DE10063980A1 - Virtual observing animation / Berechnete Beobachter Bewegung - Google Patents
Virtual observing animation / Berechnete Beobachter BewegungInfo
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Abstract
Anstelle einer realen Bewegung einer Film- oder Videokamera auf Schienen oder mit einem Kran im Raum wird eine virtuelle (gedachte) Kamera in einem virtuellen Abbild des Raumes bewegt. Die Perspektive dieser virtuellen Kamera wird im virtuellen Abbild (dreidimensionaler Film) des realen Raumes in Mono- oder Stereobilder berechnet. DOLLAR A Der dreidimensinale virtuelle Raum wird aus zahlreichen zweidimensionalen Bildern realer, synchronisierten Kameras berechnet. Diese realen Kameras müssen alle an bekannten Positionen mit bekannter Perspektive positioniert werden. DOLLAR A Die Bewegung der virtuellen Kamera kann vor, gleichzeitig oder nach der Aufnahme des realen Raumes festgelegt werden. Es kann auch dem Betrachter die Möglichkeit der individuellen Kamerabewegung eingeräumt werden. DOLLAR A Die Zeit im virtuellen Raum kann in Realzeit, beschleunigt, verlangsamt oder eingefroren werden. Nicht alle Gegenstände und Personen müssen die gleiche Zeitbasis haben. DOLLAR A Es können auch Gegenstände aus dem virtuellen Raum entfernt oder eingefügt werden. Größenverhältnisse können verändert und verschiedene Räume und Gegenstände können kombiniert werden.
Description
Patentiert wird das Prinzip, das die Perspektive eines bewegten Beobachters (Kamera
bewegung) in einem realen Raum nicht wie herkömmlich durch Bewegung einer realen
Kamera erhalten wird, sondern durch Berechnung einer gedachten Bewegung (virtueller
Kamerabewegung) in einem virtuellen Abbild des realen Raumes.
Dieser dreidimensionale virtuelle Raum (oder der relevante Teil dieses Raumes) wird aus
den zweidimensionalen Bildern zahlreicher fest verankerter Kameras in dem realen Raum
berechnet.
Der Betrachter sieht also eine Folge von Bildern (Film, Video, Internet etc.), die nicht
von der Stelle aufgenommen wurden von der er sie sieht. Vielmehr wird aus einem
virtuellen Raum mit einer virtuellen Kameraposition die gedachte Perspektive berechnet.
Dabei ist entscheidend, dass das subjektive Bild der gedachten virtuellen Kamera nicht
aus einer Mischung real gefilmter Bilder erhalten wird, sondern das aus den Bildern der
realen Kameras ein virtueller dreidimensionaler Raum berechnet wird, und die virtuelle
Kamera diesen virtuellen Raum betrachtet.
Anstelle einer Kamerabewegung können auch zwei Bewegungen mit konstantem Abstand
berechnet werden. So erhält man eine dreidimensionale virtuelle Kamerabewegung.
Im Gegensatz zu einer realen Bewegung eines realen Beobachters (Kamera) im Raum,
sind in der folgenden Beschreibung alle Beobachter (Fotos, Kameras) relativ zueinander
in Ruhe. Der Betrachter kann sich durch die Berechnung eines virtuellen Abbildes des
Raumes, der Gegenstände und Personen darin, virtuell durch diesen Raum frei bewegen.
Die virtuelle Kamera ist weder an Schienen noch Kran gebunden, kann sich somit
gefahrlos beliebig bewegen, ohne dass sie das Geschehen im Raum stört.
Darüber hinaus ist sie noch zu viel mehr fähig als eine reale Kamera im realen Raum. Die
virtuelle Kamera kann durch Gegenstände fliegen, kann sich außerhalb der Studio
begrenzung aufhalten oder beliebige Sprünge ausführen.
Die Kamerabewegung ist nach der Aufnahme beliebig veränderbar, auch vom Zuschauer,
falls diesem das ermöglicht werden soll.
Zur Aufzeichnung einer Kamerabewegung werden keine Schienen und kein Kamerakran
benötigt. Jede Kamerabewegung kann beliebig ausgeführt und nachträglich auch noch
verändert werden. Die Kamerabewegungen können auch sehr kompliziert und schnell
sein. Eine Situation im einem Raum kann verlangsamt oder gar angehalten werden. Dabei
kann man alles aus beliebiger Perspektive betrachten.
Die Bewegung kann vor, während oder nach der Aufzeichnung festgelegt und später auch
noch verändert werden. Oder der Betrachter wählt seine Kamerabewegung beim
Betrachten einer Szene selbst. So ist es beispielsweise möglich, dass der Zuschauer oder
Internet-Benutzer die Kameraposition, Kamerabewegung und Blickrichtung zu jeder Zeit
frei selbst bestimmen kann.
Die am Rand und im Raum fest verankerten realen Kameras im realen Raum müssen in
Position, Blickrichtung und Bildwinkel klar definiert sein, damit ein virtueller drei
dimensionaler Raum aus den zweidimensionalen Bildern berechnet werden kann. Sie
müssen deshalb jede Stelle des zu betrachtenden Raumes mit allen Gegenständen und
Personen darin von mindestens zwei Positionen aufnehmen.
Die Kameras sind fest verankert oder an definierten Positionen. Jede Fläche, jeder
Gegenstand und jede Person muss von mindestens zwei Kameras aus zwei verschiedenen
Winkeln erfasst werden. Deshalb ist mit der Positionierung der realen Kameras auch die
Begrenzung des virtuellen Bewegungsbereiches der virtuellen Kamera bestimmt.
Die virtuelle Kamera kann sich beispielsweise nicht unterhalb der untersten nach oben
gerichteten beobachtenden Kameras mit Blickrichtung nach oben bewegen, da sie sonst
möglicherweise eine nicht erfasste Fläche eines Gegenstandes im Raum betrachten würde.
Durch eine derartige Erfassung des Raumes kann die berechnende Maschine (Computer)
einen dreidimensionalen virtuellen Raum erstellen, der dem realen Raum so weit wie
nötig entspricht. Diese Entsprechung umfasst nicht nur Form und Farben, sondern auch
die Oberflächenstruktur (Textur), Glanz, Spiegelungen (Reflexion) und Transparenz
jeder Oberfläche im gesamten benötigten virtuellen Raum.
Die Position, die Perspektive und der Bildwinkel aller Kameras im realen Raum müssen
der Maschine, die den virtuellen Raum berechnet, bekannt sein. Entweder werden sie
anfangs genau ausgemessen, oder die Maschine errechnet sich die Koordinaten
beispielsweise mit Hilfe von Korrelationsalgorithmen selbst.
In diesem virtuell abgebildeten Raum kann dann eine virtuelle Kamera positioniert
werden und anhand ihrer Position, Blickrichtung und Bildwinkel ein virtuelles Bild
berechnet werden. Dieses virtuelle berechnete Bild der virtuellen Kamera entspricht
genau dem, was eine reale Kamera im realen Raum an dieser Position, in dieser Blick
richtung und mit diesem Bildwinkel aufnehmen würde.
Wird dieses virtuelle Bild mit einem beliebigen Speichermedium gespeichert, so ist es von
da ab unveränderter. Wird hingegen der virtuelle Raum auf einem Speichermedium
gespeichert, kann die Kameraposition und Blickrichtung und Bildwinkel nachträglich
beliebig verändert werden.
Um ein bewegtes Bild zu erhalten, war es bisher immer nötig, einzelne Moment
aufnahmen (Fotos) zu erstellen und diese beim Betrachten in schneller Folge zu zeigen.
Beim beschriebenen Verfahren werden genauso einzelne Momentaufnahmen durch die
fest verankerten Kameras im realen Raum erstellt. Diese Momentaufnahmen sind aber
nicht mehr zweidimensionale Abbilder des Raumes, sondern dreidimensionale virtuelle
Abbilder. Deshalb müssen alle Kameras im realen Raum gleichzeitig eine Belichtung
ausführen (Synchronisation der realen Kameras). Somit gibt es für jede Aufnahme der
virtueller Kamera auch einen virtuellen Raum zu berechnen. Dieser virtuelle Raum kann
natürlich weitgehend dem vorhergehenden ähnlich sein. Es müssen lediglich die
Anderungen von Personen und Gegenständen neu berechnet werden.
Sollte sich der Betrachter durch den realen Raum bewegen, so musste bisher ein Auf
nahmeapparat (Kamera) genau so durch den Raum geführt werden, wie der Betrachter
dies später sieht. Bewegung und Blickrichtung wurde bei der Aufnahme festgelegt und
waren nachträglich nicht mehr zu ändern.
Das neue Verfahren ermöglicht eine gedachte Bewegung durch ein virtuelles Abbild des
realen Raumes, ohne das für die Aufnahme eine Kamera bewegt werden muss. Wenn der
reale Raum als ganzes erfasst und gespeichert ist, kann eine Bewegung und Blickrichtung
nachträglich beliebig verändert werden.
Die Bewegung des Beobachters kann im virtuellen Raum beliebig ausgeführt werden. Die
virtuelle Kamera kann sich entlang einer Linie bewegen und dabei in alle Richtungen
schwenken. Sie kann sich auch entlang einer Kreisbahn oder Kurve durch den Raum
bewegen. Sie kann Sprünge ausführen und dabei Filmschnitte simulieren.
Es können aber auch komplexe Bewegungen analysiert und bei Bedarf abgerufen werden
wie beispielsweise Schulterkamera, Reiss-Schwenk oder die Begleitung fliegender
Objekte.
Es können auch Bewegungen ausgeführt werden, die mit einer realen Kamera unmöglich
wären. Die virtuelle Kamera kann beispielsweise durch Feuer, Glas oder Wände fliegen.
Für die Steuerung der Bewegung ergeben sich folgende Möglichkeiten: die genaue
Position und Bewegung der virtuellen Kamera wird vor der Aufzeichnung des Geschehens
festgelegt. Wenn die Berechnung des virtuellen Raumes schnell genug ist, kann diese
Festlegung auch während der Aufnahme erfolgen. Sie kann aber auch erst in der
Nachbearbeitung bestimmt oder verändert werden. Wird der virtuelle Raum als ganzes
aufgezeichnet, kann der Zuschauer die Kamerabewegung auch selber zum Beispiel mit
einem Joystick oder durch Kopfbewegung beeinflussen.
Durch zwei Bewegungsbahnen in definiertem Abstand erhält man eine stereoskopische
dreidimensionale Bewegung durch den Raum. Dabei ist sicherzustellen, dass jedes Auge
des Betrachters nur eine virtuelle Kameraperspektive sieht.
Relevant ist die Bildauflösung der virtuellen Kamera. Die Auflösung der realen Kameras
ist nur mittelbar relevant. Deshalb muss die Auflösung der virtuellen Objekte des
virtuellen Raumes betrachtet werden.
Je besser der virtuelle Raum und die Gegenstände darin an einer Stelle aufgelöst sind,
desto näher kann ihnen die virtuelle Kamera bei vorgegebener Auflösung und Bildwinkel
ohne Qualitätsverlust an dieser Stelle kommen.
In einem virtuellen Raum kann eine hochauflösende virtuelle Kamera den Gegenständen,
Personen und Raumbegrenzungen weniger nah kommen als eine weniger hochauflösende
Kamera.
Zusätzliche reale Kameras helfen nicht nur den virtuellen Raum besser zu beschreiben, sie
helfen auch die Auflösung zu verbessern, und somit den Bewegungsbereich der virtuellen
Kamera zu vergrößern.
Desgleichen kann man mit Hilfe von Interpolationen den Raum besser Auflösen.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die den virtuellen Raum berechnende Maschine einzelne
oder auch alle realen Kameras so bewegt (Schwenk und Zoom), dass immer die Region
des Raumes, welche für die virtuelle Betrachtung relevant ist, besser aufgelöst wird.
Die fest verankerten Kameras im realen Raum müssen alles so scharf wie möglich
abbilden, damit der virtuelle Raum auch scharf berechnet werden kann. Wenn eine
Unschärfe erwünscht ist, muss diese bei der Berechnung des Abbildes der virtuellen
Kamera im virtuellen Raumes künstlich hinzugefügt werden. Dies ist möglich, da alle
Gegenstände im Raum zu jeder Zeit klar definiert sind, und die Unschärfe eine direkte
Funktion des Abstandes der virtuellen Objekte zur virtuellen Kamera ist.
Damit sind aber auch gezielte Unschärfen zu erreichen, die ein reales Objektiv im realen
Raum so nicht hätte.
Der virtuelle Raum kann verzerrt oder schief abgebildet werden. Das heißt eine Bewegung
im virtuellen Raum kann auch ein vollkommen anderes Bild ergeben als eine real auf
genommene Szene.
Es können Gegenstände oder der ganze Raum viel größer oder kleiner als die Darsteller
virtuell abgebildet werden, eckige Räume werden rund oder verzerrt, der Raum verändert
seine Form oder Größe zu Vergleichsobjekte oder der Raum/die Gegenstände lösen sich
auf und entstehen.
Zwei Menschen könnten sich unterhalten und dabei unter einem Bonsai sitzen. Oder sie
könnten an Deck eines Schiffsmodells spazieren, während die Kamera sie umkreist.
Die Betrachtung des virtuellen Raumes muss nicht in der gleichen Geschwindigkeit wie
der Aufnahme erfolgen. Es kann ein Ereignis beschleunigt, verlangsamt oder angehalten
werden, während sich der Betrachter mit beliebiger Geschwindigkeit durch den virtuellen
Raum bewegt.
Es könnte bei einer Sportübertragung vom Fechten der Moment eines Treffers
eingefroren werden. Man könnte sich jetzt nacheinander in die Perspektive beider
Sportler und des Schiedsrichters bewegen und alles in Ruhe betrachten.
Der virtuelle Raum muss nicht zwangsläufig ein direktes Abbild eines realen Raumes sein.
Er kann auch aus einer Kombination von verschiedenen realen Räumen virtuell erstellt
werden.
Mit verschiedenen Kameras wird ein Bergpanorama dreidimensional erfasst. Bei einer
Gesprächsgruppe in einem Studio werden die Wände des Raumes dann virtuell durch das
Bergpanorama ersetzt. Dabei sind wiederum alle denkbaren virtuellen Kamera
bewegungen möglich, und der Zuschauer hat den Eindruck, die Gesprächsrunde sitze
tatsächlich im Bergpanorama.
Da im virtuellen Raum alle Objekte dreidimensional bekannt sind, kann man sie auch
einfach entfernen. Auch Gegenstände, die in einem anderen Raum oder zu einer anderen
Zeit aufgenommen wurden, können hinzugefügt werden.
Die beobachtenden Kameras des realen Raums können retuschiert werden.
Beleuchtungskörper, Seile oder andere Hilfsmittel können in gleicher Weise entfernt
werden.
Nicht alle Objekte und Räume müssen real gefilmt werden. Reale und virtuelle Objekte
sind beliebig kombinierbar.
Ein Schauspieler kämpft gegen ein virtuelles Ungeheuer, welches nach der Aufzeichnung
des Schauspielers rein grafisch im virtuellen Raum erstellt wird.
Da der virtuelle Raum dreidimensional bekannt ist, kann dieselbe Situation sowohl mit
einer virtuellen Kamera, als auch mit zwei parallelen Kameras stereophon berechnet
werden.
Dieselbe Situation in einem Restaurant wird zur Videoauswertung mit einer virtuellen
Kamera betrachtet. Dazu legt der Regisseur Perspektive und Bewegung fest. Im Internet
kann der Zuschauer die gleiche Situation mit Hilfe von Joystick, Kopfbewegung und
Betrachtungsbrille aus beliebiger Perspektive stereoskopisch anschauen und dabei bei
jeder Betrachtung selbst entscheiden, was er aus welcher Position sehen will.
Nicht alle realen Kameras müssen immer in Ruhe sein. Wenn einige Kameras sich durch
den Raum bewegen, kann auch diese Bewegung in den virtuellen Raum übernommen
werden.
Ein Auto fährt durch die Landschaft. Wenn sowohl im, am und außerhalb des Autos
genügend reale Kameras installiert sind, kann die virtuelle Kamera auf einer Bahn von
außen mit dem fahrenden Auto im Bild, durch die Scheibe ins innere fliegen.
Anschließend kann sie alles im und außerhalb des fahrenden Autos betrachten, wie eine
Fliege im Raum.
Claims (1)
- Patentiert wird das Prinzip, das die Perspektive eines bewegten Beobachters (Kamera bewegung) in einem realen Raum nicht wie herkömmlich durch Bewegung einer realen Kamera erhalten wird, sondern durch Berechnung einer gedachten Bewegung (virtueller Kamerabewegung) in einem dreidimensionalen, zeitlich und räumlich veränderlichen, virtuellen Abbild des realen Raumes.
Dieser dreidimensional virtuell abgebildete Raum (oder der relevante Teil dieses Raumes) wird berechnet aus zweidimensionalen Bildern zahlreicher realen, synchronisierten Kameras die im realen Raum mit definierter Position und Perspektive zeitgleich Bilder aufnehmen.
Die Position und Bewegung des Beobachters (Kamerabewegung) wird aus diesem virtuell abgebildeten Raum mit einer virtuellen Kameraposition in einer gewünschten Perspektive berechnet. Der Betrachter sieht also eine Folge von Bildern (Film, Video, Internet etc.), die nicht von der Stelle aufgenommen wurden von der er sie sieht, sondern von einer gedachten Position im virtuellen Abbild dieses Raumes berechnet wurde. Anstelle einer Kamera bewegung können auch zwei Bewegungen mit konstantem Abstand für Stereoskope dreidimensionale virtuelle Kamerabewegungen berechnet werden. Der virtuelle Raum und alles was sich darin befindet kann zeitlich und in seinen Proportionen nach belieben verändert werden. Gegenstände können entfernt, zugefügt und in der Größe variiert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10063980A DE10063980A1 (de) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Virtual observing animation / Berechnete Beobachter Bewegung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10063980A DE10063980A1 (de) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Virtual observing animation / Berechnete Beobachter Bewegung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10063980A1 true DE10063980A1 (de) | 2002-11-14 |
Family
ID=7668274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10063980A Withdrawn DE10063980A1 (de) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Virtual observing animation / Berechnete Beobachter Bewegung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10063980A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018102161A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | Waymo Llc | Method and system for adjusting a virtual camera's orientation when a vehicle is making a turn |
-
2000
- 2000-12-14 DE DE10063980A patent/DE10063980A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018102161A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | Waymo Llc | Method and system for adjusting a virtual camera's orientation when a vehicle is making a turn |
AU2017366812B2 (en) * | 2016-11-30 | 2020-06-25 | Waymo Llc | Method and system for adjusting a virtual camera's orientation when a vehicle is making a turn |
EP3862227A1 (de) * | 2016-11-30 | 2021-08-11 | Waymo Llc | Verfahren und system zur einstellung der ausrichtung einer virtuellen kamera bei wendemanövern eines fahrzeugs |
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