3d可视化及手势调节舞台灯具的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于舞台灯光控制领域，特别设及一种3D可视化及手势动作调节舞台灯具 的控制系统W及控制方法。【背景技术】 在舞台灯具控制领域里，舞台上的移动光斑是通过悬挂于舞台上方的摇头灯的照射和 转动来实现。灯具上设有相互垂直的竖直旋转轴W及水平旋转轴，当水平旋转轴不动时，所 述竖直旋转轴可使灯具围绕其旋转，W使灯具围绕竖直旋转轴旋转形成的轨迹曲线所在平 面与舞台平面垂直，实现竖直旋转；当竖直旋转轴不动时，所述水平旋转轴可使灯具围绕其 旋转，W使灯具围绕水平旋转轴旋转形成的轨迹曲线所在平面与舞台平面平行，实现水平 旋转；当竖直旋转轴和水平旋转轴同时转动，灯束的立体式转动，光束可W随着舞台场景的 变化而照射不同的地方。
[0002] 灯具的出光孔截面的圆屯、与灯具中屯、轴线在同一直线上，故灯具中屯、轴线的方向 即为光束线方向；灯具在旋转时，灯具中屯、轴线与其水平旋转轴之间会形成一定的夹角，即 竖直旋转角，角度为a ;灯具中屯、轴线在舞台平面上的投影与灯具的水平旋转角度0为灯 具中屯、轴线在XY平面上的投影线与X轴正方向之间的夹角，角度为0，其中，每个灯具的竖 直旋转角度a的设置范围和水平旋转角度0的设置范围均可人为设置。
[0003] 控制灯光光斑移动的方法一般是向灯光控制台系统手动输入相关灯具的参数，灯 光控制台系统根据相关参数，向灯具驱动机构发送相应信号，由灯具驱动机构控制灯具旋 转至相应位置，W使得灯具的光束投射到舞台的相应位置上。控制灯具旋转至相应位置，通 常是通过灯光控制台系统控制改变灯具的水平旋转角度值（目Ppan值）、竖直旋转角度值 (即tilt值）来实现，W达到改变灯具的投射方向的目的。
[0004] 目前，对于灯具的控制，只能在触屏的二维平面上选择灯具。手动移动和旋转灯具 的时候也只能同时在S维空间的一个方向移动和旋转。而本发明用手势在S维空间不同动 作可W在=维空间里方便的选择灯具，也同时可W在=维空间的任意方向移动和旋转灯 具。比W往的操作更加方便灵活和高效。
【发明内容】
[0005] 本发明的第一发明目的在于利用体感控制器对手势动作的捕捉，在3D虚拟舞台的=维 空间里形成一个选择矩形盒，可W自由方便灵活的选择灯具。
[0006] 本发明的第二发明目的在于利用体感控制器对手势动作的捕捉，提供一种在3D虚 拟舞台上能同时在=维空间的任意方向上方便灵活的移动、旋转灯具，进而提高工作的效 率。
[0007] 为实现本发明的第一个发明目的，本发明采用如下技术方案:一种3D可视化及手 势调节舞台灯具的控制系统，其特征在于:包括显示屏、用于捕捉手势动作的体感控制器、 灯具控制模块、用于存储灯具信息的存储模块、用于驱动灯具动作的灯具驱动机构，所述体 感控制器、存储模块、灯具驱动机构与灯具控制模块连接，所述灯具驱动机构连接灯具； 所述灯具控制模块包括： 虚拟舞台控制模块：用于通过手势建立虚拟舞台，并将建立好的虚拟舞台输出到显示 屏； 初始化模块:用于通过手势驱动灯具驱动机构将灯具移动至初始位置； 手势动作捕捉模块:通过体感控制器捕捉手势动作； 灯具选择模块:用于通过手势选择灯具； 灯具移动模块:用于通过手势在3D空间内移动选中的灯具； 目标光斑位置选择模块:用于通过手势选中3D空间的目标光斑位置； 灯具旋转模块:用于通过手势旋转选中的灯具使灯具的光束射向目标光斑。
[0008] 所述灯具控制模块还包括用于在虚拟舞台上模拟所有有效灯具投射到目标光斑 位置上的光斑图像并将模拟图像输出到显示屏的光斑图像模拟显示模块。
[0009] 所述灯具驱动机构为步进电机。
[0010] 为实现本发明的第二发明目的，本发明采用如下技术方案： 一种舞台灯具控制系统的控制方法，其特征在于包括W下步骤:a)建立虚拟舞台，W 实际舞台与地面平行的平面为XY平面，W舞台与地面平行平面的横向中屯、线、纵向中屯、线 分别为XY平面的X轴、Y轴，与XY平面垂直方向为Z轴，建立空间坐标系；通过灯光控制模 块，将实际舞台的位置信息按比例K缩放建立虚拟空间直角坐标系形成虚拟舞台；用手势绘 制出虚拟舞台，将绘制好的虚拟舞台发送到显示屏上，其中双手间距与缩放舞台大小的关 系如下:Ls = Lh * K; Ws = Wh * K; Hs = Hh * K; K〉0 ;其中，L是长度，W是宽度，H是 高度;下标S是舞台的尺寸，下标h是双手之间的尺寸，K为大于零的预设常数;b)初始化灯 具位置，通过灯具控制模块驱动灯具驱动机构将各灯具移动至初始位置;C)获取实际舞台 上需光束照射点的位置坐标信息，通过灯具控制模块将该位置信息转化为虚拟舞台上目标 光斑的位置坐标信息并将目标光斑的位置信息反馈给灯具控制模块;d)选择灯具，运用手 势在虚拟舞台内形成一个矩形盒，选中至少一个灯具;从存储器中读取所选灯具的位置数 据，并判断所选灯具对目标光斑位置是否有效，若目标光标位置处于该灯具的有效覆盖区 域内，则该灯具有效并选取，否则该灯具无效并忽略;灯具光束的覆盖区域满足W下条件的 有效：P e [zi*tan(ai)，zi*tan(a2)] ; 丫 E (bi，b2);其中，灯具的旋转中屯、点距离XY 平面的高度为Z1，灯具的竖直旋转角度值a的设置范围（ai，a2)，灯具的水平旋转角度值0 设置范围(bl，b2)，P为该灯具有效覆盖区域的极径范围，T为该灯具有效覆盖区域的极角 范围；e)计算有效灯具的水平旋转角度值、竖直旋转角度值，具体如下:灯具的水平旋转角 度值日、竖直旋转角度值0分别满足如下条件:a = a;rctan[(x广X2)2+(yi-y2)2]l/2/(z：L- Z2);
其中，灯具出光孔截面的初始位置的圆屯、在虚拟舞台上的坐标是(xi，yi，zi)，所述目标 光斑位置在虚拟舞台上的位置坐标为(X2，y2，Z2) ;f)将灯具的水平旋转角度值、竖直旋转 角度值转化为控制信号并向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具旋转至相应的方向及位 置。
[0011] 进一步地，在执行步骤f前，根据各有效灯具照射在目标光斑上的光斑形状，在虚 拟舞台上模拟绘制所有有效灯具在目标光斑上形成的光斑图像并将其输出到显示屏。
[0012] 本发明的有益效果： 1、利用体感控制器对手势动作的捕捉，在3D虚拟舞台的=维空间里形成一个选择矩形 盒，可W快速、自由、方便灵活的选择多个灯具。。
[0013] 2、采用可视化的虚拟舞台进行控制，利用体感控制器对手势动作的捕捉，提供一 种在3D虚拟舞台上能同时在=维空间的任意方向上方便灵活的移动、旋转灯具，具有直观 方便，自由快捷等优点。3、通过精确的虚拟舞台模拟，灯具光束可实现自动定位。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明所示的控制示意图。
[0015] 图2是本发明所述舞台灯具控制系统的总体结构图。
[0016] 图3是本发明所述舞台灯具控制系统的灯具控制模块的结构图。
[0017] 图4是本发明方法的总流程图。
[001引图5为本发明的原理图。
[0019] 图6为本发明的示意效果图。
【具体实施方式】
[0020] 参照图1-2所示，本发明所述的调节舞台灯具包括显示屏2、用于捕捉手势动作 的体感控制器、灯具控制模块、用于存储灯具信息的存储模块、用于驱动灯具动作的灯具驱 动机构，所述体感控制器、存储模块、灯具驱动机构与灯具控制模块连接，所述灯具驱动机 构连接灯具。存储模块用于存储所有灯具的位置信息数据、竖直旋转角度值a的设置范围 (ai，32)、水平旋转角度值0的设置范围（bi，b2)、属性数据信息（zoom属性）、灯具旋 转中屯、点的位置信息；灯具控制模块用于建立虚拟舞台、初始化灯具、选择目标光斑位置 并将目标光斑的位置转化为虚拟舞台上的位置信息、选择灯具并判断灯具相对目标光斑是 否有效、计算灯具的旋转角度并将该角度转化为控制信号控制灯具转动W及在虚拟舞台上 模拟光斑效果。如图3所示，灯具控制模块包括：虚拟舞台控制模块:通过体感控制器将双 手手掌的左右，前后，上下平行地拉大缩小动作转化为控制信号，来控制虚拟舞台的长宽高 尺寸大小，并将建立好的虚拟舞台输出到显示屏;初始化模块:用于通过预设置在灯具控制 模块中的软件向灯具驱动机构发送控制信号，驱动灯具驱动机构将灯具移动至初始位置， 最后初始化位置完成的3D灯具模型输出到显示屏;手势动作捕捉模块:通过体感控制器捕 捉手势动作。捕捉到手势动作后生成不同的信号，再发送到灯具的选择、移动、W及旋转模 块，分别实现不同模式下的灯具选择、移动和旋转操作;光斑图像选择模块:在目标光斑位 置选择模式下，通过体感控制器将单手的食指在平面空间移动换算到3D虚拟舞台中的屏幕 空间的一个点，悬停一秒左右后，选中3D空间的对应位置点为目标光斑位置;灯具选择模 块:在切换到灯具选择模式下，通过手势动作体感控制器，两手的食指在=维空间上做拉斜 线的动作形成一个矩形盒。将此矩形盒大小映射到虚拟舞台的3D空间形成一个相应比例的 矩形盒。双手食指继续拉伸可W改变矩形盒的长宽高。单掌前后左右上下的移动矩形盒位 置，来选择相应矩形盒范围内的灯具。单手食指可W点击某个灯具，如果此灯具未被选中就 变为选中状态，如果已经选中