光源显示效果的仿真模型及生成方法、系统、介质及设备与流程

1.本技术属于软件仿真技术领域，涉及一种灯光效果仿真方法，特别是涉及一种光源显示效果的仿真模型及生成方法、系统、介质及设备。


背景技术：

2.随着3d技术的发展，可以利用3d可视化技术进行晚会、演出等活动的规划和预览。在虚拟的3d舞台中，可以看到舞台现场、演员和灯光的模拟展示。在实际模拟展示中，舞台灯的仿真不仅需要能够正确的照亮3d环境，能够产生光束，还需要能够还原灯具的各种效果。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种光源显示效果的仿真模型及生成方法、系统、介质及设备，用于实现还原灯具的各种效果的仿真模拟。
4.第一方面，本技术提供一种光源显示效果的仿真模型生成方法，所述光源显示效果的仿真模型生成方法包括：接收一光源显示的模型生成参数；根据所述模型生成参数生成光源显示的3d仿真模型；所述3d仿真模型包括投影墙模型、光源模型以及所述投影墙模型与光源模型之间的距离；接收一效果光源显示参数，并将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，获得仿真结果；根据所述仿真结果获得效果光源的折射方向；将所述效果光源的折射方向填入所述光源模型的传输属性中，将所述效果光源显示参数中的灰度图贴入所述光源模型的cookie属性中，使所述光源显示的3d仿真模型调整为光源显示效果的仿真模型。
5.在第一方面的一种实现方式中，所述接收一效果光源显示参数包括：接收一效果光源测试数据；识别所述效果光源测试数据，获得所述效果光源显示参数；所述效果光源显示参数包括效果光源的类型、效果光源与投影墙之间的距离、单个效果光源光束投射位置在整个区域中的比例值、效果光源的光斑大小、效果光源的整体区域相对于效果光源最大光斑的倍数、以及效果光源的灰度图。
6.在第一方面的一种实现方式中，将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，获得仿真结果包括：将所述效果光源的类型、效果光源与投影墙之间的距离、单个效果光源光束投射位置在整个区域中的比例值、效果光源的光斑大小、效果光源的整体区域相对于效果光源最大光斑的倍数、以及效果光源的灰度图输入所述3d仿真模型进行仿真；所述3d仿真模型输出所述效果光源的仿真结果。
7.在第一方面的一种实现方式中，所述根据所述仿真结果获得效果光源的折射方向包括：pos[i]＝zn
×
tan(a)
×2×
data[n].zoom/data[n].spot
×
data[n].pos[i]；rot[i]＝arctan(pos[i]/zn)；其中，pos[i]表示第i个发散光束的光斑，zn表示3d仿真环境中投影墙模型的位置，a表示所述光源模型的出光角度；data表示为效果光源的数据文件；data[n].zoom表示数据文件第n行的zoom列；data[n].spot表示数据文件第n行的spot列；data
[n].pos[i]表示数据文件第n行的layout列的第i个pos值；rot[i]表示最终需要的光束的朝向角度。
[0008]
在第一方面的一种实现方式中，所述效果光源包括棱镜光源；所述棱镜光源包括8棱镜光源或/和16棱镜光源。
[0009]
第二方面，本技术提供一种光源显示效果的仿真模型，所述光源显示效果的仿真模型由权利要求1所述的光源显示效果的仿真模型生成方法生成获得。
[0010]
第三方面，本技术提供一种光源显示效果的仿真方法，所述光源显示效果的仿真方法包括：运行所述光源显示效果的仿真模型，获得效果光源显示的仿真效果。
[0011]
第四方面，本技术提供一种光源显示效果的仿真模型生成系统，所述光源显示效果的仿真模型生成系统包括：模型参数输入模块，接收一光源显示的模型生成参数；模型生成模块，与所述模型参数输入模块通信相连，根据所述模型生成参数生成光源显示的3d仿真模型；所述3d仿真模型包括投影墙模型、光源模型以及所述投影墙模型与光源模型之间的距离；效果参数输入模块，接收一效果光源显示参数，并将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，使所述3d仿真模型输出仿真结果；效果属性计算模块，与所述3d仿真模型通信相连，根据所述仿真结果获得效果光源的折射方向；模型调整模块，与所述效果参数输入模块、所述效果属性计算模块和所述3d仿真模型分别通信相连，将所述效果光源的折射方向填入所述光源模型的传输属性中，将所述效果光源显示参数中的灰度图贴入所述光源模型的cookie属性中，使所述光源显示的3d仿真模型调整为光源显示效果的仿真模型。
[0012]
第五方面，本技术提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，存储有一计算机程序；处理器，与所述存储器通信相连，执行所述计算机程序时实现所述的光源显示效果的仿真模型生成方法。
[0013]
第六方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的光源显示效果的仿真模型生成方法。
[0014]
如上所述，本技术所述的光源显示效果的仿真模型及生成方法、系统、介质及设备，具有以下有益效果：
[0015]
本技术利用3d图形技术使得舞台上的内容可以事前预演，这样的预演正朝着更加完整、精细和绚烂的方向发展。本技术可以以较小的数据量，较小的性能，在较短的时间内仿真模拟出各类光源的显示效果，如舞台灯棱镜的显示效果，逼真地还原舞台灯棱镜投影效果。
附图说明
[0016]
图1显示为本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的一种应用场景示意图。
[0017]
图2显示为本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的一种硬件应用结构示意图。
[0018]
图3a显示为本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的一种示例性流程示意图。
[0019]
图3b显示为本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的步骤s330
的一种示例性流程示意图。
[0020]
图4a～图4e显示为本技术实施例所述的棱镜光源的光源显示效果数据参数示意图。
[0021]
图4f显示为本技术实施例所述的通过gui界面输入所述效果光源显示参数的显示界面示例图。
[0022]
图5显示为本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成系统的一种示例性结构示意图。
[0023]
图6显示为本技术实施例所述的电子设备的一种示例性结构示意图。
具体实施方式
[0024]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0026]
在舞台场景的仿真过程中，虚拟的3d舞台的舞台灯的仿真不仅需要正确的显示3d环境，产生光束，还需要还原灯具的各种效果，为舞台灯光设计提供可视化的三维图像。例如：舞台灯具的棱镜效果是非常常见的一种灯光效果，棱镜效果是利用多棱镜等特殊镜片与图案片组合使用，可产生多重图案形象，或三维立体效果，加上棱镜的自身旋转和转速可调功能，可产生非常有震憾力的效果。
[0027]
本技术提出一种光源显示效果的仿真模型生成方法，可以用于实现各种灯光效果的仿真模拟，为舞台活动的提前规划和预览提供强有力的支持。下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细描述。
[0028]
本技术提供一种虚拟的舞台灯光效果及演出场景示意图，如图1所示，包括虚拟舞台110、虚拟演出人员120、虚拟灯具130及其灯光效果140。所述虚拟的舞台灯光效果及演出场景可以通过一种3d仿真系统实现。
[0029]
如图2所示，本技术实施例提供一种3d仿真系统的结构示意图，本技术所述方案可以基于图2或与图2有类似功能的仿真系统实现，但本技术的硬件实现结构包括但不限于本实施例列举的硬件结构。所述3d仿真系统200包括：资源层210，接口层220，渲染层230。
[0030]
所述资源层210被配置为获取资源文件，所述资源文件是一种场景组织文件，可以记录舞台场景的一些基本的参数和每一个舞台实体的位置、朝向等各个方面的信息。例如：所述资源文件可以是利用如3dmax ofusion插件等类型的软件导出，生成场景组织，材质，实体，贴图等系统所需的文件。
[0031]
所述接口层220被配置为负责将所述资源文件导入显示场景中。
[0032]
所述渲染层230被配置为在所述显示场景中实现舞台场景和灯光的渲染，系统资
源的管理，以及用户交互的实时响应等。
[0033]
如图3a所示，本实施例提供一种光源显示效果的仿真模型生成方法，该方法可以基于图2或与图2有类似功能的仿真系统实现，但本技术的硬件实现结构包括但不限于本实施例列举的硬件结构。所述光源显示效果的仿真模型生成方法包括s310～s350。
[0034]
s310，接收一光源显示的模型生成参数。其中，所述模型生成参数可以包括光源模型参数、投影墙模型参数、投影墙模型与光源模型之间的距离参数或/和其他模型参数。
[0035]
需要说明的是，所述模型生成参数可以是由外部系统直接导入，可以是通过一参数文件的输入获取的，也可以是用户通过gui界面输入的，或者是通过其他接口获取的。光源模型参数是用于配置生成光源模型的，投影墙模型参数是用于配置生成投影墙模型的，距离参数是用于配置投影墙模型与光源模型之间的距离的。其他模型参数可以是生成舞台灯光效果及演出场景的任何模型参数，例如舞台模型参数、演出者模型参数等。
[0036]
本技术中，所述光源显示的模型生成参数可以是通过一参数文件的输入获取的，也可以是用户通过gui界面输入的，或者是通过其他接口获取的，本技术的保护范围不限于所述光源显示的模型生成参数的具体获取方式。在实际应用中，本领域技术人员可以根据技术的发展灵活选用实现路径。
[0037]
s320，根据所述模型生成参数生成光源显示的3d仿真模型；所述3d仿真模型包括投影墙模型、光源模型以及所述投影墙模型与光源模型之间的距离。
[0038]
需要说明的是，所述3d仿真模型即可以模拟仿真舞台灯光效果及演出场景。所述3d仿真模型中的光源模型是根据光源模型参数配置生成的，投影墙模型是根据投影墙模型参数配置生成的，投影墙模型与光源模型之间的距离是根据距离参数配置生成的。所述3d仿真模型中的其他模型也可以根据对应的其他模型参数配置生成。
[0039]
本技术中，所述光源模型可以是一个没有任何特色的通用的虚拟发光器件，当通过模型生成参数为光源模型赋予一定属性后，该光源模型即可以成为呈现一定类型光效的类型光源，可以模拟各种类型的发光灯具，例如：可以模拟点光源光、平行光、环境光、聚光灯光、太阳光等类型光源。
[0040]
s330，接收一效果光源显示参数，并将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，获得仿真结果。
[0041]
需要说明的是，通过所述效果光源显示参数为类型光源赋予特色显示效果后，所述类型光源即可呈现所述特色显示效果的光效。
[0042]
本技术中，所述效果光源显示参数可以是通过一参数文件的输入获取的，也可以是用户通过gui界面输入的，或者是通过其他接口获取的，本技术的保护范围不限于所述效果光源显示参数的具体获取方式。在实际应用中，本领域技术人员可以根据技术的发展灵活选用实现路径。
[0043]
于本技术一实施例中，以效果光源为棱镜光源为例进行详细说明。首先，模拟仿真环境由投影墙和棱镜光源构成，棱镜光源和投影墙离开一定距离,确保发散光斑不重叠。其次，打开舞台灯的开关，获取舞台灯的投影数据。通过以上方式可以获得棱镜光源的效果光源显示数据，其中，棱镜光源的发散光源会有固定的排布，每个发散光源的光斑是一个强度不均匀的椭圆状，获取的棱镜光源的效果光源显示数据如表1所示。
[0044]
表1：棱镜光源的效果光源显示数据表
[0045]
typedistancelayoutspotzoomintentsity8棱镜d1{pos1,pos2,...pos8}spot1zoom1800001.jpg16棱镜d2{pos1,pos2,...pos16}spot2zoom2160001.jpg
[0046]
其中，distance表示棱镜光源与投影墙之间的距离，参见图4a所示；layout表示棱镜光源的光斑分布；pn表示单个棱镜光束投射位置在整个区域中的比例值，范围是[0，1]，其中，所述整个区域为最小的可以容纳所有光斑的矩形区域，参见图4a所示；spot表示光斑半径，spot1和spot2表示实验环境中测得的单个棱镜光束的光斑大小，参见图4b所示；zoom表示所有光斑占据的区域大小，用相对光斑尺寸的倍数表示，即棱镜效果的整个区域相对于灯具最大光斑的倍数，参见图4c所示；intensity即灰度图，表示单个棱镜的光照强度和均匀度，参见图4d和图4e所示；图4d中，标号1所示方框表示spot记录实际的尺寸；标号2所示方框表示zoom记录相对spot的倍数；标号3表示pn记录光斑在矩形区域里的相对位置，用[0,1]表示。表格中的数据可以以json/xml格式存储在电脑上。图4f显示为一种用户通过gui界面输入所述效果光源显示参数的显示界面示例图。
[0047]
参见图3b所示，于本技术的一实施例中，所述步骤s330中，接收一效果光源显示参数包括：
[0048]
s331，接收一效果光源测试数据；所述效果光源测试数据可以通过实验手段获得，也可以通过测试设备自动获得。
[0049]
s332，识别所述效果光源测试数据，获得所述效果光源显示参数；所述效果光源显示参数包括效果光源的类型、效果光源与投影墙之间的距离、单个效果光源光束投射位置在整个区域中的比例值、效果光源的光斑大小、效果光源的整体区域相对于效果光源最大光斑的倍数、以及效果光源的灰度图。
[0050]
参见图3b所示，于本技术的一实施例中，步骤s330中，将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，获得仿真结果包括：
[0051]
s333，将所述效果光源的类型、效果光源与投影墙之间的距离、单个效果光源光束投射位置在整个区域中的比例值、效果光源的光斑大小、效果光源的整体区域相对于效果光源最大光斑的倍数、以及效果光源的灰度图输入所述3d仿真模型进行仿真；
[0052]
s334，所述3d仿真模型输出效果光源的仿真结果。
[0053]
s340，根据所述仿真结果获得效果光源的折射方向。
[0054]
本技术中，所述根据所述仿真结果获得效果光源的折射方向包括：
[0055]
pos[i]＝zn
×
tan(a)
×2×
data[n].zoom/data[n].spot
×
data[n].pos[i]；
[0056]
rot[i]＝arctan(pos[i]/zn)
[0057]
其中，pos[i]表示第i个发散光束的光斑，zn表示3d仿真环境中投影墙模型的位置，a表示所述光源模型的出光角度；data表示为效果光源的数据文件，参见表1所示；data[n].zoom表示数据文件第n行的zoom列；data[n].spot表示数据文件第n行的spot列；data[n].pos[i]表示数据文件第n行的layout列的第i个pos值；rot[i]表示最终需要的光束的朝向角度。pos[i]是真实测试环境下用范围[0,1]表示的光斑位置，pos[i]是3d程序中光斑的3d坐标。
[0058]
s350，将所述效果光源的折射方向填入所述光源模型的传输属性中，将所述效果光源显示参数中的灰度图贴入所述光源模型的cookie属性中，使所述光源显示的3d仿真模
型调整为光源显示效果的仿真模型。
[0059]
本技术的灰度信息是用图来表示的，将灰度图贴入cookie属性后，仿真计算时会加载图片来获取灰度信息，所以intensity翻译成灰度图。
[0060]
本技术利用3d图形技术使得舞台上的内容可以事前预演，这样的预演正朝着更加完整,精细和绚烂的方向发展。本技术可以以较小的数据量，较小的性能，在较短的时间内仿真模拟出各类光源的显示效果，如舞台灯棱镜的显示效果，逼真地还原舞台灯棱镜投影效果。
[0061]
相对于传统的采用光线追踪仿真而言，如果采用传统的光线追踪技术模拟舞台灯具的棱镜效果，则需要计算光束在棱镜内部折射路径，计算量大，所需要的计算机性能较高，运算时间长；本技术通过测试的方法采集到光束发散的数据，通过简单的公式就可以在3d环境中模拟出动态的效果。
[0062]
如果基于各类光学镜器件的物理特性做3d仿真，则需要知道不同光学镜器件的物理参数，而且常规的光线追踪技术对机器性能要求非常高，消耗时间长，不适用于实时的场合。本技术通过对光学镜器件(如舞台灯的棱镜)的效果建立数学模型，采用实验拍照的方法获取舞台灯的投影数据，结合模型和获取的数据，通过贴图的方式，从而以较小的数据量，在较短的时间内模拟出光学镜器件(如舞台灯棱镜)的显示效果，逼真地还原光学镜器件(如舞台灯棱镜)的投影效果。
[0063]
本技术实施例提供一种光源显示效果的仿真模型，所述光源显示效果的仿真模型由以上所述的光源显示效果的仿真模型生成方法生成。
[0064]
本技术实施例还提供一种光源显示效果的仿真方法，所述光源显示效果的仿真方法包括：运行所述光源显示效果的仿真模型，获得效果光源的3d显示效果(或3d仿真效果)。
[0065]
本技术实施例所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本技术的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本技术的保护范围内。
[0066]
本技术实施例还提供一种光源显示效果的仿真模型生成系统，所述光源显示效果的仿真模型生成系统可以实现本技术所述的光源显示效果的仿真模型生成方法，但本技术所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的光源显示效果的仿真模型生成系统的结构，凡是根据本技术的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本技术的保护范围内。
[0067]
参见图5所示，本技术实施例还提供一种光源显示效果的仿真模型生成系统，所述光源显示效果的仿真模型生成系统500包括：模型参数输入模块510，模型生成模块520，效果参数输入模块530，效果属性计算模块540和模型调整模块550。
[0068]
所述模型参数输入模块510接收一光源显示的模型生成参数。
[0069]
所述模型生成模块520与所述模型参数输入模块通信相连，根据所述模型生成参数生成光源显示的3d仿真模型360；所述3d仿真模型包括投影墙模型、光源模型以及所述投影墙模型与光源模型之间的距离。
[0070]
所述效果参数输入模块530接收一效果光源显示参数，并将所述效果光源显示参数输入所述3d仿真模型进行仿真，使所述3d仿真模型输出仿真结果。
[0071]
所述效果属性计算模块540，与所述3d仿真模型通信相连，根据所述仿真结果获得
效果光源的折射方向。
[0072]
所述模型调整模块550，与所述效果参数输入模块、所述效果属性计算模块和所述3d仿真模型分别通信相连，将所述效果光源的折射方向填入所述光源模型的传输属性中，将所述效果光源显示参数中的灰度图贴入所述光源模型的cookie属性中，使所述光源显示的3d仿真模型调整为光源显示效果的仿真模型。
[0073]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0074]
作为分离部件说明的模块/单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块/单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块/单元来实现本技术实施例的目的。例如，在本技术各个实施例中的各功能模块/单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块/单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块/单元集成在一个模块/单元中。
[0075]
本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0076]
参见图6所示，本技术实施例还提供一种电子设备，所述电子设备600包括：存储器610，处理器620。所述存储器610存储有一计算机程序；所述处理器620与所述存储器610通信相连，执行所述计算机程序时实现以上所述的光源显示效果的仿真模型生成方法。
[0077]
可选地，电子设备600还可以包括显示器630，该显示器630与存储器610和处理器620通信相连，用于显示所述网络连接识别方法的相关gui(graphical user interface，用户图像界面)。
[0078]
示例性地，处理器620可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等。还可以是数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
[0079]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所述的光源显示效果的仿真模型生成方法。
[0080]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质是非短暂性(non-transitory)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带(magnetic tape)，软
盘(floppy disk)，光盘(optical disc)及其任意组合。上述存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，dvd))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0081]
本技术实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的光源显示效果的仿真模型生成方法的步骤。
[0082]
上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。
[0083]
上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。