基本信息
- 项目名称：
- 基于增强现实的广场庆典互动式创意设计系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国每年举办的大型广场庆典/文艺表演有千次以上，每场制作费用通常超过一千万元。目前大部分导演的工作水平还处于“刀耕火种”的时代，以纸上编排为主，缺乏高效率的创作工具和直观的演示手段。本小组以提高导演编排效率为出发点，设计了一套适合文艺表演编排的互动式创意设计系统(简称“灵感助手”)。 本作品基于增强现实技术，结合人群仿真等其他多项技术，主要体现出以下三个关键技术： 1)Marker的灵活运用：Marker类形成单独的子系统，它包含有表演单元类、流程控制类、路线控制类。 2)结合人群仿真和增强现实技术，实现对大规模虚拟人群的控制 3)多摄像机场景几何定标的研究。 “灵感助手”所提供的技术可以大大减少导演和相关工作人员的工作量，缩短创作、排练以及制作模型的时间，节约成本。 本系统还可以推广到戏剧、舞蹈、影视特效制作等众多艺术领域，以及城市规划、建筑设计、公共安全等应用领域，有广阔的发展前景。
- 详细介绍：
- 一、背景 我国每年举办的大型广场庆典/文艺表演有数千次，每场文艺表演制作费用预算通常超过一千万元，需要耗费大量人力物力。而导演工作方式目前仍以手工为主，凭经验办事，在编排工作中存在着低效率和高风险的问题，在表演的创意、设计、排练等方面的工作迫切需要更加先进的手段以降低项目风险，提高工作效率。本小组以导演编排工作的实际需求为出发点，设计了本套互动式创意设计系统。 二、功能简介 本系统基于增强现实技术，提供定标参考物与表演单元的动态绑定功能，实现了交互式的演出编排；提供人群仿真功能，能够模拟大规模的人群表演；提供多摄像机场景几何定标功能，实现无角度限制观察；提供虚拟场景中的现实光照模拟，增强虚拟场景真实感。更重要的是，本系统中定标参考物是重要的人机交互手段，用于触发事件和改变表演要素的属性，是增强现实技术的扩展。 三、关键技术和创新点 本作品基于增强现实（Augmented Reality）技术，结合人群仿真等其他多项技术，主要体现出以下四个关键技术： 1)基于视频图像的增强现实光照模拟的研究，增强虚拟场景真实感； 2)人群仿真技术中路径控制的研究，使得人群移动更具有可控性； 3)基于多Marker识别的仿真流程控制研究，实现复杂的仿真流程控制； 4)多摄像机场景几何定标的研究。 通过以上关键技术的研究，本作品首先在技术上实现创新，实现增强现实技术与人群仿真等技术的融合。其次在应用上极具创新，利用增强现实技术从本质上改变了导演工作方式。 四、发展前景 通过采用本系统，编排人员能以一种全景式的、动态的、精确的方式展示自己的创意，判断设计是否合理，改变了导演以手工为主的工作方式，从而使表演实现数字化和智能化编排。同时本系统的应用范围可以扩展到所有涉及大量人群活动的设计、组织和仿真工作领域，包括公共场所安全，交通管理、军事训练和影视特效。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 我国每年举办的大型广场庆典/文艺表演有数千次，每场制作费用预算通常超过千万元。而导演工作方式多年不变，以手工为主，凭经验办事。随着活动规模日益扩大，导演团队设计风险显著增加。同时创意方案以手绘图纸为主，不但工作效率低下，而且缺乏空间感和交互性。表演的创意、设计、排练等方面工作日益需要更加先进的手段以降低项目风险，提高效率。 针对目前编排工作中存在的问题和需求，引入增强现实技术，改变传统人机交互模式，采用实体沙盘和定标参考物(即Marker)结合的方式，使用户操作Marker就能达到与系统交互效果，降低了系统操作难度更符合导演工作习惯。 系统就以下技术开展研究： 1.基于视频图像的增强现实光照模拟的研究,增强虚拟场景真实感; 2.人群仿真技术中路径控制的研究,使得人群移动更具有可控性; 3.多Marker识别的仿真流程控制研究,实现复杂的仿真流程控制; 4.多摄像机场景几何定标的研究。 首先本作品在技术上实现创新，实现增强现实技术与人群仿真等技术的融合。 其次本作品在应用上极具创新，利用增强现实技术从本质上改变了导演工作方式。 技术指标 主机：CPU:Intel Xeon 内存容量(GB):2 显存容量(MB):256 视频设备：传感器像素数(像素)：130万 接口类型：1394接口 Marker规格(方形):边长≥5cm,识别数量在100个以内 性能:显示三维虚拟数量5千个以上,虚拟实体实时控制位置动作,实时响应时间20帧/秒以上
科学性、先进性
- a.增强现实技术首次应用于大型表演等文化活动的虚拟编排。实现了活动场景的实时仿真，改变了导演以文字言语为主的交流、汇报方式和决策手段； b.将表演整体划分为松散耦合的表演单元，方便表演编排，对创意团队内容的保存、管理和复用都提供了方便； c.实现导演编排实时互动，可随时修改创意预览效果。 d.实现多Marker识别的仿真流程控制。传统的增强现实系统Marker主要用于定位，而本系统中Marker是重要的人机交互手段，用于触发事件和改变表演要素的属性，是增强现实技术的扩展。 e.实现多摄像机场景几何定标。通常所有的Marker均在同一平面上，摄像机俯视角必须以大于一定角度，否则无法识别Marker。本系统使用多台摄像机，实现了Marker的三维几何定标，顶视摄像机用于获取整个实体沙盘上所有Marker的位置信息。 f.实现大规模人群仿真，包括人群运动控制和人群运动可视化，能够动态创编人员改进队形。增强现实技术提供控制虚拟人群技术，扩展了人群仿真内容，本系统将两种技术有机结合起来。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年第五届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛信息技术类特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 当面洽谈
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统的用户群是文艺表演的编排工作者，可以将其应用于文艺表演创作设计阶段，导演通过实体沙盘和Marker进行虚拟编排，如在编排过程感觉创意不理想，可随时修改创意，并在系统平台上预览效果，导演能以一种全景式的、动态的、精确的方式展示自己的创意，或准确地判断设计是否合理，改变了导演以手工为主的工作方式，从而使表演实现数字化和智能化编排。系统有以下优点： a.操作便捷，演出的编排者可以很轻松的利用本系统虚拟编排和预览整个演出流程； b.思路新颖，首次将增强现实技术应用到虚拟编排系统； c.实时编排，用户可以实时地进行演出的编排； d.互动交互，使用者可以移动或更换Marker与本系统进行互动。 本系统可在大型文艺表演编排的过程中发挥巨大的作用，可以大大减少导演以及其他编排工作人员的工作量，缩短创作和排练、制作模型的时间，大幅提高工作效率。 本系统应用范围可以扩展到所有涉及大量人群活动的设计组织和仿真工作领域，包括公共场所安全、交通管理、军事训练和影视特效。
同类课题研究水平概述
- 针对文艺表演编排中存在的问题，目前已经出现部分系统提出一些解决方案。目前主要的有互动沙盘技术、上海戏剧学院多媒体演艺虚拟空间合成实验室、北京理工大学软件学院数字仿真实验室和浙江大学纪庆革等提出的团体操虚拟编排和演练原型系统。 互动沙盘技术集合了多媒体控制系统、动力系统、投影系统、光学系统等对项目进行介绍。在沙盘的前方将放置一个大屏幕投影或大屏幕显示器对项目演示进行三维或影视表现，沙盘周围将设计多台触摸式多媒体交互设备对项目进行详细介绍和控制沙盘模型。互动沙盘主要作用在于让参与者亲身参与其中，获取自己想知道的知识和内容。这一技术并不是十分适合于文艺表演的编排，特别是不能根据实际需要修改表演元素及表演方案。 上海戏剧学院多媒体演艺虚拟空间合成实验室主要的工作在于编排戏剧表演，众所周知，戏剧表演的表现人数很少，然而对于广场庆典表演的表现对象是大量的人群，动辄数千人，有时达到上万人，这样就需要对系统进行优化，需要同时显示大量人员，并能够快速整齐地完成动作。 北京理工大学软件学院数字仿真实验室开发了一套虚拟编排系统，该系统是一个专门服务于大型广场文艺表演的软件系统。该系统主要实现了参演人员表演方案的智能编排，表演方案的虚拟演示等功能。它将人群仿真、多媒体、信息系统和力学分析等技术用于大型广场文艺表演的编排工作，在一定程度上提高了导演的编排效率。但是，该系统仍存在一定的不足。首先，这套系统需要有一定计算机基础的专业人员来使用，导演无法亲自使用该系统。其次，该仿真系统的虚拟演示是将仿真系统中做好的场景录制下来进行展示，无法根据需要实时地调整视角进行多方位的观察。 纪庆革等提出了一个团体操虚拟编排和演练原型系统，以路径规划、碰撞避免和实时绘制技术为核心，对团体操编排和演练实现了仿真。这个系统目前还处于原型阶段，没有形成产品。由于该系统在设计时主要针对的是团体操的编排，没有考虑到大型广场文艺表演中非常重要的各种艺术要素，因此不适用大型广场文艺表演的编排辅助工作。 综上所述，现存的解决方案虽然从一定程度上解决了文艺表演的编排问题，但是仍然存在一定的局限性。
