適應球幕制作的三維全景自然光模擬方法技術

一種適應球幕制作的三維全景自然光模擬方法，包括：（１）在３ＤＭＡＸ中建立一整體無縫的模擬地面和天空三維全景模型；（２）相應于三維全景模型建立一半球型燈光陣列；（３）所述燈光陣列分為三層，每層具有１２個模擬燈光，且燈光為３ＤＭＡＸ的射燈，燈光的投射方向為指向所述半球的球心；（４）所述每層的１２個模擬燈光形成圓周對稱分布；（５）設置頂層燈光亮度為０．１－０．２，色相為偏藍色系；設置中層燈光亮度為０．１－０．２，色相為偏藍色系；設置底層燈光亮度為０．０３－０．０５，色相為偏黃色系。本發(fā)明專利技術可利用現有三維軟件完整的再現真實環(huán)境中的自然光，其效果媲美國外常用的渲染器，但是渲染時間及成本卻大大減少。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及數字球幕電影技術，尤其涉及一種適應球幕制作的三維全景 自然光模擬方法。
技術介紹
球幕電影是出現于20世紀70年代的一種特種電影類型，其必須在專門 的球幕電影院播放。球幕影院是一種具有球幕電影和天象演示雙重功能的、 集教育與娛樂為一體的、新穎的影視場所。這種電影的觀眾廳為圓頂式結 構，銀幕呈半球形，觀眾被包圍其中，視銀幕如同蒼穹。由于放映的視域范 圍可達180°，可自觀眾面前延至身后，且伴有立體聲環(huán)音，使觀眾如置身其 間，采用傾斜式設計的銀幕還能使觀眾具有飄浮在空中的感覺。按照視覺理 論，人的視域范圍一旦超過150°，就會產生身臨其境的錯覺，因此，這種電 影類型的沉浸效果非常強烈，并且可脫離立體眼鏡和頭盔，產生立體視覺。球幕影院以其獨特的視覺效果深受觀眾的喜愛，傳統(tǒng)的球幕電影采用 70mm膠片和魚眼鏡頭進行拍攝和放映。然而，用傳統(tǒng)的拍攝方法制作球幕 影片存在許多難以克服的技術障礙，使得球幕影片的制作成本高昂、影片題 材單調，這些困難直接導致影片的租金昂貴，通常一部球幕影片的年租金高 達到$20萬——$40萬/年，平均每家影院每年要支付$40萬——$80萬的租金 費用。所以片源稀缺、運營成本高昂，幾乎是所有球幕影院現實的巨大困 難。因此，基于計算機圖形學的數字球幕電影技術是最近幾年興起的一個新 領域，它與傳統(tǒng)的拍攝制作方式相比，可以制作出人類無法達到的過去世 界、未來世界、微觀世界、外太空世界等一切人類未知或無法拍攝到的世 界，其表現潛力幾乎不受限制。數字球幕電影技術包括數字制作和數字放映兩方面。其中數字放映系統(tǒng) 已有國外公司公開出售，例如廣東科學中心采用的美國益世(E&S)公司的3Digistar3播放系統(tǒng)，是目前業(yè)界領先的球幕影院數字放映解決方案，占據全 球絕大部分市場。但是在數字球幕電影制作技術方面，尚未見國內外有關于 這方面的技術披露，國外的制作公司在制作過程中一方面是使用專門而昂貴 的專業(yè)軟件，另一方面是對其制作方法保密。目前國內通常都是從國外購買 或租賃數字球幕電影來放映。基于計算機上的三維軟件來制作數字球幕電影 是一種主要的數字球幕電影制作方法，其原理是在三維軟件里將數字模擬的 真實環(huán)境用數字相機無縫的拍攝下來。在真實環(huán)境中，自然界的光源來自曰 光，而日光在光源分布圖中則以漫反射為主，從天空的各個不同方向發(fā)散出 來的光線構成自然界的照明系統(tǒng)。為了在球幕電影中真實的模擬自然界的 180度自然光，國外通常使用渲染器來提供的自然光，這樣就需要大量的渲 染時間及渲染成本。因此，迫切需要我們找到一種應用現有三維軟件來適應 球幕制作的三維全景自然光模擬的方法。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的在于提供一種適應球幕制作的三維全景自然光模擬 方法，應用現有三維軟件來模擬適應球幕制作的三維全景自然光。為實現上述目的，本專利技術提供一種適應球幕制作的三維全景自然光模擬方法，包括如下步驟(1) 在3DMAX中建立一整體無縫的模擬地面和天空三維全景模型；(2) 相應于所述三維全景模型建立一半球型燈光陣列，所述燈光陣列的 分布位置形成一半球形；(3) 所述燈光陣列按照接近于所述半球頂點的頂層、接近于所述半球二 分之一高度的中層和接近于所述半球底邊的底層分為三層，每層具有12個模 擬燈光，且燈光為3DMAX的射燈，燈光的投射方向為指向所述半球的球 心；(4) 所述每層的12個模擬燈光形成圓周對稱分布，各層的12個模擬燈光 在所述三維全景模型的地面上的投影點平均分布在12條由半球型燈光陣列的 球心引出的射線上，也就是說除各層上的12個模擬燈光是圓周對稱分布外， 頂層、中層和底層三者共同相對于半球型的圓心也為均勻分布，以保證所模 擬自然光線的均勻性；(5)設置頂層燈光亮度為0.1—0.2，色相為偏藍色系；設置中層燈光亮度 為0.1-0.2,色相為偏藍色系；設置底層燈光亮度為0.03-0.05，色相為偏黃色 系。在這樣三層環(huán)境燈光的影響下，較為完整的再現了真實環(huán)境中的自然 光。通過設置燈光亮度和色相，可以模擬各種時段或天氣條件下的自然光情 況。其中，所述整體無縫的三維全景模型包括模擬三維環(huán)境中地面的平面和 模擬三維環(huán)境中天空的半球，所述半球底邊與所述平面相接合，使所述半球 位于所述平面范圍內。其中，所述燈光陣列所分布的半球形狀與所述三維全景模型的半球重 合，也就是所述燈光陣列分布于所述三維全景模型的半球上。應用本專利技術，可利用現有三維 軟件完整的再現真實環(huán)境中的自然光，為球幕電影360度全景取景的環(huán)境燈光 提供了比較完善的解決方案，其模擬的環(huán)境光效果可以媲美國外常用的渲染 器提供的環(huán)境光，但是渲染時間卻大大減少，使渲染成本大大降低。附圖說明下面結合附圖，通過對本專利技術的具體實施方式詳細描述，將使本專利技術的 技術方案及其他有益效果顯而易見。 附圖中，圖1為本專利技術一較佳實施例的 流程圖2為本專利技術一較佳實施例的 側面透視示意圖3為本專利技術一較佳實施例的 俯視透視示意圖。具體實施例方式圖1為本專利技術一較佳實施例的流 程圖；圖2為采用此較佳實施例的側面透視示意圖，圖3為采用此較佳實施例 俯視透視示意圖，圖2及圖3顯示應用本專利技術方法過程中模擬燈光的位置。在5此較佳實施例中，所使用的三維軟件為3DMAX，三維全景建模工作通過 3DMAX來實現，利用所建設的三維全景模型拍攝出的三維球幕電影可在益 世Digistar3球幕放映系統(tǒng)中播放,說明中所提到的關于建模等方面的概念都是 引用3DMAX中的定義。如圖l、圖2及圖3所示，本專利技術 包括步驟IO，首先在3DMAX中建立一整體無縫的模擬地面和天空三維全 景模型，在此實施例中，此全景模型包括平面1和半球面2，均為通過3DMAX 的建模功能來實現，平面l模擬大地，半球面2模擬天空；步驟20，接下來在 所述三維全景模型的半球面2上建立一半球型燈光陣列，包含許多Spot射燈 4、 5、 6,各射燈的分布位置形成一半球形；步驟30，然后將所述燈光陣列分 為頂層射燈4、中層射燈5和底層射燈6，每層具有12個模擬燈光，由于模擬燈 光的對稱性，部分模擬燈光沒有在圖中顯示出來，燈光的投射方向為指向所 述半球的球心，圖中射燈的箭頭符號為3DMAX中對燈光的表示形式，并不 代表燈光實際的投射方向；步驟40，使各層的模擬燈光分布均勻，也就是在 空間中均分布射燈4、 5、 6,所述每層的12個模擬燈光形成圓周對稱分布，各 層的12個模擬燈光在所述三維全景模型的地面上的投影點平均分布在12條由 半球型燈光陣列的球心引出的射線上，也就是說除各層上的12個模擬燈光是 圓周對稱分布外，頂層、中層和底層三者共同相對于半球型的圓心為均勻分 布，以保證所模擬自然光線的均勻性；步驟50，設置頂層,中層，底層的燈光 亮度及色相，在此較佳實施例中，設置頂層射燈4燈光亮度為0.1，色相為偏 藍色系；設置中層射燈5燈光亮度為0.1,色相為偏藍色系；設置底層射燈6燈 光亮度為0.03，色相為偏黃色系，在這樣三層環(huán)境燈光的影響下，較為完整的 再現了真實環(huán)境中的自然光。而且，使用者還可以進一步通過改變燈光亮度 和色相，來模擬各種時段或天氣條件下的自然光情況，例如，通過改變中層 射燈5的色相為偏黃色系，可模擬多云條件下的自然光照。如圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適應球幕制作的三維全景自然光模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：　（１）在３ＤＭＡＸ中建立一整體無縫的模擬地面和天空三維全景模型；　（２）相應于所述三維全景模型建立一半球型燈光陣列，所述燈光陣列的分布位置形成一半球形；　 　（３）所述燈光陣列按照接近于所述半球頂點的頂層、接近于所述半球二分之一高度的中層和接近于所述半球底邊的底層分為三層，每層具有１２個模擬燈光，且燈光為３ＤＭＡＸ的射燈，燈光的投射方向為指向所述半球的球心；　（４）所述每層的１２個模擬燈 光形成圓周對稱分布，各層的１２個模擬燈光在所述三維全景模型的地面上的投影點平均分布在１２條由半球型燈光陣列的球心引出的射線上；　（５）設置頂層燈光亮度為０．１－０．２，色相為偏藍色系；設置中層燈光亮度為０．１－０．２，色相為偏藍色系； 設置底層燈光亮度為０．０３－０．０５，色相為偏黃色系。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：宮聞豐，梁權富，
申請(專利權)人：深圳市水晶石電腦圖像技術開發(fā)有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：94[中國|深圳]