基于机电跟踪的3D虚拟演播室系统

基于机电跟踪的3D虚拟演播室系统

一、基于机电跟踪的三维虚拟演播室系统(论文文献综述)

张瑞玲[1](2019)在《虚拟演播室实时渲染方法研究》文中提出虚拟演播室技术在诸多电视节目的制作过程当中均有广泛的应用,通过该技术手段可以将外部的一些虚拟场景和摄像机中所拍摄得到的实际图像进行有效的融合,从而最终得到一个良好的画面效果。伴随着相关技术手段的不断进步,虚拟演播室实时渲染技术也在不断的进步当中。与此同时,在新的三维实时渲染系统之中,其对实时渲染的整体效率也有了更高的要求,其要求画面要更加流畅和更具真实感。而在进行三维场景绘制的过程当中,要想使得画面尽量逼真、效率更高,则需要对应模型当中的几何元素要更加精细化、算法更加高效。为了提高虚拟演播室实时渲染的效率,本文对虚拟演播室实时渲染技术的背景、研究意义、研究现状以及研究内容等进行了阐述,然后对其所涉及的相关理论及技术等进行系统化的阐述,并以此为理论基础,详细分析了虚拟演播室实时渲染中Hoppe的PM的快速恢复算法,通过研究与分析了传统的VIPM实时渲染技术中的不足,进而提出基于Hoppe的PM网格预处理恢复算法的目标关联索引(TAI,Target Association Index)优化算法,具体包括对PM的数据结构进行优化处理、对快速恢复VIPM进行必要的简化处理、对VIPM预处理数据结构进行优化处理、对能量计算公式进行简化处理、自相交检查、改进VIPM的数据生成以及改进VIPM的实时渲染等内容。最后,通过实验验证了算法的可行性,并通过优化算法效果与未优化效果的对比,验证了TAI优化算法的高效性。经过对虚拟演播室实时渲染过程当中的Hoppe的PM网格预处理恢复算法进行有效的优化,可以使得虚拟演播室实时渲染效率在原有基础之上得到显着的改善和提高。同时,也证明了本文所提出的基于Hoppe的PM网格预处理恢复算法的目标关联索引优化算法的有效性。

邹逸飞[2](2019)在《摄影机器人轨迹跟踪技术及控制系统研究》文中研究表明本课题受相关企事业单位委托,负责研发虚拟演播室用的摄影机器人设备。本文主要研究方向为轨道式摄影机器人轨迹跟踪系统的设计与实现,及整套运动控制系统的硬件与软件设计,最终基本完成了课题要求,样机在虚拟演播室的实际使用中效果良好。(1)首先对摄影机器人轨迹跟踪系统进行了总体方案设计,提出了跟踪需求,确定了需要被跟踪的7个参数信息:X、Y、Z、Pan、Tilt、Zoom、Fcous,设计了跟踪的精度及性能指标;完成了轨迹跟踪系统各运动方向传动方案的设计,包括轨道行走、立柱升降、云台平摇俯仰及镜头伺服模块;选择了合适的机电跟踪方式,并基于这种跟踪模式设计了各轴的编码采集单元,为实现摄像机轨迹跟踪提供了数据检测的方案,满足跟踪精度要求。(2)基于传动方案及编码数据采集,应用D-H矩阵变换描述了末端摄像机光心的位姿信息,实现了摄像机的实时轨迹跟踪。针对实际场地的不同轨道排列方式,提出了一种适用于弯轨存在的通用底盘中心定位算法,为上述D-H法实现轨迹跟踪提供了XY平面的参数信息,该算法经过实验满足误差要求。(3)对摄影机器人的一系列运动控制算法展开研究。利用拉格朗日方法进行了动力学算法分析,对电机进行校核并提供了控制理论依据;针对摄影机器人行走的振动及误差问题,设计了S形速度曲线及补偿调速算法,经实验验证可以有效解决这些问题,达到误差要求;使用Viola-jones人脸检测算法为摄影机器人增加了自动追踪的新功能。(4)完成了摄影机器人控制系统的硬件搭建,分析了GUC运动控制器、云台运动控制器等主要硬件设备,详细设计了控制台模块和同步信号分离模块,为后文控制台功能实现及跟踪数据传输的软件实现提供了硬件基础。(5)完成了摄影机器人控制系统的通信及软件设计。通信模块包括控制主机与虚拟工作站、控制主机与上位机、上位机与控制台的数据或指令通信;在控制主机内完成了对GUC运动控制器及云台模块控制器的程序设计,使机器人在各种控制模式下,各个方向可以正常运动;完成了上位机终端操作软件的图形界面设计及功能实现,客户使用情况反馈良好。最终在虚拟演播室下进行实际测试,测试效果良好。

高丽荣,姜海[3](2018)在《试论虚拟演播室技术在资源建设中的应用》文中进行了进一步梳理虚拟演播室技术是将虚拟现实技术和传统的色键抠像技术相互结合应运而生的新型产物。虚拟演播室技术在远程教育中的应用为资源建设开拓了新的视野。针对虚拟演播室的基本原理及主要技术进行分析,结合山西广播电视大学实际情况,探讨如何应用虚拟演播室开展资源建设。

刘丙凯[4](2017)在《虚拟演播室中摄像机跟踪与定位系统研究》文中研究指明通过对比以往虚拟演播室所采用的摄像机跟踪与定位方式优缺点,选取了目前市场广泛采用的基于机电跟踪的摄像机跟踪与定位方式,在此基础上研究并设计了一系列摄像机跟踪与定位产品,包括基于固定三脚架式摄像机跟踪与定位产品、基于固定底座的摇臂式摄像机跟踪与定位产品、基于轨道升降式摄像机跟踪与定位产品等三种产品,为虚拟拍摄提供了硬件设备。分析了光电编码器在机电跟踪中的作用及其应用难点,总结了虚拟演播室中摄像机拍摄的几种方式及每种拍摄方式的自由度,明确了虚拟演播室中摄像机位姿描述方式,对摄像机跟踪与定位算法的运动学理论进行了研究。设计并改进了镜头跟踪结构、云台跟踪结构,并对摄像机镜头跟踪系统进行校准和试验,完成了摇臂跟踪系统的结构设计和数据采集与通讯系统设计,对摇臂式摄像机跟踪与定位算法进行了分析,实现了摇臂摄像机的跟踪与定位,在此基础上研究了摇臂式摄像的特殊形式:固定三角架式摄像。使用Pro/E建立了直轨摄像机器人三维模型,对直轨摄像机器人跟踪与定位算法进行了分析,并进一步推导了其雅克比矩阵和动力学方程,最后完成了控制系统设计和软件设计。

吴晓晴[5](2016)在《虚拟演播室系统在南宁电视台《茶·生活》栏目中的应用》文中认为随着社会的进步和科技的发展,多媒体也在迅速发展,从而带动了虚拟演播室系统的改进。作为计算机技术的必然产物,虚拟演播室系统在电视节目中的运用,给传统电视节目带来了巨大的冲击。

张晓林[6](2015)在《全景虚拟演播室系统设计亮点》文中进行了进一步梳理本文介绍新疆巴音郭楞电视台搭建的三机位多通道高标清数字三维全景虚拟演播室的几个技术亮点。在使用过程中通过软硬件结合的方式,大大发挥了图形运动跟踪算法、虚拟背景渲染技术和摄像机跟踪技术优势,弥补了硬件设备的不足,特别适合地州电视台使用。

谢成营[7](2014)在《周口广播电视台虚拟演播室的设计与构建》文中进行了进一步梳理本文阐述了真三维虚拟演播室的原理、结构、主要技术指标,并从设备、灯光、蓝箱、声学装修几个方面介绍了搭建虚拟演播室的方案,以及重点设备的选型方法。

刘跃[8](2012)在《电视事业战略发展与虚拟演播室技术》文中指出虚拟演播室技术概述1、虚拟演播室技术的产生虚拟演播室最早起源于"电子布景"的概念,随着计算机虚拟现实技术的发展,借助于计算机技术在电视节目制作领域的应用,虚拟演播室技术真正走向了实用。作为数字演播室发展新技术,虚拟演播室技术已成为了当今数字电视演播室新技术的热点。它不仅为电视节目制作提供了高

沈渊,何成芊,洪亮[9](2011)在《基于机电传感的虚拟课堂演播室系统的研究》文中研究表明作为虚拟课堂演播室系统的核心技术,摄像机定位与跟踪技术是目前研究的热点。针对图形识别方式的摄像机定位跟踪系统存在着数据处理时间长、视频延时量较大等缺点,提出虚拟课堂应采用机电传感方式实现摄像机的定位与跟踪。分析摄像机镜头校准的方法,给出了机电传感跟踪流程和精度依据,并对系统主机获取运动参数方式给出设计思路。该方案具有摄像机的定位跟踪几乎没有延迟、参数精确可靠等优势,是虚拟课堂演播室较为合适的定位跟踪方式。

马巾,别业鹏,马双[10](2010)在《荆门电视台虚拟演播室系统设计》文中研究说明从系统实际技术需求、系统构架、系统原理、软件特点等多方面介绍了台内演播室的设计。详细介绍了系统关键技术,重点介绍了系统能实现的具体功能。

二、基于机电跟踪的三维虚拟演播室系统(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、基于机电跟踪的三维虚拟演播室系统(论文提纲范文)

(1)虚拟演播室实时渲染方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 研究现状及综述
    1.3 主要研究内容
    1.4 组织结构
第2章 相关理论技术
    2.1 虚拟演播室技术
    2.2 实时渲染技术
        2.2.1 应用程序阶段
        2.2.2 几何阶段
        2.2.3 光栅阶段
    2.3 三维图形加速技术
        2.3.1 计算机建模技术
        2.3.2 图像加速技术
        2.3.3 预处理
    2.4 LOD技术
    2.5 Hoppe的 PM递进网格
    2.6 VIPM实时渲染技术
    2.7 递进网格构造与演播室实时渲染的关系
    2.8 本章小结
第3章 虚拟演播室实时渲染优化方法
    3.1 场景绘制中的LOD技术
    3.2 Hoppe的 PM网格预处理恢复算法
        3.2.1 算法的内涵及改进的意义
        3.2.2 Hoppe的 PM网格预处理恢复算法
    3.3 基于Hoppe的PM网格预处理恢复算法的TAI优化算法
        3.3.1 VIPM实时渲染技术中缺陷分析
        3.3.2 对Hoppe的 PM网格预处理恢复算法的改进思路
        3.3.3 基于Hoppe的PM网格预处理恢复算法的TAI优化算法
    3.4 本章小结
第4章 实验与结果分析
    4.1 TAI优化算法介绍
    4.2 对TAI优化算法的实例化验证
        4.2.1 实验原则与目标
        4.2.2 实验环境
        4.2.3 TAI优化算法的实例化验证
        4.2.4 TAI优化算法效果对比分析
    4.3 实验结果分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(2)摄影机器人轨迹跟踪技术及控制系统研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源及背景介绍
    1.2 虚拟演播技术简介
        1.2.1 虚拟演播技术的概念
        1.2.2 虚拟演播室的发展进程
        1.2.3 摄像机轨迹跟踪技术简介
    1.3 虚拟演播室用摄影机器人的国内外发展现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 论文主要研究内容
    1.5 论文研究思路及文章安排
2 摄影机器人轨迹跟踪系统方案设计
    2.1 摄影机器人轨迹跟踪需求分析
    2.2 摄影机器人轨迹跟踪系统传动方案设计
        2.2.1 机构模型的建立
        2.2.2 行走传动模块设计
        2.2.3 升降传动模块设计
        2.2.4 云台传动模块设计
        2.2.5 镜头伺服传动模块设计
    2.3 摄影机器人轨迹跟踪系统数据采集方案设计
        2.3.1 轨迹跟踪方式选择
        2.3.2 机电跟踪下轨迹跟踪参数检测
    2.4 本章小结
3 摄影机器人轨迹跟踪算法研究与实现
    3.1 摄影机器人轨迹跟踪运动学分析
        3.1.1 摄影机器人运动坐标系建立
        3.1.2 摄影机器人末端位姿定位
    3.2 摄影机器人轨道平面内的底盘定位分析
        3.2.1 轨道描述模型建立
        3.2.2 理想定位算法
        3.2.3 优化的定位算法
        3.2.4 实例验证
    3.3 本章小结
4 摄影机器人运动控制算法研究与实现
    4.1 摄影机器人动力学分析
        4.1.1 拉格朗日方程
        4.1.2 系统能量与广义力描述
        4.1.3 动力学方程的一般形式
        4.1.4 建立摄影机器人系统动力学方程
    4.2 摄影机器人行走速度控制算法设计与实现
        4.2.1 打滑及振动现象
        4.2.2 速度曲线设计
        4.2.3 调速算法及实验分析
    4.3 摄影机器人追踪运动算法设计与实现
        4.3.1 Viola-jones人脸检测算法
        4.3.2 云台自动追踪控制实现
        4.3.3 追踪功能的实验演示
    4.4 本章小结
5 摄影机器人控制系统硬件设计
    5.1 系统硬件总体架构
    5.2 控制系统的主要硬件设备
        5.2.1 机器人运动控制器
        5.2.2 云台运动驱动器
    5.3 关键硬件设备分析
        5.3.1 控制台设计
        5.3.2 同步信号分离模块
    5.4 本章小结
6 摄影机器人控制系统通信与软件设计
    6.1 系统通信模块设计
        6.1.1 控制主机与虚拟工作站的数据通讯
        6.1.2 控制主机与上位机的通讯
        6.1.3 上位机与控制台的通讯
    6.2 GUC运动控制器程序设计
        6.2.1 控制器系统配置程序
        6.2.2 行走、升降运动程序设计
        6.2.3 位姿计算模块程序设计
    6.3 云台模块程序设计
        6.3.1 运动程序设计
        6.3.2 摄像机专用镜头伺服器程序设计
    6.4 上位机终端操作软件设计
        6.4.1 上位机软件功能设计
        6.4.2 上位机图形界面设计及操作模式
    6.5 虚拟演播室下的实验演示
    6.6 本章小结
7 工作总结与展望
    7.1 总结
        7.1.1 轨迹跟踪方面
        7.1.2 运动性能方面
        7.1.3 控制系统方面
        7.1.4 通信及软件方面
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录

(3)试论虚拟演播室技术在资源建设中的应用(论文提纲范文)

一、虚拟演播室的基本原理
二、虚拟演播室的关键技术
    (一) 摄像机跟踪系统
    (二) 虚拟场景生成系统
    (三) 视频合成系统
三、虚拟演播室系统结构
四、虚拟演播室技术的应用

(4)虚拟演播室中摄像机跟踪与定位系统研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源及其工程应用价值
    1.2 虚拟演播室系统简介
    1.3 虚拟演播技术的国内外发展现状
    1.4 几种摄像机跟踪定位方式的优缺点
        1.4.1 机电传感跟踪技术
        1.4.2 图像识别跟踪技术
        1.4.3 红外跟踪技术
        1.4.4 三种跟踪定位方式比较
    1.5 本文主要研究内容
    1.6 本章小结
2 摄像机机电跟踪系统理论研究
    2.1 光电编码器应用及其技术难点
    2.2 摄像机拍摄方式及跟踪与定位系统组成
        2.2.1 固定三脚架式拍摄
        2.2.2 摇臂式拍摄
        2.2.3 轨道摄像机器人式拍摄
        2.2.4 自由移动摄像机器人式拍摄
        2.2.5 不同拍摄方式的摄像机跟踪与定位系统组成
    2.3 摄像机位姿描述方法及运动学研究
        2.3.1 摄像机位姿描述方法
        2.3.2 连杆坐标系与坐标变换
        2.3.3 雅克比矩阵
    2.4 本章小结
3 固定式机位摄像机跟踪与定位系统设计
    3.1 摇臂结构组成
    3.2 摇臂式摄像机跟踪与定位系统原理
    3.3 摇臂式摄像机跟踪与定位算法分析
        3.3.1 摇臂跟踪与定位算法分析
        3.3.2 摇臂逆运动学分析
    3.4 摇臂跟踪模块传感器选型及结构设计
        3.4.1 摇臂跟踪模块传感器选型
        3.4.2 摇臂跟踪模块结构设计
    3.5 云台跟踪模块结构设计
    3.6 镜头跟踪模块结构设计与校准
        3.6.1 摄像机镜头结构
        3.6.2 镜头跟踪模块传感器选型
        3.6.3 镜头跟踪模块结构设计
        3.6.4 镜头跟踪模块校准
    3.7 数据采集与通讯模块设计
    3.8 摇臂式摄像机跟踪与定位系统实验验证
    3.9 固定三脚架式摄像机跟踪与定位系统设计及验证
        3.9.1 固定三脚架式摄像机跟踪与定位系统原理
        3.9.2 固定三脚架式摄像机跟踪与定位系统结构设计
        3.9.3 固定三脚架式摄像机跟踪与定位算法分析
        3.9.4 固定三脚架式摄像机跟踪与定位系统实验验证
    3.10 本章小结
4 直轨式摄像机器人跟踪与定位系统结构设计
    4.1 系统性能要求及其设计
        4.1.1 系统性能要求
        4.1.2 系统总体方案设计
    4.2 机器人传动方式选择
    4.3 直轨摄像机器人结构设计及优化
        4.3.1 摄像机器人轨道及底盘设计
        4.3.2 摄像机器人升降机构设计
        4.3.3 摄像机器人云台设计及其优化
        4.3.4 摄像机器人自动变焦、聚焦装置设计
        4.3.5 摄像机器人装配
    4.4 本章小结
5 直轨式摄像机器人动力学分析及控制系统设计
    5.1 直轨式摄像机器人跟踪与定位算法及运动学分析
        5.1.1 直轨式摄像机器人跟踪与定位算法分析
        5.1.2 直轨式摄像机器人逆运动学分析
        5.1.3 直轨式摄像机器人雅克比矩阵
    5.2 直轨式摄像机器人动力学分析
        5.2.1 拉格朗日方程
        5.2.2 机械系统的动能和势能
        5.2.3 广义力
        5.2.4 机械系统动力学方程一般形式
        5.2.5 直轨式摄像机器人动力学方程的推导
    5.3 摄像机器人控制系统设计
        5.3.1 硬件设计
        5.3.2 软件设计
        5.3.3 Free-d通讯
    5.4 本章小结
6 工作总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录

(6)全景虚拟演播室系统设计亮点(论文提纲范文)

0引言
1全景虚拟演播室系统
2技术亮点
    2.1独特的图形运动跟踪算法, 虚实结合完美的视界
    2.2机电传感与图形运动跟踪结合, 最大限度贴近应用需求
    2.3灵活的多机位设计
    2.4精彩的阴影、倒影色键处理效果
    2.5精美预渲染场景与灵活实时渲染场景元素完美融合
    2.6机械光电传感跟踪系统, 摄像机跟踪精确平稳
    2.7高质量的虚拟大屏幕
3结束语

(7)周口广播电视台虚拟演播室的设计与构建(论文提纲范文)

1 虚拟演播室的原理和构成
    1.1 构成
    1.2 原理
    1.3 摄像机跟踪系统
    1.4 虚拟场景生成系统
    1.5 视频合成系统
2 虚拟演播室的设备系统构成及技术指标
    2.1 虚拟演播室系统原理图
    2.2 重点设备的选型
        2.2.1 摄像机的选型
        2.2.2 虚拟设备的选型
        2.2.3 色键的选型
3 灯光、蓝箱设计
4 吸声、隔声结构要求
    4.1 超细玻璃棉(多孔吸声结构)
    4.2 薄板共振吸声结构
    4.3 门窗隔音技术要求
5 施工原则

(8)电视事业战略发展与虚拟演播室技术(论文提纲范文)

虚拟演播室技术概述
    1、虚拟演播室技术的产生
    2、基本原理
    3、系统组成
虚拟演播室技术在电视行业的发展与应用
引入虚拟演播室技术的必要性
对不同虚拟演播室系统的选择
    1、对摄像机跟踪方式的考虑
    2、二维与三维虚拟演播室的选择
    3、几点考虑
关于虚拟演播室技术的几点畅想

(9)基于机电传感的虚拟课堂演播室系统的研究(论文提纲范文)

1 虚拟课堂演播室定位跟踪方式的选择
2 虚拟课堂演播室摄像机初始定位与校准
    2.1 安装定位与校准
    2.2 日常定位与校准
3 虚拟课堂演播室摄像机镜头的校准
    3.1 镜头校准的原因
    3.2 镜头校准的方法
        3.2.1 制作标定板获取标定图像序列
        3.2.2 两步实现准确标定
4 虚拟课堂演播室摄像机机电传感跟踪
    4.1 虚拟课堂摄像机的运动类型
    4.2 机电传感技术的跟踪应用
        4.2.1 机电传感跟踪流程
        4.2.2 机电传感跟踪精度
        4.2.3 虚拟课堂系统对跟踪数据的处理
5 结束语

(10)荆门电视台虚拟演播室系统设计(论文提纲范文)

1 引言
2 技术需求
    2.1 系统架构要求
    2.2 虚拟场景渲染模式及性能要求
    2.3 摄像机跟踪系统技术要求
3 系统简介
4 系统工作原理
5 系统技术特点

四、基于机电跟踪的三维虚拟演播室系统(论文参考文献)

  • [1]虚拟演播室实时渲染方法研究[D]. 张瑞玲. 哈尔滨工程大学, 2019(05)
  • [2]摄影机器人轨迹跟踪技术及控制系统研究[D]. 邹逸飞. 南京理工大学, 2019(06)
  • [3]试论虚拟演播室技术在资源建设中的应用[J]. 高丽荣,姜海. 山西广播电视大学学报, 2018(02)
  • [4]虚拟演播室中摄像机跟踪与定位系统研究[D]. 刘丙凯. 南京理工大学, 2017(07)
  • [5]虚拟演播室系统在南宁电视台《茶·生活》栏目中的应用[J]. 吴晓晴. 通讯世界, 2016(11)
  • [6]全景虚拟演播室系统设计亮点[J]. 张晓林. 广播与电视技术, 2015(02)
  • [7]周口广播电视台虚拟演播室的设计与构建[J]. 谢成营. 西部广播电视, 2014(20)
  • [8]电视事业战略发展与虚拟演播室技术[J]. 刘跃. 中国传媒科技, 2012(15)
  • [9]基于机电传感的虚拟课堂演播室系统的研究[J]. 沈渊,何成芊,洪亮. 电子设计工程, 2011(23)
  • [10]荆门电视台虚拟演播室系统设计[J]. 马巾,别业鹏,马双. 电视技术, 2010(03)

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