[发明专利]一种动态光场数据驱动的场景光照重现方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种动态光场数据驱动场景光照重现的方法。

背景技术

如何获得具有高度真实感的光照环境是影视制作、媒体广告和舞台灯光等领域所普遍面临的问题，一条行之有效却鲜有人提及的方案是利用从真实场景采集的光照数据在我们需要的场景中进行光照重现。本发明正是基于这种方案提出的一种动态光场数据驱动的场景光照重现方法。

光场是对一个场景内所有光线集合的数据抽象，它包含了这些光线的出射位置、方向、颜色、强度及在时间上的变化的所有信息。采样并存储一个场景的光场数据，即可使用这些数据来完成一个场景的光照环境在另一场景恢复重现。光测图是高动态全景图，用于描述一个空间点的入射光照信息，每一个光测图像素代表一条采样光线。使用光测图来采样真实场景中的光场数据是目前计算机领域最为常见和实用的方法，而光测图序列和四维光场表示模型是光场数据表示模型最为主要的两种类型，针对两种类型，本发明均可用于完成对场景光照重现的数据驱动。

目前很少有方案用于实现光照重现，一个相近的工作是美国南加州大学Paul Debevec等提出的Light Stage3，他们使用环境映照图驱动球形架上密布的LED射灯来完成光照重现。该方案仅使用了单点的环境映照图来表达整个场景的光照信息，所以只能用于重现球形架中心点光场，而且将中心点物体抽象为空间的一个点，因此该方案不能表示场景光照的空间变化，完全不足以表达大部分真实光照情况，如非均匀光照、光照衰减、存在阴影等情况。此外，该方案灯具分布范围小，只能用于重现人的面部或一些类似小型物体的表面光照，不适用于稍大规模的场景，如影视摄影棚、电视录制间、舞台等。

本发明提出的动态光场数据驱动场景光照重现方法完全解决了现有方法所存在的主要问题。使用动态光场数据记录了场景光照的空间变化信息，解决了现有方法只能恢复简单均匀光照环境的问题；使用各向异性点光源模型，适应于各种场景环境的灯具布置，解决了现有方法不适用于大规模场景的问题；使用可编程控制的多LED组合和旋转底座来自动控制场景光照重现过程，解决了现有方法光照恢复真实感低的问题。

发明内容

本发明的目的是解决在影视制作、舞台灯光控制等领域难以实现的高真实感光照重现的问题，提出了一种动态光场数据驱动的场景光照重现方法，可以实现一场景的光照环境在另一场景的真实重现。

为完成本发明的目的，本发明采用的技术方案是：一种动态光场数据驱动的场景光照重现方法，包括以下步骤：

步骤（1）、将事先在原始场景采样得到的动态光场数据重投影到重现场景的光源区域；

步骤（2）、将重投影得到的光场数据聚类为离散的各向异性点光源；

步骤（3）、对步骤（2）中聚类完成的每一个各向异性点光源，使用一组可编程控制的窄光束角全色LED射灯和旋转底座来进行模拟；

步骤（4）、通过后台程序和重投影后的动态光场数据来控制每一时刻旋转底座的旋转角度和LED射灯的颜色与强度，实现原始场景的光照重现。

其中，事先在原始场景采样得到的动态光场数据包括两种类型，光测图序列和动态四维平面光场表示模型；针对两种类型的数据，使用相同的方法，即光线重投影到重现场景需要架设光源的区域；光测图的每一个像素代表它的一条采样光线，像素值即为采样光线的强度，采样光线的方向由光测图的全景模型决定，通常采用球形全景模型；四维平面光场表示模型的每一个四维数据即为一条采样光线；重现场景根据具体应用需要，架设光源区域可为平面区域、弧面区域或其它不规则区域均可。

其中，原始动态光场数据重投影的采样光线与重现场景架设光源的区域形成一系列离散交点，这些交点代表这些采样光线从架设光源区域出射的位置，从这些交点中选取若干点作为代表点来代表它们周围一定区域内的所有交点，从而形成有一定间距的代表点序列，每个代表点都替代它周围区域内的其它交点，作为区域内所有光线的出射位置，从而使每个区域都可以用一个各向异性的点光源来模拟，代表点的位置即为点光源所在的位置；代表点的数量、分布、邻域大小由重现场景的规模、重现光照精度要求等客观条件与需求决定。