舞台灯光虚拟效果设计与实现

通过使用OGRE引擎的架构，模拟逼真的3D舞台照明环境更加方便。虚拟技术的存在和交互能力不仅可以将静态设计和创建转化为动态形式再现，而且能够及时捕捉和呈现设计师的想法，想法和灵感，成熟完整的虚拟设计系统平台是一个照明设计师，表演总监，灯光控制操作员，灯光艺术教学和灯光效果展示。非常专业和实用的设计工具和称职的助手。

实时，便捷的交互功能使系统更加实时，可操作。系统提供满足用户需求的实时交互式环境。一，系统架构1.逻辑架构无论是游戏还是虚拟现实，为了表达其逼真度，虚拟场景大多都是复杂的，因此虚拟场景的创建大多是由3D建模工具生成的，然后渲染场景实时。舞台灯光设计提供来自3DMAX的基本场景文件，通过DOM（DocumentObjectModel）界面进行解析，以及导入资源和组织场景。最后进入OGRE系统进行渲染。照明模型是多种多样的，需要在场景中单独实现。

同时，用户应该能够通过UI界面执行各种操作。该系统需要高操作复杂性，大量计算和强大的可扩展性。有必要设计和建立一个通用的实现架构（如图1所示），具有高效率，高可扩展性和功能模块的松散集成。系统分为资源层，界面层和渲染层。资源层：由3DMAX + Ofusion插件导出，以生成场景组织，材质，实体，纹理和其他系统所需的资源文件。接口层：负责将这些资源文件导入场景。渲染层：实现舞台场景和灯光的渲染，系统资源的管理，用户交互的实时响应等。

二，系统实现关键技术研究

1. 场景组织和形成所需的资源文件系统由3DMAX通过Ofusion插件导出。导出的场景组织文件采用XML格式，记录了舞台的一些基本参数以及每个舞台实体的位置，方向和其他方面。以树形式组织的场景节点的每个节点具有对应的父节点，因此通过操作父节点，我们可以容易地同时移动和旋转多个子节点

2. 三维坐标变换为了将三维渲染结果显示在二维屏幕上，需要从三维坐标到平面坐标的转换。首先，我们需要建立一个三维坐标系。我们创建了一个三维倾斜的双轴侧坐标系，其中x轴方向是水平向左，z轴方向是垂直向上，y轴方向是水平方向45°。 。当图形显示在坐标系中时，x轴和z轴方向上的长度取图的实际长度，y轴方向上的长度取实际长度的一半。在该公式中，ηx，ηy和ηz是x，y和z轴的轴向变形系数。为了执行轴测投影变换，可以获得以下等式：其中f和d是轴测变换矩阵系数，并且可以求解该等式。为了使立体效果更强，设d = f = -0.354，可以得到轴向测量技术。阴影变换矩阵：接下来，您需要将图形的3D坐标转换为屏幕上的设备坐标。在透视窗口中，坐标原点位于屏幕的左上角，右方向是x轴的正方向，而向下方向是y轴的正方向。假设三维空间中的点（x，y，z），设备坐标中的坐标是（xx，yy），使用刚刚转换的投影变换矩阵，可以得到以下转换公式：xX，你好吗？ormula，设备坐标系中3D坐标原点的相对坐标。将方程（4）代入（5），我们可以得到变换方程：

3. 粒子系统效应模拟粒子由四边形表示。它具有长度，宽度，方向，颜色，寿命，数量，材料，重量和速度等属性。粒子的属性由粒子发射器（ParticleEmitter）和粒子效应器（ParticleAffector）确定。粒子发射器负责粒子的发射，在发射时给出粒子的一些性质，包括运动速率，颜色，寿命等。粒子效应器负责粒子性质的变化。 - 进入死前阶段。模拟重力，张力和颜色衰减等特殊效果。当粒子发射器连续发射大量粒子时，它会形成烟雾，火焰和爆炸等效果。 OGRE提供了一种粒子系统脚本语言，用于在脚本中设置粒子的各种属性。在本文中，阶段烟花，雨和云的影响由粒子系统描述。结合OGRE的动画效果，您可以实现更逼真的场景粒子效果。

4. 照明效果模拟照明是舞台效果的关键因素，也是该设计系统的核心技术。渲染引擎提供几种常见的灯光，例如点光源，定向灯和聚光灯。但对于真实舞台灯光效果模拟，这些还不够。对于一些特殊的舞台灯光效果，如体积光，它需要通过可编程渲染管道技术（着色器）来实现。有两种着色器，一种是顶点级，称为顶点着色器（OpenGL称为ve spit white程序），而不是固定渲染管道的变换和照明部分，程序员可以控制顶点变换，照明等等。

   
   

   在硬件中处理顶点着色器的单元称为顶点着色器处理器。一个是像素级，称为像素级（OpenGL称为片段程序），它取代了固定渲染管道的光栅化部分。程序员可以自己控制像素颜色和纹理采样。处理硬件中像素着色器的单元称为pixelshaderprocessors。为了使光的模拟更加真实，还需要用3D照明方程来模拟计算。这通常是近似算法，但它可以实现良好的模拟和快速。有两种常见的照明模型：全局照明模型和直接照明模型。该系统使用全局照明模型。全局照明模型是模拟现实的良好照明模型。它可以同时考虑反射，折射，透射，阴影和撞击物体表面的光的影响。利用全局照明模型，有必要模拟实际光的传播和能量交换的辐射。

   对于光线跟踪，您需要考虑光源的直接照明结果和反射光在该点上的照明效果。结合两者：接下来，计算辐照度，你需要计算每个贴片上的照度：这里Ld是光源照射的光，T是光传播因子，TLi是从其他斑块反射的光照，L是最终所需的照度值。系统界面和总结III。系统界面系统可以实现舞台的切换，舞台中的各种场景效果，还可以实时与舞台场景和各种灯光互动。图4显示了舞台烟花效果图，图5显示了音量光效果图。

   摘要：舞台灯光设计已成为照明设计师的主要问题。它们经常面临如此高成本，高能耗和高耗时的问题。随着信息产业的蓬勃发展，专业舞台灯光领域也进入了一个全面的数字时代。该系统采用0-GRE染色引擎创建虚拟舞台，实时渲染舞台灯光设计和调整，同时为舞台灯光设计师提供丰富的系统互动功能，可以解决这个问题。roblem好。

   接下来，系统需要进一步丰富舞台灯光模型，它可以模拟各种灯光，如：柔和的灯光，闪光灯，追光灯等。用户的操作界面还需要进一步优化，以提高用户的操作友好性。