[發明專利]一種動態光場數據驅動的場景光照重現方法

有效

• 申請號: 201310010374.7
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103108452A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 趙沁平;周忠;余濤;吳威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;G05D3/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

技術領域

本發明屬于虛擬現實技術領域，具體涉及一種動態光場數據驅動場景光照重現的方法。

背景技術

如何獲得具有高度真實感的光照環境是影視制作、媒體廣告和舞臺燈光等領域所普遍面臨的問題，一條行之有效卻鮮有人提及的方案是利用從真實場景采集的光照數據在我們需要的場景中進行光照重現。本發明正是基于這種方案提出的一種動態光場數據驅動的場景光照重現方法。

光場是對一個場景內所有光線集合的數據抽象，它包含了這些光線的出射位置、方向、顏色、強度及在時間上的變化的所有信息。采樣并存儲一個場景的光場數據，即可使用這些數據來完成一個場景的光照環境在另一場景恢復重現。光測圖是高動態全景圖，用于描述一個空間點的入射光照信息，每一個光測圖像素代表一條采樣光線。使用光測圖來采樣真實場景中的光場數據是目前計算機領域最為常見和實用的方法，而光測圖序列和四維光場表示模型是光場數據表示模型最為主要的兩種類型，針對兩種類型，本發明均可用于完成對場景光照重現的數據驅動。

目前很少有方案用于實現光照重現，一個相近的工作是美國南加州大學Paul?Debevec等提出的Light?Stage3，他們使用環境映照圖驅動球形架上密布的LED射燈來完成光照重現。該方案僅使用了單點的環境映照圖來表達整個場景的光照信息，所以只能用于重現球形架中心點光場，而且將中心點物體抽象為空間的一個點，因此該方案不能表示場景光照的空間變化，完全不足以表達大部分真實光照情況，如非均勻光照、光照衰減、存在陰影等情況。此外，該方案燈具分布范圍小，只能用于重現人的面部或一些類似小型物體的表面光照，不適用于稍大規模的場景，如影視攝影棚、電視錄制間、舞臺等。

本發明提出的動態光場數據驅動場景光照重現方法完全解決了現有方法所存在的主要問題。使用動態光場數據記錄了場景光照的空間變化信息，解決了現有方法只能恢復簡單均勻光照環境的問題；使用各向異性點光源模型，適應于各種場景環境的燈具布置，解決了現有方法不適用于大規模場景的問題；使用可編程控制的多LED組合和旋轉底座來自動控制場景光照重現過程，解決了現有方法光照恢復真實感低的問題。

發明內容

本發明的目的是解決在影視制作、舞臺燈光控制等領域難以實現的高真實感光照重現的問題，提出了一種動態光場數據驅動的場景光照重現方法，可以實現一場景的光照環境在另一場景的真實重現。

為完成本發明的目的，本發明采用的技術方案是：一種動態光場數據驅動的場景光照重現方法，包括以下步驟：

步驟（1）、將事先在原始場景采樣得到的動態光場數據重投影到重現場景的光源區域；

步驟（2）、將重投影得到的光場數據聚類為離散的各向異性點光源；

步驟（3）、對步驟（2）中聚類完成的每一個各向異性點光源，使用一組可編程控制的窄光束角全色LED射燈和旋轉底座來進行模擬；

步驟（4）、通過后臺程序和重投影后的動態光場數據來控制每一時刻旋轉底座的旋轉角度和LED射燈的顏色與強度，實現原始場景的光照重現。

其中，事先在原始場景采樣得到的動態光場數據包括兩種類型，光測圖序列和動態四維平面光場表示模型；針對兩種類型的數據，使用相同的方法，即光線重投影到重現場景需要架設光源的區域；光測圖的每一個像素代表它的一條采樣光線，像素值即為采樣光線的強度，采樣光線的方向由光測圖的全景模型決定，通常采用球形全景模型；四維平面光場表示模型的每一個四維數據即為一條采樣光線；重現場景根據具體應用需要，架設光源區域可為平面區域、弧面區域或其它不規則區域均可。

其中，原始動態光場數據重投影的采樣光線與重現場景架設光源的區域形成一系列離散交點，這些交點代表這些采樣光線從架設光源區域出射的位置，從這些交點中選取若干點作為代表點來代表它們周圍一定區域內的所有交點，從而形成有一定間距的代表點序列，每個代表點都替代它周圍區域內的其它交點，作為區域內所有光線的出射位置，從而使每個區域都可以用一個各向異性的點光源來模擬，代表點的位置即為點光源所在的位置；代表點的數量、分布、鄰域大小由重現場景的規模、重現光照精度要求等客觀條件與需求決定。