一种影视摄影的半实物仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种影视摄影的半实物仿真系统，属于数字摄影及虚拟仿真技术领域。所述系统包括摄影器材模型模块、传感器及外设模块、嵌入式模块及显示与控制模块；摄影器材模型模块包括摄影机、镜头及云台模型；镜头模型包括焦距环、跟焦环及光圈环；云台模型又包括横摇结构和俯仰结构；传感器及外设模块包括编码器、电位器、摇杆及开关按钮；显示与控制模块包括控制单元、输入单元、处理单元及显示单元；包括数据处理插件及三维图形引擎；所述系统的连接关系如下：摄影器材模型模块与传感器及外设模块相连，传感器及外设模块与嵌入式系统模块相连，嵌入式系统模块与显示与控制模块相连。本系统价格极低且降低虚拟化制作的成本。

A Hardware-in-the-loop Simulation System for Film and Television Photography

【技术实现步骤摘要】
一种影视摄影的半实物仿真系统
本专利技术涉及一种影视摄影的半实物仿真系统，属于数字摄影以及虚拟仿真

技术介绍
随着影视工业的发展，电影的虚拟摄影的需求越来越大。在电影虚拟摄影系统中，使用者的想法需要通过比较复杂键盘鼠标进行虚拟摄影。这些复杂、不直观的操作，会占用更多时间，影响工作效率。因此，一种科学实用的影视摄影半实物仿真系统有很大的应用前景。摄影师通过科学实用的半实物仿真系统，就可以很直观地将自己的想法输入到计算机当中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有电影虚拟化制作中半实物仿真设备的需求，提出了一种与真实摄影操作相同、符合摄影师操作习惯的影视摄影半实物仿真系统，所述系统具备高刷新率、低延迟、高精度、抗干扰能力强的特点。为解决上述技术问题，实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种影视摄影的半实物仿真系统，包括摄影器材模型模块、传感器及外设模块、嵌入式模块以及显示与控制模块；其中，摄影器材模型模块具体包括摄影机模型、镜头模型、云台模型；摄影机模型包括开关按钮安装接口和嵌入式系统模块安装结构；镜头模型包括焦距环、跟焦环以及光圈环；云台模型又包括横摇结构和俯仰结构；其中，传感器及外设模块包括四个编码器、两个电位器、两个摇杆以及五个开关按钮；嵌入式系统模块包含嵌入式系统和电路；显示与控制模块中硬件包括控制单元、输入单元、处理单元以及显示单元；处理单元中运行的软件包括数据处理插件以及三维图形引擎。所述数字摄影机虚拟仿真系统中各模块的连接关系如下：摄影器材模型模块与传感器及外设模块相连，传感器及外设模块与嵌入式系统模块相连，嵌入式系统模块与显示与控制模块相连；所述数字摄影机虚拟仿真系统中各模块的安装过程如下：1)安装摄影器材模型模块为主的部件，具体为：摄影机模型经开关按钮接口安装开关按钮；镜头模型上，一个编码器A安装在焦距环上，另一个编码器A安装在跟焦环上，一个电位器安装在光圈环上；云台模型上，一个编码器B安装在横摇结构上，另外一个编码器B安装在俯仰结构上；将镜头模型安装在摄影机模型上，再将镜头模型和摄影机模型整体安装在云台模型上；2)在镜头模型中的焦距环、焦点环、光圈环添加阻尼机构，模拟真实摄影器材的操作手感；3)将传感器及外设模块通过导线连接到嵌入式系统模块；4)嵌入式系统模块基于物理方式固定在摄影机模型上；5)将嵌入式系统模块通过有线或者无线的方式连接到显示与控制模块。所述摄影器材模型模块对真实摄影器材进行模拟和仿真；所述传感器及外设模块获取摄影器材模型模块的运动信息；所述嵌入式系统模块将获得的信号转换成显示与控制模块可以识别的数据；所述显示与控制模块获取摄影运动数据，利用三维图形引擎生成出仿真画面并显示。所述影视摄影的半实物仿真系统的工作过程，包括如下步骤：步骤1.手动操作摄影器材模型模块，使得镜头模型上的焦距环、焦点环以及光圈环分别联动两个编码器A和电位器A运动，云台模型上的横摇结构和俯仰结构分别联动两个编码器B运动。并操作按钮和摇杆做相应运动；步骤2.传感器及外设模块获取运动信息，并将运动信息转换为电信号后传递到嵌入式系统模块；其中，获得的数据分别有以下几种：横摇轴的角度、俯仰轴的角度、焦距、焦点坐标、光圈大小、横滚轴的角度、X轴、Y轴以及Z轴坐标以及开关状态；步骤3.嵌入式系统模块将从传感器及外设模块获取到的电信号进行读取并转换为数据，在数据中加入数据类型识别符以区分步骤2.中所述数据类型；步骤4.嵌入式系统模块将数据通过有线或无线的方式传递到显示与控制模块；步骤5.显示与控制模块获取数据，并将数据进行仿真处理；其中，数据处理有：横摇轴、俯仰轴的比例转换；焦距、焦点、光圈三项数据的非线性变换和比例转换；横滚轴、X轴、Y轴、Z轴的比例转换；步骤6.根据获得的数据在三维图形引擎中模拟摄影机的运动，三维图形引擎根据三维资产生成虚拟仿真画面；步骤7.三维图形引擎中生成虚拟仿真画面显示在显示与控制模块上的显示单元。有益效果一种影视摄影的半实物仿真系统，与现有虚拟摄影技术相比，具有如下有益效果：1.实现完整的虚拟摄影功能，本系统的外形和操作习惯符合影视工作者的真实拍摄习惯，更利于影视工作者上手操作；2.本系统相比目前其他成熟的虚拟摄影系统价格极低，降低虚拟化制作工作开展所需要的成本；3.采用高精度传感器，获取到摄影机的数据更为精确，使得虚拟摄影更为准确和真实。4.系统的准备与架设工作仅需要少量时间，电影制作者能迅速开始虚拟摄影的工作；5.系统的使用与运行仅需要较少空间，能在更多的场所开展虚拟摄影工作。附图说明图1是所述一种影视摄影的半实物仿真系统的组成架构图；图2是图1所述一种影视摄影的半实物仿真系统的操作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。实施例图1是所述一种影视摄影的半实物仿真系统的架构图；从图1可以看出，一种影视摄影的半实物仿真系统中的各模块连接关系如下：摄影器材模型模块与传感器及外设模块物理固定连接；传感器及外设模块与嵌入式系统模块通过信号传递连接；嵌入式系统模块与显示与控制模块通过数据传递连接；摄影器材模型模块与嵌入式系统模块通过物理固定连接。具体实施时，传感器及外设模块包括四个编码器、两个电位器、两个摇杆以及五个开关按钮；所述影视摄影半实物仿真系统的操作流程如图2所示。图2是图1所述一种影视摄影的半实物仿真系统所依托系统架构的操作流程图。从图2中可以看出，摄影器材模型模块基于物理传动与传感器及外设模块相连；传感器及外设模块与嵌入式系统模块通过信号传递连接；嵌入式系统模块与显示与控制模块通过数据传递连接；显示与控制模块将传递来的数据展示出来。所述仿真系统的制作安装再具体实施时，如下：在本实例中，使用3D打印技术以及计算机数控机械加工技术等加工方式制作与真实摄影机有同样操作结构的摄影器材模型模块；系统中安装精度达到36000线/360度的编码器，绝大部分情况已经超过人可察觉的精度。电位器精度由嵌入式系统模块决定，电位器形成范围内精度为1024细分，能满足其对应功能的需求。开关按钮采用普通无锁按钮；嵌入式系统模块使用AduinoDUE，在处理较多数据时仍有足够高的刷新率，远高于电影的帧速率为24帧每秒以及目前主流电脑屏幕刷新率60Hz；显示与控制模块即为计算机以及其外设，其中外设包括计算机主机、显示器、鼠标及键盘；计算机中运行的软件有数据处理插件，三维图形引擎虚幻引擎4。所述仿真系统的工作内容特点有以下几点：(1)完整的云台模型，拥有横摇轴和俯仰轴，并且实物云台拥有阻尼，真实地仿真云台操作；(2)拥有完整的焦距环、焦点环、光圈环，并且具有和真实镜头一致的数值非线性映射，使用体验更加真实；(3)使用摇杆可以控制移动摄影机位置，方便使用者在狭小的空间内完成大范围的虚拟摄影；以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种影视摄影的半实物仿真系统，包括摄影器材模型模块、传感器及外设模块、嵌入式模块以及显示与控制模块；其中，摄影器材模型模块具体包括摄影机模型、镜头模型、云台模型；摄影机模型包括开关按钮安装接口和嵌入式系统模块安装结构；镜头模型包括焦距环、跟焦环以及光圈环；云台模型又包括横摇结构和俯仰结构；其中，传感器及外设模块包括编码器、电位器、摇杆以及开关按钮；嵌入式系统模块包含嵌入式系统和电路；显示与控制模块中硬件包括控制单元、输入单元、处理单元以及显示单元；处理单元中运行的软件包括数据处理插件以及三维图形引擎。所述影视摄影半实物仿真系统中各模块的连接关系如下：摄影器材模型模块与传感器及外设模块相连，传感器及外设模块与嵌入式系统模块相连，嵌入式系统模块与显示与控制模块相连；所述摄影器材模型模块对真实摄影器材进行模拟和仿真；所述传感器及外设模块获取摄影器材模型模块的运动信息；所述嵌入式系统模块将获得的信号转换成显示与控制模块可以识别的数据；所述显示与控制模块获取摄影运动数据，利用三维图形引擎生成出仿真画面并显示；所述影视摄影半实物仿真系统的工作过程，包括如下步骤：步骤1.手动操作摄影器材模型模块，使得镜头模型上的焦距环、焦点环以及光圈环分别联动编码器和电位器运动，云台模型上的横摇结构和俯仰结构联动编码器运动，并操作按钮和摇杆做相应运动；步骤2.传感器及外设模块获取运动信息，并将运动信息转换为电信号后传递到嵌入式系统模块；其中，获得的数据分别有以下几种：横摇轴的角度、俯仰轴的角度、焦距、焦点坐标、光圈大小、横滚轴的大小、X轴、Y轴以及Z轴坐标以及开关状态；步骤3.嵌入式系统模块将从传感器及外设模块获取到的电信号进行读取并转换为数据，在数据中加入数据识别符；步骤4.嵌入式系统模块将数据通过有线或无线的方式传递到显示与控制模块；步骤5.显示与控制模块获取数据，并将数据进行仿真处理；其中，将数据进行仿真处理包括如下操作：横摇轴、俯仰轴的转换比例；焦距、焦点、光圈三项数据的非线性变换和转换比例；横滚轴、X轴、Y轴、Z轴的转换比例；步骤6.根据获得的数据在三维图形引擎中模拟摄影机的运动，三维图形引擎根据三维资产生成虚拟仿真画面；步骤7.三维图形引擎中生成虚拟仿真画面显示在显示与控制模块上的显示单元。...

【技术特征摘要】
1.一种影视摄影的半实物仿真系统，包括摄影器材模型模块、传感器及外设模块、嵌入式模块以及显示与控制模块；其中，摄影器材模型模块具体包括摄影机模型、镜头模型、云台模型；摄影机模型包括开关按钮安装接口和嵌入式系统模块安装结构；镜头模型包括焦距环、跟焦环以及光圈环；云台模型又包括横摇结构和俯仰结构；其中，传感器及外设模块包括编码器、电位器、摇杆以及开关按钮；嵌入式系统模块包含嵌入式系统和电路；显示与控制模块中硬件包括控制单元、输入单元、处理单元以及显示单元；处理单元中运行的软件包括数据处理插件以及三维图形引擎。所述影视摄影半实物仿真系统中各模块的连接关系如下：摄影器材模型模块与传感器及外设模块相连，传感器及外设模块与嵌入式系统模块相连，嵌入式系统模块与显示与控制模块相连；所述摄影器材模型模块对真实摄影器材进行模拟和仿真；所述传感器及外设模块获取摄影器材模型模块的运动信息；所述嵌入式系统模块将获得的信号转换成显示与控制模块可以识别的数据；所述显示与控制模块获取摄影运动数据，利用三维图形引擎生成出仿真画面并显示；所述影视摄影半实物仿真系统的工作过程，包括如下步骤：步骤1.手动操作摄影器材模型模块，使得镜头模型上的焦距环、焦点环以及光圈环分别联动编码器和电位器运动，云台模型上的横摇结构和俯仰结构联动编码器运动，并操作按钮和摇杆做相应运动；步骤2.传感器及外设模块获取运动信息，并将运动信息转换为电信号后传递到嵌入式系统模块；其中，获得的数据分别有以下几种：横摇轴的角度、俯仰轴的角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘戈三，赵建军，卢柏宏，陈军，孙略，
申请(专利权)人：北京电影学院，
类型：发明
国别省市：北京,11