专利名称：适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法
技术领域：
本发明涉及数字球幕电影技术，尤其涉及一种适应球幕制作的三维全景 自然光模拟方法。
背景技术：
球幕电影是出现于20世纪70年代的一种特种电影类型，其必须在专门 的球幕电影院播放。球幕影院是一种具有球幕电影和天象演示双重功能的、 集教育与娱乐为一体的、新颖的影视场所。这种电影的观众厅为圆顶式结 构，银幕呈半球形，观众被包围其中，视银幕如同苍穹。由于放映的视域范 围可达180°，可自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众如置身其 间，采用倾斜式设计的银幕还能使观众具有飘浮在空中的感觉。按照视觉理 论，人的视域范围一旦超过150°，就会产生身临其境的错觉，因此，这种电 影类型的沉浸效果非常强烈，并且可脱离立体眼镜和头盔，产生立体视觉。
球幕影院以其独特的视觉效果深受观众的喜爱，传统的球幕电影采用 70mm胶片和鱼眼镜头进行拍摄和放映。然而，用传统的拍摄方法制作球幕 影片存在许多难以克服的技术障碍，使得球幕影片的制作成本高昂、影片题 材单调，这些困难直接导致影片的租金昂贵，通常一部球幕影片的年租金高 达到$20万——$40万/年，平均每家影院每年要支付$40万——$80万的租金 费用。所以片源稀缺、运营成本高昂，几乎是所有球幕影院现实的巨大困 难。因此，基于计算机图形学的数字球幕电影技术是最近几年兴起的一个新 领域，它与传统的拍摄制作方式相比，可以制作出人类无法达到的过去世 界、未来世界、微观世界、外太空世界等一切人类未知或无法拍摄到的世 界，其表现潜力几乎不受限制。
数字球幕电影技术包括数字制作和数字放映两方面。其中数字放映系统 已有国外公司公开出售，例如广东科学中心采用的美国益世(E&S)公司的
3Digistar3播放系统，是目前业界领先的球幕影院数字放映解决方案，占据全 球绝大部分市场。但是在数字球幕电影制作技术方面，尚未见国内外有关于 这方面的技术披露，国外的制作公司在制作过程中一方面是使用专门而昂贵 的专业软件，另一方面是对其制作方法保密。目前国内通常都是从国外购买 或租赁数字球幕电影来放映。基于计算机上的三维软件来制作数字球幕电影 是一种主要的数字球幕电影制作方法，其原理是在三维软件里将数字模拟的 真实环境用数字相机无缝的拍摄下来。在真实环境中，自然界的光源来自曰 光，而日光在光源分布图中则以漫反射为主，从天空的各个不同方向发散出 来的光线构成自然界的照明系统。为了在球幕电影中真实的模拟自然界的 180度自然光，国外通常使用渲染器来提供的自然光，这样就需要大量的渲 染时间及渲染成本。因此，迫切需要我们找到一种应用现有三维软件来适应 球幕制作的三维全景自然光模拟的方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种适应球幕制作的三维全景自然光模拟 方法，应用现有三维软件来模拟适应球幕制作的三维全景自然光。
为实现上述目的，本发明提供一种适应球幕制作的三维全景自然光模拟
方法，包括如下步骤
(1) 在3DMAX中建立一整体无缝的模拟地面和天空三维全景模型；
(2) 相应于所述三维全景模型建立一半球型灯光阵列，所述灯光阵列的 分布位置形成一半球形；
(3) 所述灯光阵列按照接近于所述半球顶点的顶层、接近于所述半球二 分之一高度的中层和接近于所述半球底边的底层分为三层，每层具有12个模 拟灯光，且灯光为3DMAX的射灯，灯光的投射方向为指向所述半球的球 心；
(4) 所述每层的12个模拟灯光形成圆周对称分布，各层的12个模拟灯光 在所述三维全景模型的地面上的投影点平均分布在12条由半球型灯光阵列的 球心引出的射线上，也就是说除各层上的12个模拟灯光是圆周对称分布外， 顶层、中层和底层三者共同相对于半球型的圆心也为均匀分布，以保证所模 拟自然光线的均匀性；(5)设置顶层灯光亮度为0.1—0.2，色相为偏蓝色系；设置中层灯光亮度 为0.1-0.2,色相为偏蓝色系；设置底层灯光亮度为0.03-0.05，色相为偏黄色 系。在这样三层环境灯光的影响下，较为完整的再现了真实环境中的自然 光。通过设置灯光亮度和色相，可以模拟各种时段或天气条件下的自然光情 况。
其中，所述整体无缝的三维全景模型包括模拟三维环境中地面的平面和 模拟三维环境中天空的半球，所述半球底边与所述平面相接合，使所述半球 位于所述平面范围内。
其中，所述灯光阵列所分布的半球形状与所述三维全景模型的半球重 合，也就是所述灯光阵列分布于所述三维全景模型的半球上。
应用本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法，可利用现有三维 软件完整的再现真实环境中的自然光，为球幕电影360度全景取景的环境灯光 提供了比较完善的解决方案，其模拟的环境光效果可以媲美国外常用的渲染 器提供的环境光，但是渲染时间却大大减少，使渲染成本大大降低。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的 技术方案及其他有益效果显而易见。 附图中，
图1为本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法一较佳实施例的 流程图2为本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法一较佳实施例的 侧面透视示意图3为本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法一较佳实施例的 俯视透视示意图。
具体实施例方式
图1为本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法一较佳实施例的流 程图；图2为采用此较佳实施例的侧面透视示意图，图3为采用此较佳实施例 俯视透视示意图，图2及图3显示应用本发明方法过程中模拟灯光的位置。在
5此较佳实施例中，所使用的三维软件为3DMAX，三维全景建模工作通过 3DMAX来实现，利用所建设的三维全景模型拍摄出的三维球幕电影可在益 世Digistar3球幕放映系统中播放,说明中所提到的关于建模等方面的概念都是 引用3DMAX中的定义。
如图l、图2及图3所示，本发明适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法 包括步骤IO，首先在3DMAX中建立一整体无缝的模拟地面和天空三维全 景模型，在此实施例中，此全景模型包括平面1和半球面2，均为通过3DMAX 的建模功能来实现，平面l模拟大地，半球面2模拟天空；步骤20，接下来在 所述三维全景模型的半球面2上建立一半球型灯光阵列，包含许多Spot射灯 4、 5、 6,各射灯的分布位置形成一半球形；步骤30，然后将所述灯光阵列分 为顶层射灯4、中层射灯5和底层射灯6，每层具有12个模拟灯光，由于模拟灯 光的对称性，部分模拟灯光没有在图中显示出来，灯光的投射方向为指向所 述半球的球心，图中射灯的箭头符号为3DMAX中对灯光的表示形式，并不 代表灯光实际的投射方向；步骤40，使各层的模拟灯光分布均匀，也就是在 空间中均分布射灯4、 5、 6,所述每层的12个模拟灯光形成圆周对称分布，各 层的12个模拟灯光在所述三维全景模型的地面上的投影点平均分布在12条由 半球型灯光阵列的球心引出的射线上，也就是说除各层上的12个模拟灯光是 圆周对称分布外，顶层、中层和底层三者共同相对于半球型的圆心为均匀分 布，以保证所模拟自然光线的均匀性；步骤50，设置顶层,中层，底层的灯光 亮度及色相，在此较佳实施例中，设置顶层射灯4灯光亮度为0.1，色相为偏 蓝色系；设置中层射灯5灯光亮度为0.1,色相为偏蓝色系；设置底层射灯6灯 光亮度为0.03，色相为偏黄色系，在这样三层环境灯光的影响下，较为完整的 再现了真实环境中的自然光。而且，使用者还可以进一步通过改变灯光亮度 和色相，来模拟各种时段或天气条件下的自然光情况，例如，通过改变中层 射灯5的色相为偏黄色系，可模拟多云条件下的自然光照。
如图2和图3所示，其很清楚的显示了顶层射灯4、中层射灯5、底层射灯6 在三维全景模型中的分布情况，总共36个射灯相对于半球面2的球心均匀分 布，以保证所模拟自然光线的均匀性，在这样三层射灯灯光的影响下，较为 完整的再现了真实环境中的自然光，为球幕电影360度全景取景的环境灯光提供了比较完善的解决方案。此外，使用者在实际使用中可能会调整射灯的数 量、亮度及色相，均应包含在本发明的保护范围内。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方 案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应 属于本发明后附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在3DMAX中建立一整体无缝的模拟地面和天空三维全景模型；(2)相应于所述三维全景模型建立一半球型灯光阵列，所述灯光阵列的分布位置形成一半球形；(3)所述灯光阵列按照接近于所述半球顶点的顶层、接近于所述半球二分之一高度的中层和接近于所述半球底边的底层分为三层，每层具有12个模拟灯光，且灯光为3DMAX的射灯，灯光的投射方向为指向所述半球的球心；(4)所述每层的12个模拟灯光形成圆周对称分布，各层的12个模拟灯光在所述三维全景模型的地面上的投影点平均分布在12条由半球型灯光阵列的球心引出的射线上；(5)设置顶层灯光亮度为0.1-0.2，色相为偏蓝色系；设置中层灯光亮度为0.1-0.2，色相为偏蓝色系；设置底层灯光亮度为0.03-0.05，色相为偏黄色系。
2、 如权利要求l所述的适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法，其特征在于，所述整体无缝的三维全景模型包括模拟三维环境中地面的平面和模拟三维环境中天空的半球，所述半球底边与所述平面相接合，使所述半球位于所述平面范围内。
3、 如权利要求2所述的适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法，其特征在于，所述灯光阵列所分布的半球形状与所述三维全景模型的半球重合，也就是所述灯光阵列分布于所述三维全景模型的半球上。
全文摘要
一种适应球幕制作的三维全景自然光模拟方法，包括(1)在3DMAX中建立一整体无缝的模拟地面和天空三维全景模型；(2)相应于三维全景模型建立一半球型灯光阵列；(3)所述灯光阵列分为三层，每层具有12个模拟灯光，且灯光为3DMAX的射灯，灯光的投射方向为指向所述半球的球心；(4)所述每层的12个模拟灯光形成圆周对称分布；(5)设置顶层灯光亮度为0.1-0.2，色相为偏蓝色系；设置中层灯光亮度为0.1-0.2，色相为偏蓝色系；设置底层灯光亮度为0.03-0.05，色相为偏黄色系。本发明可利用现有三维软件完整的再现真实环境中的自然光，其效果媲美国外常用的渲染器，但是渲染时间及成本却大大减少。
文档编号G06T15/50GK101540059SQ20081006610
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者宫闻丰, 梁权富 申请人:深圳市水晶石电脑图像技术开发有限责任公司