專利名稱：創(chuàng)建虛擬三維照明場景的模擬方法、程序和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提出一種用于建立由一個或多個照明器材(lighting fixture)照明(illuminate)的虛擬三維場景的模擬方法、模擬程序和模擬系統(tǒng)，并且特別用于實現(xiàn)變化照明場景(illuminated scene)的動態(tài)圖像的重現(xiàn)。
背景技術：
已經提出了用于模擬三維照明場景而無需移動照明器材的方法。典型的方法為radiosity技術和laytrace技術，特別是利用目前可以容易獲得的計算設備，這兩者都依賴于十分復雜的算法，并且由此導致重現(xiàn)照明場景中的延遲。因為這種不足，上述方法實際上限于照明場景的一個靜態(tài)圖像的重現(xiàn)，且無法較好地適應于變化照明場景的動態(tài)圖像的重現(xiàn)。

發(fā)明內容
考慮上述問題，實現(xiàn)了本發(fā)明，從而提供一種獨特的用于模擬虛擬三維照明場景的方法、程序以及系統(tǒng)，其能夠迅速重現(xiàn)變化的照明場景。本發(fā)明的模擬方法用于建立由至少一個照明器材照明的虛擬三維場景，且包括以下步驟獲得有關將要以照明器材照明的三維目標的目標數(shù)據，指定照明器材并確定照明器材在三維目標空間中的位置，從而獲得輸出特性數(shù)據和照明器材的位置數(shù)據。隨后將目標數(shù)據轉換為分離元素的陣列，以便獲取每個分離元素固有的目標色彩分量值。將目標色彩分量值分別分配給預定色彩空間中的色彩分量，用于指明每個分離元素的色彩。處理目標數(shù)據以及照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據，從而獲得供給每個分離元素的燈色彩分量值。將燈色彩分量值分別分配給色彩空間中的色彩分量，用于指明照明每一個預定分離元素的照明器材的色彩?；谏鲜鎏幚?，形成多個燈-元素表，每個燈-元素表與分離元素中的每一個相關，并且存儲供給分離元素中每個對應分離元素的燈色彩分量值。隨后，該方法改變照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中的至少一個，重新計算從照明器材給出的燈色彩分量值，從而獲得更新的色彩分布。處理更新的色彩分布，用于為目標的三維場景的視圖著色。
本發(fā)明的新穎特征在于，上述重新計算包括以下步驟確定將要由改變其輸出特性數(shù)據和/或其位置數(shù)據的照明器材所照明的分離元素，參照僅僅與由此確定的分離元素相關的燈-元素表、并且將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為改變的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據的函數(shù)進行修改，以及將修改的色彩分量值分配到每個對應的分離元素、并且將修改的色彩分量值與每個分離元素的目標色彩分量值結合起來，由此實現(xiàn)分離元素整個陣列上的更新的色彩分布。
由此，燈色彩分量值的重新計算能夠僅僅限于被確定為受照明器材的輸出特性和/或位置的改變所影響的分離元素，這極大地減小了計算負擔，并且由此能夠立刻響應照明器材的改變的輸出特性和/或位置而迅速重現(xiàn)照明效果。因此，有可能容易地將目標的連續(xù)變化照明場景模擬為動態(tài)圖像。
在優(yōu)選實施例中，關于輸出特性數(shù)據以及位置數(shù)據選擇并指定兩個或更多個照明器材。在此情況下，選擇兩個或更多個照明器材作為可變部件，并且改變照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中的至少一個，從而確定將要由選定作為可變部件的照明器材照明的分離元素。接著，參照僅僅與由此確定的分離元素相關的燈-元素表，從而修改存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值。其后，將每個所參照的燈-元素中的燈色彩分量值求和、從而給出與每個分離元素相關的合計燈色彩分量值，并且將合計燈色彩分量值分配到分離元素，由此實現(xiàn)分離元素陣列上的更新的色彩分布。
本發(fā)明還提供了一種用于實現(xiàn)上述方法的模擬程序。該程序存儲在用于在計算機中執(zhí)行的可記錄介質中，并且包含輸入模塊，其提供了用于輸入關于將要以照明器材照明的三維目標的目標數(shù)據的輸入接口；燈設置模塊，其提供了用于選擇一個或多個照明器材并確定所選照明器材在三維目標空間內的位置的燈設置接口；以及照明數(shù)據處理模塊，其響應在燈設置接口接收的照明器材及其位置的選擇，給出所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據。包含目標處理模塊，用于將目標數(shù)據轉換為分離元素的陣列，并且獲得每個分離元素固有的目標色彩分量值。還包含參考數(shù)據產生模塊，用于計算目標數(shù)據以及每個所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據，從而獲得供給每個分離元素的燈色彩分量值，并且提供多個燈-元素表，每個燈-元素表對應于分離元素中的每一個并且存儲燈色彩分量值。燈-元素表位于此后將要參照的存儲器中。另外，該程序包含照明控制模塊，其提供照明控制接口，用于選擇至少一個照明器材以及選擇該照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中至少一個的改變。給出重新計算模塊，用于確定將要由至少一個照明器材照明的分離元素，以及參照僅僅與由此確定的分離元素相關的燈-元素表。重新計算模塊將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為改變的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據的函數(shù)進行修改。在程序中還包含色彩分配模塊，其將修改的色彩分量值分配到分離元素中的每個對應分離元素，并且將修改的色彩分量值與每個分離元素的目標色彩分量值結合起來，由此實現(xiàn)分離元素整個陣列上的更新的色彩分布。另外，包含圖像產生模塊，用于處理更新的色彩分布，以便對目標的三維照明場景的視圖進行著色，并且產生用于在顯示器上表現(xiàn)該視圖的圖像信號。
本發(fā)明還提供一種用于實現(xiàn)上述方法的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過帶有輸入裝置和顯示器的計算機實現(xiàn)，并且包括輸入接口，用于輸入關于三維目標的目標數(shù)據；燈設置接口，用于選擇一個或多個照明器材并確定所選照明器材的位置；以及照明數(shù)據處理單元，其響應照明器材及其位置的選擇，給出所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據。提供目標處理單元，用于將目標數(shù)據轉換為分離元素的陣列，以及獲得每個分離元素固有的目標色彩分量值。該系統(tǒng)中還包含參考數(shù)據產生單元，其計算目標數(shù)據以及每個所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據，從而獲得供給每個分離元素的燈色彩分量值，以及提供多個燈-元素表，每個燈-元素表對應于分離元素中的每一個并存儲燈色彩分量值。該系統(tǒng)包含照明控制接口，用于選擇至少一個照明器材以及選擇該照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中至少一個的改變。
包含重新計算單元，用于參照僅僅與所確定的分離元素相關的燈-元素表，確定將要由照明器材照明的分離元素。接著，重新計算單元將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為改變的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據的函數(shù)進行修改。該系統(tǒng)中還包含色彩分配單元，將修改的色彩分量值分配到分離元素中的每個對應分離元素，并且將修改的色彩分量值與每個分離元素的目標色彩分量值結合起來，由此實現(xiàn)分離元素整個陣列上的更新的色彩分布。另外，包含圖像產生單元，用于處理更新的色彩分布，以便對目標的三維照明場景的視圖進行著色，并且產生用于在顯示器上表現(xiàn)視圖的圖像信號。
優(yōu)選地，重新計算單元包括過濾器，其檢索在燈設置接口選擇的照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據，并且確定分配哪個或哪些分離元素擁有每一個都具有大于閾值的足夠水平的燈色彩分量值，并且定義由此確定的分離元素作為有效元素。由此，過濾器使得能夠參照僅僅與有效元素相關的燈-元素表。
優(yōu)選地，圖像產生單元包含視點(viewpoint)選擇器，其為目標的三維照明場景提供多個視點，并在產生用于在顯示器上表現(xiàn)視圖的圖形信號時選擇視點中的任何一個。此特征能夠給出提高的預覽能力，用于檢查目標的照明效果。
另外，可以將圖像產生單元設計成在重新計算單元每次運行以修改燈色彩分量值時產生目標的三維照明場景的視圖，并順序產生用于將視圖表現(xiàn)為電影的圖像信號。
在此連接中，該系統(tǒng)可以包含光柵存儲器(raster memory)，其記錄用于重放電影以便容易地確認照明效果的圖像信號序列(sesries)。
該系統(tǒng)還可以包含具有控制輸出接口的器材，用于與實際照明器材連接。控制輸出接口處理記錄在光柵存儲器中的圖像信號，從而與針對照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中至少一個進行的改變相一致地產生用于啟動照明器材的控制信號。由此，易于與模擬的照明序列精確協(xié)調地控制實際的照明器材。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)可以包含照明數(shù)據輸入接口，用于接收控制輸入，該控制輸入選擇一個或多個照明器材，并且描述照明計劃(schedule)，該照明計劃指示預計用于所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據中的至少一個的改變的時間序列。照明數(shù)據輸入接口發(fā)送控制輸入到重新計算單元中，用于根據這些改變的預定計劃來修改燈色彩分量值。由于包含照明數(shù)據輸入接口，易于模擬和確認在設計用于控制照明器材的專用照明控制板處做出的預期照明計劃。
通過結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行以下介紹，將使本發(fā)明的這些和其它有利特征更加清楚。


圖1為根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的模擬系統(tǒng)的方框圖；圖2為說明上述實施例的模擬程序的方框圖；
圖3為說明上述系統(tǒng)的操作的流程圖；圖4為將要照明的三維目標的透視圖；圖5為說明被劃分為分離元素的目標和分配給每個元素的燈-元素表的圖表；圖6為說明在上述系統(tǒng)中使用的表的數(shù)據結構的圖表；圖7和8為分別以不同照明條件模擬的場景的透視圖；以及圖9為說明在上述系統(tǒng)的顯示器上的模擬圖像的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1，其示出了根據本發(fā)明的模擬系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)用于建立由一個或多個照明器材照明的虛擬三維場景，并且適用于但不限于使用多個照明器材進行的舞臺照明。盡管僅僅為簡便起見，所示實施例說明了具有五個(5)照明器材或燈L001至L005的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不應被認為限于該數(shù)量的照明器材。該系統(tǒng)包含具有輸入裝置12以及顯示器12的計算機10。對計算機編程從而給出如圖1所示的功能單元和接口，用于模擬照明場景。在該系統(tǒng)內包含輸入接口20，從而給出說明三維目標200——即將要照明的舞臺構造——的目標數(shù)據，如圖4所示。為此，將輸入接口20安排為具有使用輸入裝置12——即鍵盤和鼠標——來逐步建立三維目標200的繪圖能力。另外，可以將輸入接口20設計為接受圖像文件，從而將其內容轉換為具有將要在系統(tǒng)中處理的適當格式的三維目標。
包含目標處理單元22，用于將三維目標200轉換為分離元素的陣列，如圖5所示，以及獲得每個分離元素固有的目標色彩分量值。目標色彩分量值表示單個色彩分量——例如預定色彩空間的R、G和B分量——的強度，并且被結合從而指定每個分離元素的色彩。在本實施例中，將目標色彩分量(R、G、B)值設置在零(0)與(1)之間，并且將對應的色彩確定為單個色彩分量(R、G、B)的函數(shù)。將每個分離元素的目標色彩分量值與該元素的坐標一同記錄在目標信息表32中，目標信息表32具有圖6所示的數(shù)據結構，并且被裝載到存儲器30中。
該系統(tǒng)包括燈設置接口40，用于指定被利用來照明目標的一個或多個照明器材及其在三維目標的空間內的位置。為此，將燈設置接口40設計成提示用戶通過其識別碼或名稱從那些預先設定的照明器材中選擇照明器材。與燈設置接口40相關的是燈數(shù)據處理單元42，其從設置在存儲器30中提供的輸出特性數(shù)據表34中取出所選照明器材的輸出特性數(shù)據，并將該數(shù)據轉送至參考數(shù)據產生單元52以便進一步處理。輸出特性數(shù)據表34存儲對于每個照明器材的燈分量(R、G、B)值以及方向依賴參數(shù)，如圖6所示。方向依賴參數(shù)是基于British Zonal Classification(英國區(qū)域分類)定義的，從而給出從假定照明器材所位于的單位球體中心照射到該單位球體表面上的特定點的光的強度(例如坎德拉發(fā)光強度單位(candela))的比率(百分比)。單位球體表面上的點通過單位球體的緯度和經度表示。由此，給出三維目標空間內照明器材的位置數(shù)據，因此易于計算在目標的任何點或任何元素上接收的來自所選照明器材的光的燈色彩分量值。該計算是基于照明數(shù)據處理單元42的輸出而在參考數(shù)據產生單元52中進行的。簡言之，照明數(shù)據處理單元42從燈輸出特性數(shù)據表34取出所選照明器材的輸出特性數(shù)據，并且將該數(shù)據與每個分離元素的坐標一起傳送到參考數(shù)據產生單元52。
基于來自單元42的數(shù)據，參考數(shù)據產生單元52計算在目標200的每個分離元素處從每個所選照明器材接收的燈色彩分量(R、G、B)值，并為每個分離元素建立燈-元素表36。每個燈-元素表36列示出照明每個對應分離元素的單個照明器材的燈色彩分量(R、G、B)值、以及合計分量值，如圖5和6所示。每個燈色彩分量值(Cp)通過以下等式計算。
Cp＝Lcd·cosθ/r2其中，Lcd為以candela為單位的色彩分量值的強度，cosθ為該元素的法線與從照明器材到該元素的矢量的內積，以及r為照明器材與分離元素之間的距離。色彩分量值可以被稱作色彩分量功率或能量，用于表示色彩分量的數(shù)量。
注意，在此連接中，參考數(shù)據產生單元52指明了給出任何一個都大于預定閾值的燈色彩分量值的照明器材，使得每個燈-元素表36僅僅列出由此指明的照明器材的識別碼以及燈色彩分量值。為此，參考數(shù)據產生單元52具有過濾器，該過濾器比較到達分離元素的所選照明器材的燈色彩分量與各個閾值，并在其所有的燈色彩值都小于對應閾值時，忽略該照明器材作為非影響器材(non-influencing fixture)。在針對特定的分離元素確定了照明器材從而給出全部都小于對應閾值的燈色彩分量值時，就判斷該特定的分離元素不受該照明器材影響或照明，并給出無記錄的燈-元素表36。按此方式，為每個分離元素建立燈-元素表36。按照與將在下面參照色彩分配單元72和圖像產生單元80介紹的方式相同的方式，將由此獲得的燈-元素表36結合起來從而給出參考數(shù)據，該參考數(shù)據與存儲在目標信息表32中的目標色彩分量值結合起來，定義目標的初始照明條件——即元素的整個陣列上的色彩分布。
在該系統(tǒng)內包含照明控制接口60，用于接收選擇照明器材的指令以及輸出特性數(shù)據和/或位置數(shù)據中的相關改變。照明控制接口60在顯示器14上提供表(form)，該表提示用戶通過鍵盤和/或鼠標輸入指令，以便指定用戶預期的照明控制。輸入指令的時間序列，從而給出用于相對于時間改變輸出特性數(shù)據和/或位置數(shù)據的照明控制計劃，用于模擬目標上的變化照明效果。這種照明控制計劃可以按適合的格式記錄在外部記錄器90中，并將其作為控制輸入經照明數(shù)據輸入接口62從這里傳送到照明控制接口60。照明控制計劃可以從用于啟動照明器材L001至L005的專用照明控制板92給出。
每次給出指令時，重新計算單元70做出響應，從燈輸出特性數(shù)據表34和目標信息表32中取出所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據，從而確定分離元素中的哪個或哪些受所選照明器材所影響。即，在特定分離元素處接收的燈色彩分量值中的任何一個超出對應閾值時，就確定該分離元素受所選照明器材影響或照明。以下，將由此確定受特定照明器材影響的特定分離元素簡單稱作有效元素(active element)，并且將分配給它的照明器材簡單稱作影響器材(influencing fixture)，無論何時都視作是適合的。
隨后，重新計算單元70僅僅參照與有效元素相關的燈-元素表36，并將燈色彩分量值作為輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據的函數(shù)進行修改。該修改通過使用上述等式(1)對每個色彩分量(R、G、B)值進行。由此，重新計算單元70僅僅參照與有效元素相關的燈-元素表36，進行用于修改僅僅與影響器材相關的色彩分量值的算法運算，并且給出單個有效器材的每個色彩分量值的合計。
例如，在控制特定的照明器材移動或改變其投射角時，重新計算單元70首先參照目標信息表32和燈輸出特性數(shù)據表34確定將要由照明器材——即影響器材——照明的有效元素，同時確定不再由此特定的照明器材照明的無效元素。隨后，重新計算單元70參照僅僅與有效元素相關的燈-元素表36，從而修改與影響器材相關的記錄中的燈色彩分量值，同時參照僅僅與無效元素相關的相同表36，從而修改或取消與影響器材相關的記錄。在增加特定的照明器材時，重新計算單元70確定將要由照明器材照明的有效元素，并且參照僅僅與有效元素相關的燈-元素表36，從而在每個表36中增加指示影響器材的識別碼以及每個目標元素特定的燈色彩分量值的記錄。在刪除特定的照明器材時，重新計算單元70確定無效元素，并且參照僅僅與無效元素相關的燈-元素表36，從而取消該照明器材相關的表中的記錄。為在說明書和權利要求中提供對本發(fā)明本質的一致和簡潔說明的目的，對于色彩分量值用術語“修改”，包括通常意義的“增加”或“無效”。
隨后，將由此從每個燈-元素表36獲得的每個色彩分量值的合計提供給色彩分配單元72，色彩分配單元72參照目標信息表32并將該合計與有效元素中每個對應元素的目標色彩分量值結合起來，從而給出指示分離元素顏色的色彩碼。例如，色彩碼通過使用以下已知的RGB函數(shù)獲得。
色彩碼＝RGB(exp1，exp2，exp3)其中，exp1為紅色色彩分量值乘以255，exp2為綠色色彩分量值乘以255，以及exp3為藍色色彩分量值乘以255。
隨后，色彩分配單元72給出分離元素整個陣列上的更新的色彩分布，并將其傳送到圖像處理單元80。圖像處理單元80包含圖像著色部分82，用于處理更新的色彩分布以便對目標的三維照明場景的視圖著色，并且產生用于在顯示器14上表現(xiàn)視圖的圖像信號。著色是基于本領域熟知的適當三維建模技術進行的，不再詳述。在圖像處理單元80中包含視點選擇接口84，用于選擇各個視點中之一，并且指示圖像著色部分84從所選視點給出照明目標的圖像。根據照明控制計劃連續(xù)更新視圖的圖像信號，從而在顯示器14上給出一系列視圖，即視圖的動態(tài)圖像。同時，圖像信號在光柵存儲器86中積累，從而使能重放功能。另外，該系統(tǒng)包含控制輸出接口86，用于與外部記錄器90連接從而記錄圖像信號，并且還與照明控制板92連接從而以精確的方式按照模擬結果啟動實際的照明器材L001至L005。
圖2示出了用于實現(xiàn)上述模擬的程序的結構。該程序是用現(xiàn)有技術編程語言中之一編寫的，并且被存儲在諸如CD-ROM或磁盤等將被安裝在計算機中且被執(zhí)行的可記錄介質中。程序包括實施參照圖1的系統(tǒng)述及的特定任務的各個模塊。輸入模塊120用于在顯示器14上建立輸入接口20，以便提示用戶輸入說明如圖4所示的三維目標200的目標數(shù)據。目標處理模塊122用于實現(xiàn)目標處理單元22，以便處理目標從而建立目標信息表32。燈設置模塊140用于建立燈設置接口40，而照明數(shù)據處理模塊142實現(xiàn)了照明處理單元42，除了從目標信息表32中收集分離元素的坐標以外，照明處理單元42從在存儲器30中提供的燈輸出特性數(shù)據表34中收集所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據。參考數(shù)據產生模塊152用于實現(xiàn)參考數(shù)據產生單元52，以便建立燈-元素表36。照明控制模塊160提供照明控制接口60，其提示用戶設置用于模擬對目標進行照明的效果的照明控制計劃。重新計算模塊170實現(xiàn)重新計算單元72，從而關于影響器材修改有效元素的燈色彩分量值，并且對來自所有影響器材的燈色彩分量值求和。色彩分配模塊172實現(xiàn)色彩分配單元72從而獲得更新的色彩分布，該色彩分布在實現(xiàn)圖像著色部分82的圖象著色模塊182中處理從而產生圖像信號。還包含視點選擇模塊184，從而建立用于從所選視點給出所得照明目標的視圖的視點選擇接口84。
將再次參照圖3的流程圖簡單說明上述系統(tǒng)和程序的操作。在目標數(shù)據輸入和燈設置(步驟1和2)完成后，進行目標處理和照明數(shù)據處理，從而獲得有關目標的分離元素的坐標信息以及所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據(步驟3和4)。隨后，進行參考數(shù)據處理從而分配燈色彩分量值到每個分離元素，相對于每個分離元素建立燈-元素表36，如圖5所示，并且結合燈色彩分量值與目標色彩分量值從而實現(xiàn)照明場景的參考或初始視圖，如圖7所示。隨后連續(xù)更新初始視圖，如圖8所示，從而通過重復執(zhí)行照明控制、燈色彩分量值的重新計算、色彩分配以及圖像處理(步驟6至9)的循環(huán)而給出模擬的動態(tài)圖像。在圖7與8的視圖之間進行比較，改變照明效果是通過改變目標各部分的亮度來表現(xiàn)的，盡管實際圖像表現(xiàn)為彩色。
本發(fā)明的系統(tǒng)還包含包跡繪圖器(envelop drawer)85，其通過參照照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據以及有效元素的坐標來確定從每個所選照明器材發(fā)射的光束的投射圓錐，并通過線條或陰影繪制投射圓錐的包跡208，從而強調目標200的照明的視覺效果，如圖9所示。包跡繪圖器85還通過程序的對應模塊實現(xiàn)，并給出用戶接口108，用戶通過用戶接口108能夠選擇性地強調單個照明器材中的每一個。
權利要求
1.一種模擬方法，用于建立由至少一個照明器材照明的虛擬三維場景，所述方法包括步驟a)獲得關于將要以所述照明器材照明的三維目標的目標數(shù)據；b)指定所述照明器材，并確定所述照明器材在所述三維目標空間中的位置，從而獲得所述照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據；c)將所述目標數(shù)據轉換為分離元素的陣列，并獲取每個分離元素固有的目標色彩分量值，所述目標色彩分量值被分配給預定色彩空間中的各個色彩分量，以便指明每個分離元素的色彩；d)處理所述目標數(shù)據以及所述照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據，從而獲得提供給每個所述分離元素的燈色彩分量值，所述燈色彩分量值被分配給所述色彩空間中的各個色彩分量，以便指明照明分離元素中每個特定分離元素的所述照明器材的色彩；e)提供多個燈-元素表，每個燈-元素表與每個所述分離元素相關，每個所述燈-元素表存儲燈色彩分量值；f)改變所述照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中的至少一個；g)確定將要由所述照明器材照明的分離元素；h)參照僅僅與由此確定的分離元素相關的所述燈-元素表，并將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為變化的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據的函數(shù)進行修改；i)分配所述修改的色彩分量數(shù)據到每個對應的分離元素，并將修改的色彩分量值與每個分離元素的所述目標色彩分量值結合起來，從而實現(xiàn)所述分離元素的整個陣列上的更新的色彩分布；以及j)處理所述更新的色彩分布，以便對所述目標的三維照明場景的視圖著色。
2.如權利要求1所述的模擬方法，其中相對于所述輸出特性數(shù)據以及所述位置數(shù)據來選擇并指定兩個或更多照明器材，所述方法包括步驟i.選擇兩個或更多所述照明器材作為可變部件，并且改變所述照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中的至少一個，從而確定將要由選定作為可變部件的所述照明器材照明的分離元素；ii.參照僅僅與由此確定的分離元素相關的所述燈-元素表，并針對所述照明器材修改存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值；以及iii.將每個所參照的燈-元素中的燈色彩分量值求和，從而給出與每個所述分離元素相關的合計燈色彩分量值，并且分配該合計燈色彩分量值到所述分離元素，由此實現(xiàn)分離元素陣列上更新的色彩分布。
3.一種模擬程序，用于建立由多個照明器材照明的虛擬三維場景，所述程序適用于存儲在用于在計算機中執(zhí)行的可記錄介質中，并且包括a)輸入模塊，提供輸入接口，用于輸入關于將要以所述照明器材照明的三維目標的目標數(shù)據；b)燈設置模塊，提供燈設置接口，用于選擇一個或多個所述照明器材并確定所述所選照明器材在所述三維目標空間內的位置；c)照明數(shù)據處理模塊，響應于在所述燈設置接口中接收的所述照明器材及其位置的選擇，給出所述所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據；d)目標處理模塊，將所述目標數(shù)據轉換為分離元素陣列，并且獲得每個分離元素固有的目標色彩分量值，所述目標色彩分量值被分配給預定色彩空間中的各個色彩分量，以便指定每個分離元素的色彩；e)參考數(shù)據產生模塊，計算所述目標數(shù)據以及每個所述所選照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據，從而獲得提供給每個所述分離元素的燈色彩分量值，所述燈分量值被分配給所述色彩空間中的各個色彩分量，以便指明照明分離元素中每個特定分離元素的所述照明器材的色彩，所述參考數(shù)據產生模塊提供多個燈-元素表，每個燈-元素表對應于所述分離元素中的每一個并存儲燈色彩分量值；f)照明控制模塊，提供照明控制接口，用于選擇至少一個所述照明器材以及選擇該照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中至少一個的改變；g)重新計算模塊，確定將要由所述至少一個照明器材照明的分離元素，并且參照僅僅與由此確定的分離元素相關的所述燈-元素表，所述重新計算模塊將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為改變的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據的函數(shù)進行修改；h)色彩分配模塊，分配所述修改的色彩分量值到所述分離元素的每個對應分離元素，并將修改的色彩分量值與每個分離元素的所述目標色彩分量值結合起來，由此實現(xiàn)所述分離元素整個陣列上的更新色彩分布；以及i)圖像產生模塊，處理所述更新的色彩分布，以便對所述目標的三維照明場景的視圖著色，并且產生用于在顯示器上表現(xiàn)所述視圖的圖像信號。
4.一種模擬系統(tǒng)，用于建立由一個或多個照明器材照明的虛擬三維場景，所述系統(tǒng)包括a)輸入接口，用于輸入關于將要以所述照明器材照明的三維目標的目標數(shù)據；b)燈設置接口，用于選擇一個或多個所述照明器材，并確定所述所選照明器材在所述三維目標空間內的位置；c)照明數(shù)據處理單元，響應于在所述燈設置接口中接收的所述照明器材及其位置的選擇，給出所述所選照明器材的輸出特性數(shù)據和位置數(shù)據；d)目標處理單元，將所述目標數(shù)據轉換為分離元素陣列，并且獲得每個分離元素固有的目標色彩分量值，所述目標色彩分量值被分配給預定色彩空間中的各個色彩分量，以便指定每個分離元素的色彩；e)參考數(shù)據產生單元，計算所述目標數(shù)據以及每個所述所選照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據，從而獲得提供給每個所述分離元素的燈色彩分量值，所述燈分量值被分配給所述色彩空間中的各個色彩分量，以便指明照明分離元素中每個特定分離元素的所述照明器材的色彩；f)存儲器，提供多個燈-元素表，每個燈-元素表對應于所述分離元素中的每一個并存儲燈色彩分量值；g)照明控制接口，用于選擇至少一個所述照明器材，并且選擇該照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中至少一個的改變；h)重新計算單元，確定將要由所述至少一個照明器材照明的分離元素，并且參照僅僅與由此確定的分離元素相關的所述燈-元素表，所述重新計算單元將存儲在所參照的燈-元素表中的燈色彩分量值作為改變的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據的函數(shù)進行修改；i)色彩分配單元，分配所述修改的色彩分量值到所述分離元素的每個對應分離元素，并將修改的色彩分量值與每個分離元素的所述目標色彩分量值結合起來，由此實現(xiàn)所述分離元素整個陣列上的更新的色彩分布；和j)圖像產生單元，處理所述更新的色彩分布，以便對所述目標的三維照明場景的視圖著色，并且產生用于在顯示器上表現(xiàn)所述視圖的圖像信號。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述重新計算單元包括過濾器，過濾器檢索在所述燈設置接口選擇的照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據，確定分配哪個或哪些所述分離元素擁有每一個都具有大于閾值的足夠水平的燈色彩分量值，并且定義由此確定的分離元素作為有效元素，所述過濾器使能所述重新計算單元參照僅僅與有效元素相關的所述燈-元素表。
6.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述圖像產生單元包含視點選擇器，視點選擇器為所述目標的所述三維照明場景提供多個視點，并在產生用于在顯示器上表現(xiàn)所述視圖的所述圖形信號時選擇所述視點中的任何一個。
7.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述圖像產生單元在所述重新計算單元每次運行以修改燈色彩分量值時產生所述目標的三維照明場景的視圖，并順序產生用于將所述視圖表現(xiàn)為電影的圖像信號。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，還包含光柵存儲器，記錄用于重放所述電影的所述圖像信號序列。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，還包含控制輸出接口，用于與實際照明器材連接，所述控制輸出接口處理記錄在所述光柵存儲器中的所述圖像信號，從而與針對在所述照明控制接口中選擇的所述照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中至少一個進行的改變相一致地、產生用于啟動該照明器材的控制信號。
10.如權利要求4所述的系統(tǒng)，還包含照明數(shù)據輸入接口，用于接收控制輸入，該控制輸入選擇一個或多個照明器材，并且描述照明計劃，該照明計劃指示預計用于所選照明器材的所述輸出特性數(shù)據和所述位置數(shù)據中至少一個的改變的時間序列，所述照明數(shù)據輸入接口發(fā)送所述控制輸入到所述重新計算單元中，用于根據照明計劃來修改燈色彩分量值。
全文摘要
進行一種快速模擬，利用簡化的算法計算預期的色彩變化效果，來建立目標的照明場景。以照明器材照明的目標被劃分為分離元素，每一個分離元素具有燈－元素表，該表定義了每個影響照明器材的燈色彩分量值。根據照明器材的輸出特性和/或位置的改變，確定這種改變影響哪個或哪些分離元素。接著，僅僅拾取與由此確定的元素相關的燈－元素表，從而將色彩分量值作為影響照明器材的變化輸出特性和位置的函數(shù)進行修改。隨后處理每個分離元素的所得色彩分量，從而提供元素陣列上的色彩分布，用于對照明場景的視圖著色。
文檔編號H05B37/02GK1706228SQ20048000123
公開日2005年12月7日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權日2003年3月26日
發(fā)明者柴野伸之 申請人:松下電工株式會社