[发明专利]一种虚拟摄像机规划布局方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动布局技术领域，特别是涉及对虚拟三维场景中人和物的拍摄过程进行仿真，根据所期望获取的、满足不同要求的画面内容自动求出虚拟摄像机的位置参数，即虚拟摄像机规划布局方法和系统。

背景技术

虚拟摄像机规划技术近十年得到了迅速的发展，它已渗透到人们生活的各个角落。较之传统的摄像机，现有的虚拟摄像机规划技术已经可以将虚拟摄像机从固定的工作台中解放出来，使虚拟摄像机的放置和运动不再受到任何的限制，具有了更为强大的表现能力，基于此，如何进行虚拟摄像机规划(CameraPlanning，CP)，进行虚拟摄像机定位，给予自动布局，进而提高计算机数字制作效率和表现力，显得必要并且重要。

为了解决虚拟摄像机规划问题，现有技术提出几种解决技术方案：

1)数值计算方法和系统，最早由Jim Blinn提出，通过指定空间中任意两个点在屏幕坐标系中的位置，来计算摄像机的属性取值。此后，DavidChristianson等人设计了摄像机控制描述语言(DCCL)及虚拟摄像师(VirtualCinematographer)系统，在该系统中，也采用了数值计算的方法。

数值计算方法能够精确地计算摄像机的属性取值，但无法解决物体之间的遮挡问题。

2)交互式方法和系统，借助人机交互方式，Phillips于1992年完成了一个可以部分实现自动设置摄像机属性的系统(“Jack”)。系统自动生成一幅初始图片，用户对该图片进行评价，并籍由系统所提供的相应指令辅助计算机修改或调整摄像机的属性值。

3)基于约束满足与最优化的方法和系统，现有技术中，大部分虚拟摄像机规划方法和系统都采用了该方法和系统，其通过一组约束或目标函数来对最终画面的要求进行描述，再根据约束与目标函数的不同，使用不同的求解方法来计算摄像机的具体属性值。有代表性的技术方案包括：

A)Dorée Seligmann的IBIS系统，其提出了一种通用的、基于规则库的、由文本生成图像(非连续动画)的方法；

B)智能主体系统——CAMPLAN，由Nicolas Halper和Patrick Olivier完成。其作为IBIS系统的摄像机规划子系统，该系统旨在创建提供一套用以描述最终画面要求的机制，并通过计算生成最终的图像。并且，CAMPLAN中首次使用了遗传算法来解决摄像机规划的问题。

C)Drucker的Cinema系统、Jardillier的Virtual Cameraman系统，以及W.H.Bares的CONSTRAINTCAM系统都使用了这种方法。

尽管现有技术中的方法和系统从不同角度对摄像机规划进行了探索和研究，涉及到了游戏、教学、动画制作等方面，但是，现有技术存在以下缺陷：①无法准确、详尽地描述用户需求，生成的画面不符合人们的期望；②能够处理的情况太简单，不适合大型工程；③处理的速度及精度不够，不能在合理的时间内获得满意的结果。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种虚拟摄像机规划布局方法和系统，其克服现有技术中缺少专业知识和经验性知识引导的不足，快速地确定虚拟摄像机的位置及拍摄角度。

为实现本发明目的而提供的一种虚拟摄像机规划布局方法，包括下列步骤：

A.输入所要拍摄的三维场景的环境数据和目标画面的语义约束；

B.将步骤A中的目标画面的语义约束进行分类，分为空间语义约束和屏幕语义约束；

C.对所述空间语义约束进行空间语义计算，求出一个空间区域，当虚拟摄像机或目标点处于该空间区域时，该空间语义约束对应的谓词公式为真；

D.读入空间语义计算的输出结果，进行屏幕语义计算，通过最优化搜索的方法获取一组满足所有屏幕语义约束的虚拟摄像机属性值；

E.输出一虚拟摄像机位置。

所述步骤A还进一步包括：

A1.构建摄影知识库；

A2.输入虚拟场景环境数据和目标画面的语义约束。

所述构建摄影知识库，是指以产生式规则的形式获取与虚拟摄像机布局相关的摄影知识和计算机图形学知识，并以此构建相关的知识库，其中，摄影知识在知识库中按顺序逐条存储，位置靠前的知识优先级别高。