【摘要】：盡管三維動(dòng)畫與全息投影技術(shù)的結(jié)合在現(xiàn)如今的很多展會(huì)上都可得見,但全息技術(shù)自身對(duì)黑色的識(shí)別度差以及對(duì)于攝像機(jī)擺放的高要求成為制約全息動(dòng)畫發(fā)展的重要因素,這就導(dǎo)致全息動(dòng)畫本身內(nèi)容不夠豐富,復(fù)雜程度和美觀程度降低。提出一種算法對(duì)全息動(dòng)畫中的黑色系進(jìn)行顏色替換、調(diào)節(jié)明度等措施來提升黑色系的投影效果,并研究三維動(dòng)畫中四個(gè)方位虛擬攝像機(jī)的聯(lián)動(dòng),來便利獲取全息投影的影像,使全息投影中角色與背景效果得到增強(qiáng),提升全息動(dòng)畫的藝術(shù)效果。最后通過實(shí)際制作全息投影平臺(tái)與全息動(dòng)畫來驗(yàn)證上述方法的可行性與正確性。
【圖文】：

第29卷第11期Vol.29No.112017年11月呂德生,等:全息投影中角色與背景效果增強(qiáng)研究Nov.,2017http:∥www.china-simulation.com2719計(jì)算有色區(qū)域的亮度值λ如下：=R0.299G0.587B0.114(1)當(dāng)λ<k時(shí)，即表示該有色區(qū)域足夠暗，需要對(duì)其進(jìn)行處理。同時(shí)，由于投影源本身的亮度并不是均勻的，且頂端投影源到金字塔形屏幕的投影距離并不是相等的，如圖1所示，存在“漸暈效應(yīng)”，那么我們可以根據(jù)投影源到屏幕的距離，調(diào)整三維動(dòng)畫中對(duì)應(yīng)位置的亮度，從而使角色與背景的投影效果得到增強(qiáng)。圖1投影源與投影屏幕位置關(guān)系示意圖Fig.1Positionrelationofprojectionsourceandscreen該算法的主要功能有：①對(duì)無法正常投影顯示區(qū)域的識(shí)別。在RGB空間根據(jù)亮度值λ與閾值的比較來判斷該區(qū)域能否正常投影。②對(duì)暗色區(qū)域亮度與對(duì)比度的修正。對(duì)于頭發(fā)、服飾等暗色區(qū)域，可通過修正亮度與顏色對(duì)比度來改善全息投影效果。這樣做雖然比較直接，但會(huì)影響動(dòng)畫表達(dá)效果。所以在三維動(dòng)畫前期制作中就應(yīng)當(dāng)充分考慮，避免出現(xiàn)過多的修正區(qū)域。③根據(jù)投影距離的大小來調(diào)整投影源中對(duì)應(yīng)位置像素的亮度，投影距離越大，需增加的亮度也就越大。上述的主要功能實(shí)現(xiàn)如下：①無法正常投影顯示區(qū)域的識(shí)別。在RGB空間，每個(gè)像素點(diǎn)都存在RGB值，可記為(Ri,Gi,Bi)，則其亮度值可由公式(1)計(jì)算出。對(duì)于一塊有N個(gè)像素點(diǎn)的相近顏色有色區(qū)域，，亮度值為：11=(0.2990.5870.114)NiiiiRGBN(2)當(dāng)k時(shí)，該有色區(qū)域無法正常投影顯示。②暗色區(qū)域的亮度與對(duì)比度修正。可以根據(jù)輸入的閾值k，調(diào)整三維動(dòng)畫的顏色對(duì)比度和亮度。閾值k因播放環(huán)境的環(huán)境光而差異。對(duì)暗色區(qū)域的亮度與對(duì)比度修正有兩種方法：一是以像素點(diǎn)為單位，逐一進(jìn)行判斷?

第29卷第11期系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)Vol.29No.112017年11月JournalofSystemSimulationNov.,2017http:∥www.china-simulation.com2720圖2投影源與投影屏幕間存在夾角Fig.2Anglebetweenprojectionsourceandscreen設(shè)a點(diǎn)處亮度為f(x)，oa間距離為x，則：f(x)=mx(4)參數(shù)m大于0并與全息投影平臺(tái)所在環(huán)境光照情況有關(guān)。對(duì)于像素點(diǎn)亮度的操作，主要是在HSV顏色空間對(duì)像素點(diǎn)的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.2攝像機(jī)控制創(chuàng)建模型后，通過前后左右四臺(tái)虛擬攝像機(jī)進(jìn)行三維動(dòng)畫錄制。虛擬攝像機(jī)擺放如圖3所示。由于全息動(dòng)畫對(duì)攝像機(jī)位置的要求，只能固定在四個(gè)方位上進(jìn)行錄制。圖3虛擬攝像機(jī)擺放示意圖Fig.3Placementofvirtualcameras我們通過對(duì)中央模型設(shè)置關(guān)鍵幀，創(chuàng)建動(dòng)作等操作來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫。然而當(dāng)我們需要調(diào)用攝像機(jī)進(jìn)行焦距變化或調(diào)整攝像機(jī)拍攝方向時(shí)，需要保證四臺(tái)相機(jī)以相同的動(dòng)作始終對(duì)準(zhǔn)同一區(qū)域，即攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)，來保證獲取的動(dòng)畫經(jīng)過裁剪后能正確對(duì)齊。這里提出一種思路如下：同軸方向的兩臺(tái)攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)較為簡單，在垂直于軸方向的平面上，兩臺(tái)攝像機(jī)需要進(jìn)行相同的方向旋轉(zhuǎn)和放縮；在平行于軸方向平面上，兩臺(tái)攝像機(jī)直接進(jìn)行對(duì)應(yīng)的放縮即可。相鄰兩臺(tái)攝像機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)較為復(fù)雜，由于每臺(tái)攝像機(jī)到中央模型的初始距離是相同的，那么相鄰攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)角度與放縮比例可通過數(shù)學(xué)方法求得。以攝像機(jī)所在平面為XY軸，垂直該方向?yàn)閆軸，場景中央為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè)每臺(tái)攝像機(jī)到原點(diǎn)距離均為l0，現(xiàn)中央模型移動(dòng)到點(diǎn)(x0,y0,z0)處，則Y軸方向的攝像機(jī)角度變化為：0000=arctan=arctanxzxlzl(5)Y軸方向的放縮比例為000lyl，其中00y≤l。同理X軸方向的攝像機(jī)：00


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