虚拟摄像机模型

3．5．1 虚拟摄像机模型

由于虚拟摄影技术是用虚拟摄像来模拟真实摄像，因此需要保证真实摄像机合成后的输出效果不失真，特别是当真实摄像机在作摇移、俯仰及变焦等运动时，更需要保证融合图像的视觉真实性。为此，可以假设存在一个虚拟摄像机在拍摄虚拟场景（实际是在摄影棚蓝箱或绿箱内），在拍摄过程中只要保证虚拟摄像机与真实摄像机的同步关系，就能够实现虚拟场景与现场实况的完美融合，产生较为逼真的视觉效果。如图3－24所示，根据真实摄像机的参数构造虚拟摄像机，并使虚拟摄像机与真实摄像机在位置、方向、焦距等相关参数方面相同，就可以实现虚拟摄像与真实摄像在视觉效果上的一致。

图3－24 虚拟摄像机模型

为实现虚拟摄像机与真实摄像机在关键参数上的一致，需要经过摄像机位置初始化和摄像机参数跟踪两个步骤。

1．摄像机位置初始化

系统初始化时，真实摄像机与虚拟摄像机的比例关系协调，真实摄像机（产生前景图像）与虚拟摄像机（产生背景图像）始终保持同步互锁。为此，需要对真实摄像机的以下参数进行确定：蓝背景的x、y、z坐标值；摄像机的俯仰、摇移以及可旋转角度的范围；镜头的焦距范围。然后，将真实摄像机的所有上述参数都传入计算机进行分析，系统对与前景图像相关的虚拟背景图像发出控制指令，使其完成初始化。

2．摄像机参数跟踪

拍摄过程中，对于真实摄像机的每一个俯仰、摇移、变焦的动作，系统需要计算真实摄像机的角度、位置、方向等参数的实时取值。由于不能驱动虚拟摄像机模拟真实摄像机的运动，所以只能驱动虚拟场景来模拟这种真实摄像机运动引起的视觉效果变化，主要是根据真实摄像机的相关参数计算虚拟摄像机的对应参数，并驱动虚拟场景移动到相应的位置，使虚拟场景与现场视频完美配合；当虚拟场景移动到对应位置后，现场图像与计算机生成的背景图像就在图像融合设备中进行图像融合。