全息投影中角色与背景效果增强研究
发布时间：2019-11-03 07:49
【摘要】：尽管三维动画与全息投影技术的结合在现如今的很多展会上都可得见,但全息技术自身对黑色的识别度差以及对于摄像机摆放的高要求成为制约全息动画发展的重要因素,这就导致全息动画本身内容不够丰富,复杂程度和美观程度降低。提出一种算法对全息动画中的黑色系进行颜色替换、调节明度等措施来提升黑色系的投影效果,并研究三维动画中四个方位虚拟摄像机的联动,来便利获取全息投影的影像,使全息投影中角色与背景效果得到增强,提升全息动画的艺术效果。最后通过实际制作全息投影平台与全息动画来验证上述方法的可行性与正确性。
【图文】：
第29卷第11期Vol.29No.112017年11月吕德生,等:全息投影中角色与背景效果增强研究Nov.,2017http:∥www.china-simulation.com2719计算有色区域的亮度值λ如下：=R0.299G0.587B0.114(1)当λ<k时，即表示该有色区域足够暗，需要对其进行处理。同时，由于投影源本身的亮度并不是均匀的，且顶端投影源到金字塔形屏幕的投影距离并不是相等的，如图1所示，存在“渐晕效应”，那么我们可以根据投影源到屏幕的距离，调整三维动画中对应位置的亮度，从而使角色与背景的投影效果得到增强。图1投影源与投影屏幕位置关系示意图Fig.1Positionrelationofprojectionsourceandscreen该算法的主要功能有：①对无法正常投影显示区域的识别。在RGB空间根据亮度值λ与阈值的比较来判断该区域能否正常投影。②对暗色区域亮度与对比度的修正。对于头发、服饰等暗色区域，可通过修正亮度与颜色对比度来改善全息投影效果。这样做虽然比较直接，但会影响动画表达效果。所以在三维动画前期制作中就应当充分考虑，避免出现过多的修正区域。③根据投影距离的大小来调整投影源中对应位置像素的亮度，投影距离越大，需增加的亮度也就越大。上述的主要功能实现如下：①无法正常投影显示区域的识别。在RGB空间，每个像素点都存在RGB值，可记为(Ri,Gi,Bi)，则其亮度值可由公式(1)计算出。对于一块有N个像素点的相近颜色有色区域，，亮度值为：11=(0.2990.5870.114)NiiiiRGBN(2)当k时，该有色区域无法正常投影显示。②暗色区域的亮度与对比度修正。可以根据输入的阈值k，调整三维动画的颜色对比度和亮度。阈值k因播放环境的环境光而差异。对暗色区域的亮度与对比度修正有两种方法：一是以像素点为单位，逐一进行判断?
第29卷第11期系统仿真学报Vol.29No.112017年11月JournalofSystemSimulationNov.,2017http:∥www.china-simulation.com2720图2投影源与投影屏幕间存在夹角Fig.2Anglebetweenprojectionsourceandscreen设a点处亮度为f(x)，oa间距离为x，则：f(x)=mx(4)参数m大于0并与全息投影平台所在环境光照情况有关。对于像素点亮度的操作，主要是在HSV颜色空间对像素点的亮度进行调节。2.2摄像机控制创建模型后，通过前后左右四台虚拟摄像机进行三维动画录制。虚拟摄像机摆放如图3所示。由于全息动画对摄像机位置的要求，只能固定在四个方位上进行录制。图3虚拟摄像机摆放示意图Fig.3Placementofvirtualcameras我们通过对中央模型设置关键帧，创建动作等操作来实现动画。然而当我们需要调用摄像机进行焦距变化或调整摄像机拍摄方向时，需要保证四台相机以相同的动作始终对准同一区域，即摄像机联动，来保证获取的动画经过裁剪后能正确对齐。这里提出一种思路如下：同轴方向的两台摄像机联动较为简单，在垂直于轴方向的平面上，两台摄像机需要进行相同的方向旋转和放缩；在平行于轴方向平面上，两台摄像机直接进行对应的放缩即可。相邻两台摄像机之间的联动较为复杂，由于每台摄像机到中央模型的初始距离是相同的，那么相邻摄像机之间的旋转角度与放缩比例可通过数学方法求得。以摄像机所在平面为XY轴，垂直该方向为Z轴，场景中央为原点建立坐标系，设每台摄像机到原点距离均为l0，现中央模型移动到点(x0,y0,z0)处，则Y轴方向的摄像机角度变化为：0000=arctan=arctanxzxlzl(5)Y轴方向的放缩比例为000lyl，其中00y≤l。同理X轴方向的摄像机：00
本文编号：2554984
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第29卷第11期Vol.29No.112017年11月吕德生,等:全息投影中角色与背景效果增强研究Nov.,2017http:∥www.china-simulation.com2719计算有色区域的亮度值λ如下：=R0.299G0.587B0.114(1)当λ<k时，即表示该有色区域足够暗，需要对其进行处理。同时，由于投影源本身的亮度并不是均匀的，且顶端投影源到金字塔形屏幕的投影距离并不是相等的，如图1所示，存在“渐晕效应”，那么我们可以根据投影源到屏幕的距离，调整三维动画中对应位置的亮度，从而使角色与背景的投影效果得到增强。图1投影源与投影屏幕位置关系示意图Fig.1Positionrelationofprojectionsourceandscreen该算法的主要功能有：①对无法正常投影显示区域的识别。在RGB空间根据亮度值λ与阈值的比较来判断该区域能否正常投影。②对暗色区域亮度与对比度的修正。对于头发、服饰等暗色区域，可通过修正亮度与颜色对比度来改善全息投影效果。这样做虽然比较直接，但会影响动画表达效果。所以在三维动画前期制作中就应当充分考虑，避免出现过多的修正区域。③根据投影距离的大小来调整投影源中对应位置像素的亮度，投影距离越大，需增加的亮度也就越大。上述的主要功能实现如下：①无法正常投影显示区域的识别。在RGB空间，每个像素点都存在RGB值，可记为(Ri,Gi,Bi)，则其亮度值可由公式(1)计算出。对于一块有N个像素点的相近颜色有色区域，，亮度值为：11=(0.2990.5870.114)NiiiiRGBN(2)当k时，该有色区域无法正常投影显示。②暗色区域的亮度与对比度修正。可以根据输入的阈值k，调整三维动画的颜色对比度和亮度。阈值k因播放环境的环境光而差异。对暗色区域的亮度与对比度修正有两种方法：一是以像素点为单位，逐一进行判断?
第29卷第11期系统仿真学报Vol.29No.112017年11月JournalofSystemSimulationNov.,2017http:∥www.china-simulation.com2720图2投影源与投影屏幕间存在夹角Fig.2Anglebetweenprojectionsourceandscreen设a点处亮度为f(x)，oa间距离为x，则：f(x)=mx(4)参数m大于0并与全息投影平台所在环境光照情况有关。对于像素点亮度的操作，主要是在HSV颜色空间对像素点的亮度进行调节。2.2摄像机控制创建模型后，通过前后左右四台虚拟摄像机进行三维动画录制。虚拟摄像机摆放如图3所示。由于全息动画对摄像机位置的要求，只能固定在四个方位上进行录制。图3虚拟摄像机摆放示意图Fig.3Placementofvirtualcameras我们通过对中央模型设置关键帧，创建动作等操作来实现动画。然而当我们需要调用摄像机进行焦距变化或调整摄像机拍摄方向时，需要保证四台相机以相同的动作始终对准同一区域，即摄像机联动，来保证获取的动画经过裁剪后能正确对齐。这里提出一种思路如下：同轴方向的两台摄像机联动较为简单，在垂直于轴方向的平面上，两台摄像机需要进行相同的方向旋转和放缩；在平行于轴方向平面上，两台摄像机直接进行对应的放缩即可。相邻两台摄像机之间的联动较为复杂，由于每台摄像机到中央模型的初始距离是相同的，那么相邻摄像机之间的旋转角度与放缩比例可通过数学方法求得。以摄像机所在平面为XY轴，垂直该方向为Z轴，场景中央为原点建立坐标系，设每台摄像机到原点距离均为l0，现中央模型移动到点(x0,y0,z0)处，则Y轴方向的摄像机角度变化为：0000=arctan=arctanxzxlzl(5)Y轴方向的放缩比例为000lyl，其中00y≤l。同理X轴方向的摄像机：00
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