大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统

1、大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于，系统包括： 编辑模块，包括编辑摄像机漫游控制、显示输出、虚拟演员控制操作、道具控制操作、灯光控制操作、群组管理器、人群行为控制逻辑、道具控制逻辑、灯光控制逻辑、命令生成管理、控制命令和数据保存，共十二个子模块；编辑模块负责实现对各种表演元素的交互式编辑，并实现编辑结果的数据持久化； 仿真模块，包括仿真摄像机漫游控制子模块和仿真控制子模块；仿真模块负责捕获由编辑模块发送过来的仿真控制按钮事件，根据不同的事件类型，调用仿真引擎模块的时间推进子模块的运行、暂停和恢复等方法，实现控制仿真流程的逻辑； 仿真引擎模块，包括时间推进、摄像机运动、命令解析、虚拟演员仿真、道具仿真、灯光仿真、场景渲染共七个子模块；仿真引擎模块负责实现时间推进、场景仿真和场景渲染； 表演素材库，包含文艺表演中常用的服装、道具、灯光等表演要素的三维模型数据，以及文艺表演中常见的表演动作数据；表演素材库负责为编辑模块和仿真引擎模块提供数据； 四个主要功能模块的关系如下： 编辑模块为用户提供场景漫游和虚拟表演元素的编辑功能，并将用户的操作转换为一系列的控制命令；当用户点击图形用户界面的仿真控制按钮时，系统由仿真模块进行控制，根据控制命令执行仿真任务；仿真引擎模块为编辑模块和仿真模块实现底层的仿真计算，实现场景的仿真和渲染；表演素材库为编辑模块和仿真引擎模块提供必要的模型数据和表演动作数据。
2、 如权利要求l所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于：在编辑模块中，编辑摄像机漫游控制子模块负责将用户在编辑模式下对摄 像机的控制指令发给仿真引擎模块中的摄像机运动子模块进行处理，实现在编 辑模式下的场景漫游；虚拟演员控制操作、道具控制操作、灯光控制操作这三个子模块使用户通 过用户界面对虚拟演员、道具和灯光这三类表演元素进行操作，由此来编辑表 演场；群组管理器子模块负责接收从虚拟演员控制操作、道具控制操作、灯光控 制操作三个子模块发送过来的用户指令信息，然后根据指令信息内包含的群组成员列表，按照指令信息所对应的各个表演元素的类别，分别发送给人群行为控制逻辑子模块、道具控制逻辑子模块或灯光控制逻辑子模块；人群行为控制逻辑子模块负责对虚拟演员和虚拟演员组的生成、选取、删 除、行为时间设定和行为属性设定；实现常见的表演队形变化的控制，实现常 见群体表演动作的模拟；人群行为控制逻辑子模块从表演素材库获取数据，使 该子模块能够调整虚拟演员和虚拟演员组的参数；道具控制逻辑子模块负责设定演出道具的动作，使用户能够从表演素材库 中选择演出道具，在线设定仿真过程中演出道具的动作、启动时间和启动次序；灯光控制逻辑子模块负责设定灯光效果仿真，实现对常见灯光进行分类， 能够创建并在场景中渲染这些灯光；删除灯光和编辑灯光的静态属性；编辑灯 光的动态属性，即为灯光创建动画，并能编辑修改动画；对灯光进行组管理和 动画管理，并设定仿真过程中灯光属性变化的时间和次序；灯光控制逻辑子模 块从表演素材库获取数据，使该子模块能够调整灯光的参数；命令生成管理子模块负责将人群行为控制逻辑子模块、道具控制逻辑子模 块、灯光控制逻辑子模块的处理结果通过转换为控制命令，并保存在控制命令 子模块中；当用户选择保存虚拟编排方案时，通过数据持久化子模块将控制命 令转换为XML格式数据并保存为XML文档；编辑模块内各个子模块的逻辑关系如下：虚拟演员控制操作、道具控制操 作和灯光控制操作三个子模块实现用户对虚拟表演要素的各种操作；群组管理 器子模块接收从这三个子模块发送过来的用户指令信息，然后根据指令信息内 包含的群组成员列表来指定各个表演元素接受对应的用户指令信息；人群行为 控制逻辑、道具控制逻辑和灯光控制逻辑三个子模块根据群组管理器子模块发 送的用户指令信息实现控制逻辑，并将处理结果发送个命令生成管理子模块； 命令生成管理子模块将根据这些处理结果生成一系列控制命令，保存在控制命 令子模块，或通过数据持久化子模块保存为XML文件；在编辑过程中，系统允 许用户将最新的指令信息通过控制命令子模块发送至仿真引擎模块中的命令解 析子模块进行命令解析，之后由仿真引擎模块实现仿真和渲染。
3、如权利要求1所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于：在仿真模块中，为实现在仿真模式下的场景漫游，仿真摄像机漫游控制子 模块负责将用户对摄像机的控制指令发给仿真引擎模块进行处理；仿真摄像机漫游控制子模块保证在用户在仿真模式下进行场景漫游时，鼠标无法选取场景 中的表演元素；仿真控制子模块负责捕获由编辑模块发送过来的仿真控制按钮事件，根据 不同的事件类型，调用仿真引擎模块的时间推进子模块的运行、暂停和恢复等 方法，实现控制仿真流程的逻辑。
4、 如权利要求1所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于：在仿真引擎模块中，当时间推进子模块被调用时，每隔一个单位时间，时 间推进子模块调用摄像机运动子模块，让摄像机运动子模块处理从编辑模块或 仿真模块发送过来的用户指令信息，由此来计算虚拟摄像机的当前位置和朝向； 摄像机运动子模块将求出的虚拟摄像机的位置和朝向数据发送给场景渲染子模 块，由此确定仿真场景需要渲染的可视范围；同时，每隔一个单位时间，时间推进子模块调用命令解析子模块査询编辑 模块的控制命令子模块；当确定有控制命令在当前时刻生效，命令解析子模块 解析该控制命令，根据控制命令调用对应的仿真子模块执行仿真；之后，对应 的仿真子模块将仿真结果发送给场景渲染子模块进行渲染；最后将渲染的结果 输出到编辑模块中的显示输出子模块；为实现"所见即所得"的交互编辑功能，系统允许用户随时将最新的指令 信息经编辑模块发送至仿真引擎模块中的命令解析子模块进行命令解析，之后 由仿真引擎模块实现仿真和渲染；在仿真引擎模块内，时间推进子模块管理仿真计算流程，每隔一个单位时 间，调用摄像机运动子模块计算当前摄像机的位置，同时调用命令解析子模块 解析控制命令；命令解析子模块通过调用编辑模块的控制命令子模块获得控制 命令，之后根据控制命令的解析结果分别调用虚拟演员仿真、道具仿真、灯光 仿真三个子模块实现表演要素的仿真计算；场景渲染模块根据求出的摄像机的 当前位置和上述仿真计算结果渲染场景。
5、 如权利要求1所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于：表演素材库为编辑模块的虚拟演员控制操作、道具控制操作和灯光控制操 作三个子模块提供数据，使用户在编辑过程中能够在数据库中选择服装、道具 和灯光等模型，并选择和设定虚拟演员的表演动作；表演素材库为编辑模块的人群行为控制逻辑、道具控制逻辑和灯光控制逻辑三个子模块提供数据，使这些子模块可以调整表演要素模型的参数，并为各种人群行为提供表演动作数据；表演素材库为仿真引擎模块的虚拟演员仿真、道具仿真和灯光仿真三个子 模块的仿真计算提供模型数据，并为虚拟演员骨骼动画的计算提供表演动作数 据。
6、 如权利要求2所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于：对虚拟演员的控制操作采用两种方式：关键帧设定和语义控制，关键帧设 定方式允许用户通过对一个或多个虚拟演员的直接操纵来定义在某个时刻虚拟 演员的状态；语义控制的方式允许用户用鼠标圈选一组虚拟演员，拖动时间滑块设定行为开始时间，然后在命令设置窗口的命令列表中添加一个命令，并设 定命令语义，通过创建语义命令，用户可以对被选中的虚拟演员设定复杂的行 为。
7、 如权利要求6所述的大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其中，用户通 过交互式图形界面对虚拟演员采用语义控制进行操作，其特征在于：采用对虚拟演员行为控制的命令机制，在编辑过程中，用户通过加入命令 来改变人群的状态，每条命令需要指定接受命令的群组成员列表，命令开始和结束时间，以及相关的行为属性；定义命令为cr?w 7^,爽S "，其中7:*t 和乙,为这个命令的行为起止时间，i/为接受命令群组成员列表，S为命令的语 义信息，P定义语义信息的具体参数，语义行为层首先确定语义信息，然后根据 语义信息检验其参数的正确性。
8、 大型文艺表演三维交互式虚拟编排系统，其特征在于，系统的工作流程如下：用户首先通过交互式图形用户界面进入编辑模块，根据需要在虚拟演员控 制操作子模块、道具控制操作子模块、灯光控制操作子模块中分别对虚拟演员、 道具和灯光这三类表演元素进行操作，编辑表演场景，此时，虚拟演员控制操 作、道具控制操作和灯光控制操作三个子模块从表演素材库中提取数据，使用 户在编辑过程中能够在数据库中选择服装、道具和灯光等模型，并选择和设定虚拟演员的表演动作；上述操作完成之后，虚拟演员控制操作、道具控制操作、灯光控制操作三 个子模块将编辑好的用户指令信息发送给群组管理器子模块；群组管理器子模块根据指令信息内包含的群组成员列表来指定各个表演元素接受对应的用户指 令信息，将这些指令信息分类发送给控制逻辑、道具控制逻辑和灯光控制逻辑 三个子模块；人群行为控制逻辑、道具控制逻辑和灯光控制逻辑三个子模块根据群组管 理器子模块发送的用户指令信息进行控制逻辑，在控制过程中，这三个子模块 可以根据需要从表演素材库获取数据，使这三个子模块能够调整相应表演元素 的参数；人群行为控制逻辑、道具控制逻辑和灯光控制逻辑三个子模块在处理 完之后将处理结果发送给命令生成管理子模块；命令生成管理子模块将根据这 些处理结果生成一系列控制命令，将其保存在控制命令子模块；当用户选择保 存虚拟编排方案时，通过数据持久化子模块将控制命令转换为XML格式数据并 保存为XML文档；之后，用户通过点击图形用户界面上的仿真控制按钮，系统切换至仿真模 块开始进行仿真控制，此时，仿真模块中的仿真控制子模块根据不同的事件类 型，调用仿真引擎模块的时间推进子模块的运行方法，实现控制仿真流程的逻 辑；当时间推进子模块被调用时，每隔一个单位时间，时间推进子模块调用摄 像机运动子模块，让摄像机运动子模块处理从编辑模块中的编辑摄像机漫游控 制子模块或仿真模块中的仿真摄像机漫游控制子模块发送过来的用户指令信 息，由此来计算虚拟摄像机的当前位置和朝向；摄像机运动子模块将求出的虚 拟摄像机的位置和朝向数据发送给场景渲染子模块，由此确定仿真场景需要渲 染的可视范围；同时，每隔一个单位时间，时间推进子模块调用命令解析子模 块查询编辑模块的控制命令子模块；当确定有控制命令在当前时刻生效，命令 解析子模块解析该控制命令，根据控制命令调用仿真引擎模块的虚拟演员仿真、 道具仿真和灯光仿真三个子模块进行仿真计算，在进行仿真计算时，这三个子 模块从表演素材库中获取模型数据；仿真计算完成之后，这三个仿真子模块将 结果发送给场景渲染子模块进行渲染；最后渲染子模块将渲染的结果输出到图 形用户界面的输出窗口进行显示；在编辑过程中，系统允许用户将最新的指令信息通过控制命令子模块发送 至仿真引擎模块中的命令解析子模块进行命令解析，之后由仿真引擎模块实现 仿真和渲染。

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