Спосіб автоматичного коригування відеопроекції за допомогою зворотного перетворення

Реферат: Спосіб побудови функції корекції геометричних спотворень за допомогою сервера. Відсутні стадії тестування і вимірів геометричних спотворень, замість функції перетворення застосовують візуалізацію проектування у багатовимірному просторі та виконують попіксельну корекцію властивостей зображення, у сервер закладають багатовимірну модель об'єкта і розміщують проектори. Після чого об'єкт оформляють віртуально, прописують сценарії і сервер здійснює рендеринг сигналів у реальному часі, здійснюють правильне багатовимірне моделювання об'єкта і зворотне проектування від спостерігача з можливістю коригування властивостей зображення, наприклад яскравості, в деяких зонах віддзеркалення. UA 77414 U (12) UA 77414 U UA 77414 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі мистецтва, дизайну і оформлення і може бути використаний для технічного забезпечення презентацій, відеопоказів, а також оформлення архітектурних об'єктів. З рівня техніки відоме спеціальне устаткування, а саме сервер, що здійснює видачу відеосигналів на пристрої проектування або відеоекрани. Найбільш близьким аналогом є спосіб згідно з документом JP2009005044 (А) - 2009-01-08, що належить MITSUBISHI PRECISION CO LTD., який описує побудову функції корекції геометричних спотворень при проектуванні на криволінійну поверхню. Функція будується на базі системи точкових вимірів спотворень проектованого тестового зображення. Для аналізу спотворень застосовуються стереокамери. Отримана функція другого порядку інвертується і застосовується до трансльованого відеозображення, в результаті зображення виходить рівним відносно спостерігача. Основною відмінністю даної корисної моделі є відсутність стадії тестування і вимірів геометричних спотворень. Функція перетворення в явному виді не будується. Замість цього застосовується візуалізація проектування в тривимірному просторі і зворотне перетворення виходить автоматично простою заміною віртуальних проекторів на віртуальні камери. Такий підхід дозволяє з високою точністю здійснити перетворення з будь-якої поверхні, а не тільки другого порядку, як у аналогів. Крім того, винайдений пристрій коригує не лише геометричні спотворення, але і виконує попіксельну компенсацію яскравості на затінених поверхнях і поверхнях, спрямованих убік від спостерігача. Серійними продуктами, що виробляються нині, є LIGHTCONVERSE SERVER-STUDIO і LIGHTCONVERSE SERVER-MAPPING. Моделі відрізняються кількістю відеовиходів 6 і 15 відповідно. Дозволяють здійснити тривимірну корекцію 32х відеопотоків, змішування їх за допомогою внутрішнього і зовнішнього управління, а також видачу у вигляді сигналів, адаптованих під задані пристрої відображення. В основу корисної моделі поставлена задача оформлення об'єкта в тривимірному просторі з точки зору спостерігача, розміщення віртуальних камер в місцях установки проекторів і рендеринг об'єкта з точки зору цих камер. Також в основу даної корисної моделі поставлено задачу створення комплексу зображень на різних поверхнях складного геометричного об'єкта та проектування декількох зображень на групу геометричних об'єктів під довільним кутом та об'єднання декількох проекторів для проектування одного комплексу зображень та об'єднання декількох довільних екранів для показу одного або комплексу зображень. Поставлена задача вирішується тим, що у сервер закладається точна тривимірна модель об'єкта і розміщуються проектори. Потім віртуально об'єкт оформляється, прописуються сценарії. Сервер здійснює в реальному часі рендеринг сигналів з точки зору кожного проектора і їх видачу на фізичні пристрої. В результаті віртуальне оформлення переноситься в реальний світ з абсолютною точністю і без втрат. Створена цілісна система здійснює вказані перетворення в реальному часі. Нині відеоекрани і відеопроектори широко застосовуються для створення панорамних зображень. Це може бути телестудія, театр, музейна експозиція, архітектурне підсвічування і так далі. Панорамні відеозображення, на відміну від статичного освітлення декорацій, дозволяють створити ілюзію додаткового простору і вирішують безліч постановочних завдань. Основною складністю технічного забезпечення таких проектів є не оптимальне розташування відеопроекторів відносно відзеркалювальних поверхонь або відеоекранів відносно спостерігача. Наприклад, не завжди вдається розташувати проектор так, що б забезпечити геометрично рівне проектування. Стандартні методи корекції трапецієвидних спотворень (keystone) працюють тільки для плоских об'єктів. При проектуванні, наприклад, на сферичний екран застосовують спеціальні компенсаційні лінзи, які не вирішують задачу в комплексі. Таким чином, проектування на складні комплексні геометричні об'єкти традиційними методами неможливе. Для отримання панорамного зображення використовується з'єднання проекторів "у стик". В цьому випадку неможливо розташувати проектори довільно, оскільки порушиться з'єднання меж проекцій. У випадку з відеоекранами, як правило, діє правило "один екран - одне зображення". Практично неможливо отримати цілісне панорамне зображення відносно спостерігача, якщо екрани розташовані довільно (на різному видаленні і під різними кутами). Задача вирішується за допомогою правильного тривимірного моделювання об'єкта і зворотною віртуальною проекцією від спостерігача. В цьому випадку усі можливі геометричні спотворення автоматично компенсуються, усі відеопроектори і відеоекрани автоматично 1 UA 77414 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 працюють з точністю до одного пікселя і генерують зображення таке, яке чекає побачити глядач. Цей спосіб дозволяє компенсувати не лише геометричні спотворення. З його допомогою можна також компенсувати і яскравість, згладжуючи зони перекриття проекцій або, навпаки, збільшуючи яскравість в зонах підвищеного бічного віддзеркалення. Для цього застосовується точний фотометричний розрахунок кожного джерела освітлення з урахуванням відбиваючих властивостей матеріалів об'єкта, напрями віддзеркалення і положення спостерігача в тривимірному просторі. Таким чином бажаний технічний результат досягається за допомогою запропонованого способу легко вирішується проблема само затінення складних геометричних об'єктів. При проектуванні в одне і теж місце з двох різних ракурсів можливе в два рази понизити тіньову складову, з трьох ракурсів - в три рази і так далі. Наприклад, при проектуванні зображення на фасад будівлі з колонами, тінь від колон забирається. Спосіб реалізований на базі системи візуалізації LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM. Ця комп'ютерна система дозволяє створити віртуальне тривимірне представлення об'єкта і в реальному часі робить розрахунок освітлення і управління ним. Для вирішення поставленої задачі кожен віртуальний освітлювальний прилад отримав можливість одночасно працювати як відеокамера і як відеопроектор. Бібліотека світлових приладів була розширена стандартними моделями відеокамер і відеопроекторів. Згенеровані сигнали віртуальних камер подаються на фізичні відеовиходи комп'ютера і далі на реальні проектори/екрани. Таким чином справжній фізичний прилад проектує таке зображення, яке "бачить" його віртуальна копія у віртуальному світі. LIGHTCONVERSE дозволяє, кожному матеріалу віртуального об'єкта, зіставити статичне або відеозображення (texture). Для правильного накладення зображення на тривимірний об'єкт задається карта UV координат. Ця технологія називається UV MAPPING. З її допомогою оператор розташовує зображення на поверхні об'єкта так, як це необхідно. Для полегшення створення UV карти була створена технологія перенесення UV координат з площини екрана оператора на поверхню тривимірного об'єкта (Map View). Необхідно розгорнути віртуальний об'єкт так, як його бачитиме глядач і система автоматично перенесе плоске зображення в тривимірний простір і зафіксує його (Record View). Далі до отриманої карти можна застосувати базові двомірні трансформації (розмір, зміщення, поворот) і замінити зображення на статичну або відеокартину. Ця технологія дозволяє легко створити ілюзію площини при проекції на поверхню складного тривимірного об'єкта або при складному просторовому розташуванні відеоекранів. Висока якість і швидкість візуалізації системи LIGHTCONVERSE дозволяє управляти відеосигналами без втрат дозволу (True Resolution). Точна синхронізація виключає ефект змішування двох кадрів (Tearing). Крім того, додатково здійснюється адаптивне згладжування для компенсації артефактів викликаних різним нахилом/поворотом відеоекранів (Moire). Джерелом сигналу для відеопроекторів/відеоекранів є система LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM зі встановленою ліцензією UNLIMITED. Стандартно підтримується тільки 3 вихідних відеосигнали. За допомогою спеціального обладнання розширення ліцензії до рівня UNLIMITED STUDIO EDITION можливе отримання 15вихідних відеосигналів (максимальний дозвіл кожних трьох сигналів разом складає 3840*1024 точок). Крім того, можливий розподіл кожного сигналу на три по вертикалі, що дозволяє, наприклад, управляти 45-ма відеоекранами. Відтворення тривимірного медіа-контенту усередині системи LIGHTCONVERSE здійснюється декількома способами: 1. програвання заздалегідь заготовлених відеофайлів. Можливе зовнішнє управління яскравістю, зупинень і повернення на початок. Максимальна к-ть одночасно завантажених файлів - 32. Дозвіл і кодування індивідуальний. 2. прийом двомірних відеосигналів від медіа-серверів (Hippotizer, Catalyst та ін.) з одного або декількох відеовходів. Максимальна к-ть відеовходів - 9. 3. пряме мережеве з'єднання з медіа-серверами Hippotizer. Максимальна к-ть серверів - 9, по 2 сигнали кожен. Слід зазначити, що хоч система LIGHTCONVERSE і виконує деякі функції медіа-сервера (спосіб 1), вона не є такою. Якщо стоїть завдання синхронного відтворення декількох відеофайлів і точного переходу між ними, то краще використовувати зовнішній меді-сервер, сполучений з LIGHTCONVERSE за допомогою способів 2 і 3. Основне призначення системи в описуваному варіанті використання - тривимірний мультирендеринг в реальному часі і розподіл відеопотоків, а не генерація контенту для них. 2 UA 77414 U 5 10 15 Оскільки вихідні відеосигнали генеруються віртуальними камерами, для них стають доступними усі додаткові функції стандартних світлових приладів: регулювання яскравості, кольорів, іриса, динамічні гобо-трафареты. З їх допомогою можна в реальному часі здійснювати кольорокорекцію сигналів або анімувати їх. Також кожен віртуальний прилад має точне регулювання меж проекції (Frame Shutter), що дозволяє індивідуально настроювати області взаємного перекриття. LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM містить в собі комплексний пакет візуалізації, (світло, відео, піротехніка, механіка сцени і так далі), тому можливо використовувати систему також і для попередньої генерації медіаконтенту. Наприклад, на панорамному екрані нам треба отримати віртуальне продовження сценічного простору. Для цього можна заздалегідь підготувати той, що відповідає відеорендерингу проекту з потрібним нам ракурсом і використовувати його як відеотекстуру. Чи встановити другу систему LIGHTCONVERSE і брати з неї відеосигнал рендерингу в реальному часі, що дозволить світлорежисеру управляти віртуальним продовженням сцени так само, як і реальними світловими приладами. Суть корисної моделі пояснює креслення. Ілюстрація прикладу одного проектора і екрана довільної форми надається. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Спосіб побудови функції корекції геометричних спотворень за допомогою сервера, який відрізняється тим, що в ньому відсутні стадії тестування і вимірів геометричних спотворень, замість функції перетворення застосовують візуалізацію проектування у багатовимірному просторі та виконують попіксельну корекцію властивостей зображення, у сервер закладають багатовимірну модель об'єкта і розміщують проектори, після чого об'єкт оформляють віртуально, прописують сценарії і сервер здійснює рендеринг сигналів у реальному часі, здійснюють правильне багатовимірне моделювання об'єкта і зворотне проектування від спостерігача з можливістю коригування властивостей зображення, наприклад яскравості, в деяких зонах віддзеркалення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для отримання результату застосовують точний фотометричний розрахунок джерел освітлення з урахуванням максимальної кількості факторів впливу. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що реалізований на системі LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM, де віртуальні освітлювальні прилади одночасно працюють як відеокамери і відеопроектори, а бібліотеку розширюють стандартними моделями відеокамер і відеопроекторів, UV координати з площини екрана оператора переносять на поверхню багатовимірного об'єкта, а можливість підтримання вихідних сигналів збільшують щонайменше до 15, при можливості розділення кожного сигналу на три по вертикалі, для віртуальних камер стають доступними всі додаткові функції стандартних світлових приладів і кожен віртуальний прилад має точне регулювання меж проекції з можливістю використання системи для попередньої генерації медіа-контенту. 3 UA 77414 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4