接，MCU从FLASH中读取自定义灯光特效的方法中的特效文件并进行存储，同时MCU按照如自定义灯光特效的显示方法进行显示。
进一步地，所述MCU还设置有USB接口。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明可以让用户更加容易地创建满足自己需求的灯光特效，用户只需要关心灯光颜色或者亮度变化的初始时间点和结束时间点，中间的过度由不同的曲线插值来实现；
(2)本发明可以让用户自由地导入或者导出自定义灯光特效，不再受灯体固化灯光特效的限制；
(3)本发明可以让用户自由地优化厂家出厂自带的灯光特效，满足用户的个性化需求。
附图说明
图1为本发明中的彩灯菜单示意图；
图2为本发明中的彩灯特效子菜单示意图；
图3为本发明中的彩灯控制原理图框图；
图4为本发明中的灯光特效基本原理示意图；
图5为本发明中的灯光特效插值函数示意图；
图6为本发明中的灯光特效插值实例示意图；
图7为本发明中的简单警灯特效的用户插入帧示意图；
图8为本发明中的彩灯特效用户设置菜单示意图；
图9为本发明中的灯光特效文件；
图10为本发明中的彩灯系统菜单示意图；
图11为本发明中的灯光特效显示流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
图1和图2所示为彩灯用户控制菜单，如图2所述，在菜单中进入特效子菜单，可以选择如闪电、火光、烛光等出厂预设的特效，也可以在用户模式下自定义特效。在图1所示的菜单中还可以调节彩灯的CCT(correlated color temperature，相关色温)，选择调节彩灯色彩的HSI(Hue-Saturation-Intensity，色调、饱和度、强度)模式和RGB模式，当然有些彩灯还会提供CIExyY(Commission International Eclairage，其中，xy是色坐标，Y是亮度)模式或者其他调节菜单。本实施例中在描述灯光特效色彩时使用HSI模式。
图3为本发明的彩灯控制原理框图，其中，MCU分别与LED灯珠串、FLASH、菜单显示屏通信相连，MCU驱动LED灯珠串发光，同时驱动菜单显示屏显示，MCU和FLASH之间通过SPI总线连接，MCU从FLASH中读取出厂预设的特效文件并进行存储，此外MCU上还连接有USB接口、按键和旋钮，为了实现自定义灯光特效，需要在MCU上运行FreeRTOS实时操作系统，比如STM32F4系列的MCU。
为了能够更好地描述用户自定义灯光特效的原理，我们首先将一个独立的灯光特效过程命名为灯光特效变化的子过程，若干个灯光特效变化的子过程组合成一个完整的灯光特效变化过程，将一个完整的灯光特效变化过程看成一个时间轴，时间是个连续量，为了插值计算，需要把时间离散处理成一个个的时间点，即将该时间轴按照固定时间间隔分割成若干个时间点，灯光颜色只在每个点上才发生改变，如此每个时间点对应一个灯光的颜色，每个时间点类似于视频中的帧的概念，下面的描述以帧或颜色帧来描述灯光的颜色。如图4所示，在时间T1处用户插入帧1，颜色为A；在T2处用户插入帧2，颜色为B；在T1和T2用户插入的两帧之间的过渡需要利用曲线插值的方法做填充。根据用户的需求两帧之间的过渡可能存在先急后缓，先缓后急或者线性变化等区别，由此需要提供不同的曲线函数，图5示出了各种不同的曲线函数，其中，曲线M1是线性曲线，曲线M2是对数曲线，曲线M3是指数曲线，曲线M4是S型曲线。用户在创建灯光特效时，只需要设置颜色或者亮度变化的起始帧与结束帧，如图6所示，红色亮度由0递增到100，用户在自定义时间点上插入两帧后，中间的过渡帧由对数曲线运算填充，这样便可完整地表示灯光变化的效果。其中，用户在每一个子过程的初始时间和结束时间所插入的灯光颜色(为了便于描述，可以将用户在初始时间设定的灯光颜色命名为起始颜色帧或起始帧，将用户在结束时间插入的灯光颜色命名为结束颜色帧或结束帧)以及初始时间、结束时间和用户选择设定的曲线函数作为灯光特效文件存储，MCU读取灯光特效文件，可以获取用户在初始时间所设定的起始颜色帧和结束时间所插入的结束颜色帧，以及初始时间、结束时间和用户设定的曲线函数。MCU可读取用户设定的起始颜色帧和结束颜色帧，并在起始颜色帧和结束颜色帧之间利用用户设定的曲线函数得到离散的颜色帧，来填充起始颜色帧和结束颜色帧之间的颜色信息；同时MCU将初始时间和结束时间之间的时间离散成均匀的时间节点。
如图4所示，在T1到T2这段时间，灯光颜色发生变化，需要在T1插入帧1，即颜色A，在T2插入帧2，即颜色B，并且在T1到T2这段时间内设置好曲线插值的函数，那么在T1到T2这段时间，颜色从A变到B，并且变化的趋势按照设定的函数来变化。在T2到T3这段时间，灯光颜色保持不变，在T2时间点的颜色为B的情况下，在T3插入的帧3的颜色也为B，在T1到T2这段时间内做插值，插值函数为水平直线函数，由于T1和T2这两个时间点的颜色相同，插值的所有值都是这个颜色，即T1到T2这段时间内的颜色变化函数为水平直线函数，因此在该时间段内颜色也不发生变化。在T3时间，如果希望灯光颜色发生突变，即没有任何过渡地变化，则在T3分别插入相邻的帧3和帧4，这两帧颜色不同，帧3的颜色为B，帧4的颜色为C，而且由于该两帧相邻，所以无需进行曲线插值运算，那么在T3时间之后，颜色就从B突变为C。从T1到T3，颜色从A按照用户设定的曲线变化到C，即可实现一个完整动态的灯光特效。
下面将以警灯特效为例说明自定义灯光特效的生成过程。一个简单的警灯特效：红灯快闪两次，红灯单次点亮时长为100毫秒，两次闪烁间隔100毫秒，闪烁完成后停顿300毫秒；蓝灯快闪两次，蓝灯单次点亮时长为100毫秒，两次闪烁间隔100毫秒，闪烁完成后停顿100毫秒，灯光按照此规律循环显示。
第一步，需要先根据警灯的显示规律创建一个灯光特效文件。根据对警灯效果的理解，从图7可以看出，单次完整的警灯特效需要1000毫秒，为了保证红灯点亮100毫秒不变，需要在0毫秒与100毫秒分别插入两帧红色，中间的插值结果默认红色不变。为了保证红灯点亮100毫秒后熄灭需要在101毫秒处插入1帧黑色，两帧相邻不做曲线插值运算。以此类推用户总计需要插入16个灯光颜色，此16个灯光颜色对应不同的时间点分别是：
1.0毫秒：红色(0,100,50)；
2.100毫秒：红色(0,100,50)；
3.101毫秒：黑色(0,0,0)；
4.200毫秒：黑色(0,0,0)；
5.201毫秒：红色(0,100,50)；
6.300毫秒：红色(0,100,50)；
7.301毫秒：黑色(0,0,0)；
8.600毫秒：黑色(0,0,0)；
9.601毫秒：蓝色(240,100,50)；
10.700毫秒：蓝色(240,100,50)；
11.701毫秒：黑色(0,0,0)；
12.800毫秒：黑色(0,0,0)；
13.801毫秒：蓝色(240,100,50)；
14.900毫秒：蓝色(240,100,50)；
15.901毫秒：黑色(0,0,0)；
16.1000毫秒：黑色(0,0,0)。
第二步，设计好灯光特效后在如图8所示的灯光特效用户子菜单中点击“插入帧”后，在空白输入框内分别填入时间信息，颜色HSI信息，由于这个警灯特效的曲线插值结果都是默认的，所以可以不用设置曲线模式。通过点击“播放”按钮在预览框内看到灯光特效效果，确认完成后点击“生成”按钮可得到如图9所示的灯光特效文件。其中，[H]是色度，[S]是饱和度，[I]是强度，[T]表示时间，在本实施例中对应图8中的时间，[M]是指曲线代码，“0”指默认插值结果。生成的灯光特效文件会自动在FLASH中保存。
此外用户可以利用如图10所示的系统子菜单中的“灯效导出”功能，将出厂预设的灯光特效导出，具体可采用U盘等方式。在如图8所示的灯光特效用户子菜单中点击“导入灯效”功能将出厂预设的灯光特效导入到灯光特效制作菜单中，再进行灯光特效的调整与优化，生成新的灯光特效文件保存在FLASH中。
另外，如图8所示的子菜单页面也可以是一个上位机灯光特效制作软件界面。用户同样可以在电脑端设计灯光特效，最终将生成的灯光特效文件放入U盘内，通过USB接口在系统子菜单选择“灯效导入”功能。如图3所示，MCU通过USB接口读取U盘内的灯光特效文件，并将灯光特效文件通过SPI总线拷贝到FLASH中保存。用户也同样可以将出厂预设的灯光特效通过U盘导出后在电脑端对灯光特效进行调整。
上述第一步和第二步是用户进行灯光特效的设置过程，下面的第三步是MCU如何将用户设定的灯效文件显示出来，具体如下：
第三步，如图11所示，图11示出了一个完整的设定灯光特效及显示特效的流程，具体包括以下步骤：步骤S1：通过SPI总线将FLASH里对应的灯光特效文件读取出来，并缓存在系统内存中。步骤S2：状态初始化，即对计数器和设定的灯光颜色的帧数进行初始化，具体地说是将计数器T的数值设置为0，N设置为1，其中，N是用户插入帧的序号，起始帧为用户插入帧1，即N≥1。计数器T的作用是利用计数器实现一个秒表功能用于模拟时间轴上的时间变化，以便在灯光变化的这段时间的各个时间点上离散地显示各个时间点对应的颜色，同时也便于MCU读取当前时间对应的颜色。步骤S3：从如图9所示的灯光特效文件中取出第N帧与第N+1帧的数据。步骤S4：按照用户选定的曲线进行插值，填充两帧之间的颜色信息。但是由于MCU资源有限，无法保证能够保存两帧之间所有过度帧的颜色信息，所以为了保证数据完整性，步骤S4的插值结果只取当前计数器T所在帧的颜色信息。步骤S5：根据计数器T显示对应帧上的灯光颜色。步骤S6：计数器T加1。步骤S7：判断T是否等于第N+1帧的时间信息，如果不等于则循环进入步骤S3；如果相等则进入步骤S8：判断N+1帧是否是用户插入的最后一帧，如果不是最后一帧，则进入步骤S10：N＝N+1后再进循环进入步骤S3；如果是最后一帧，表示该特效已经完整显示结束。对于整个时间轴而言，每一帧的时长都是固定的，为X毫秒，其中，0毫秒＜X≤100毫秒，为了消除流程运算带来的时间误差就在整个流程中加入了步骤S9：绝对延时X毫秒，从而保证整个流程每X毫秒运行一次的循环任务，其中，0毫秒＜X≤100毫秒，在本实施例中，X为1，即绝对延时1毫秒。

Claims (8)

1.一种自定义灯光特效的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S11、设定灯光特效变化的子过程的初始时间和结束时间的灯光颜色；
S12、在初始时间到结束时间之间设定颜色变化的曲线函数，MCU根据曲线函数将初始时间和结束时间之间的时间段离散成均匀的时间节点，同时将初始时间和结束时间之间的颜色离散成颜色帧；
S13、将步骤S11中设定的初始时间和结束时间的灯光颜色、初始时间、结束时间和步骤S12中设定的曲线函数作为灯光特效文件进行存储。
2.根据权利要求1所述的自定义灯光特效的方法，其特征在于：所述步骤S12中的曲线函数为线性曲线、对数曲线、指数曲线和S型曲线中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的自定义灯光特效的方法，其特征在于：所述步骤S11中的若干子过程组成一个完整的灯光特效变化过程。
4.一种自定义灯光特效的显示方法，其特征在于：包括以下步骤：
S31、读取存储的灯光特效文件；
S32、分别对计数器和设定的灯光颜色的帧数进行初始化；
S33、从灯光特效文件中读取第N帧颜色帧和第N+1帧颜色帧的数据，其中，N为正整数；
S34、按照设定的曲线函数对第N帧颜色帧和第N+1帧颜色帧之间进行插值，填充两帧之间的颜色信息；
S35、计数器累加，若计数器上的时间等于第N+1帧颜色帧对应的时间，则判断当前颜色帧是否是灯光特效文件的最后一帧，否则返回执行步骤S33；
S36、若步骤S35中的当前颜色帧是灯光特效文件中的最后一帧，则结束；若步骤S35中的当前颜色帧不是最后一帧，则对当前颜色帧的后一帧执行步骤S33。
5.根据权利要求4所述的自定义灯光特效的显示方法，其特征在于：在步骤S35中返回步骤S33之前，计数器延时X毫秒，其中，0＜X≤100。
6.根据权利要求4所述的自定义灯光特效的显示方法，其特征在于：在步骤S36中返回步骤S33之前，计数器延时X毫秒，其中，0＜X≤100。
7.一种自定义灯光特效及显示特效的设备，其特征在于：包括MCU、FLASH、LED灯珠串和菜单显示屏，其中，其中，MCU分别与LED灯珠串、FLASH、菜单显示屏通讯相连，MCU驱动LED灯珠串发光，同时驱动菜单显示屏显示，MCU和FLASH之间通过SPI总线连接，MCU从FLASH中读取如权利要求1-3中任一权利要求所述的自定义灯光特效的方法中的特效文件并进行存储，同时MCU按照如权利要去4-6中任一权利要求所述的自定义灯光特效的显示方法进行显示。
8.根据权利要求7所示的自定义灯光特效及显示特效的设备，其特征在于：所述MCU还设置有USB接口。
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