生成体育赛事虚拟视景的方法和装置制造方法及图纸

一种虚拟视景系统，使用来自放置在运动场地周围的摄像机的原始图像，生成所期望视点的运动赛事的虚拟视景。该系统由光学跟踪系统、虚拟环境服务器，以及一个或多个虚拟视景工作站组成。光学跟踪系统从策略性地放置在比赛场地周围的预定数量的摄像机接收原始的２维视频数据。原始的２维数据接着被分隔成数据门，并且经一系列图像软件处理器处理成指定每个体育运动员的实体数据或其它目标实体。实体状态数据接着被传递到一个虚拟环境服务器，它产生实体位置信息和虚拟模型，以传输到所选数量的虚拟视景工作站。每个虚拟视景工作站包含用于随意复现和观看虚拟赛事的视景软件。视景工作站也控制一个虚拟摄像机的视景观测视点，以及输出视频数据到一个视频生产中心，以便视频数据可被发送并与所需的其它视频数据组合。该系统允许操作员从可选控制中心选择一个希望的虚拟视景，以及发送虚拟视景图像给远方的观众。可结合诸如控制中心和文档计算机的可选子系统到该系统，以修改摄像机位置、锁定、聚焦和缩放，以及在需要时为体育赛事存储处理的数据以及回放数据。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求在与共同未决美国专利申请序列No.09/094,524(1998/6/12申请)PCT协议8之下的申请优先权利益，用于生成体育赛事虚拟视景的方法和装置。本专利技术一般涉及三维计算机图形显示系统，特别涉及允许传统电视、数字电视以及因特网取景器和广播装置从任何有利点虚拟浏览体育赛事的系统和方法。技术上所公知的是，通过在适当的位置放置多个电视摄像机，将这些摄像机馈入的图像提供给演播间的播音员，重放赛事中的某些画面，以便播音员能对这些画面做出评论，以及最后将整个电视节目传送给观众，就可转播一场体育赛事。然而，这种传统的电视播放方法具有下述几个缺陷。首先，如果摄像机机位于相对于比赛场地来说不合理的位置，或如果只是因为摄像机太少不足以覆盖整个场地，播放质量就要受影响。因此使得场地中某些部分的画面被遗漏，或没有被覆盖。第二，尽管有些传统的电视摄像机有一定的机动性，但环绕比赛场地的摄像机位置基本上是固定不动的。然而，球和运动员在场地中的移动却是动态的和不可预见的。因此，在比赛期间，固定不动的摄像机经常无法提供某个关键角度的画面，或摄像机的视野被运动员或工作人员挡住了。例如，静止的场地摄像机通常无法提供棒球跑垒者扑到各个垒位以避免被封杀，或在他们的膝盖触地之前或之后笨拙地往回跑，或外场接球员在接到一个传球后试图使双脚稳定的特写镜头。第三，传统的摄像机在比赛期间一般不放置在实际的比赛场地内。赛车是一个很明显的例外；车内的摄像机具有革命性的赛场播放能力，因此该项运动吸引了众多热情的车迷。然而，对于其它体育赛事，如橄榄球，安装在面罩或其它运动设施内的场内摄像机至今还没有得到广泛使用。因此，场外摄像机必须从相对远的最佳视点间接地摄下动作。第四，不管录像是否有用，演播间的评论员必须凑合着使用由场地摄像机预录的录像。评论员不能动态地调整摄像机的位置，以记录另一视点的动作。因此，评论员被限制在静态的视频图像，而不能更改摄制录像的视点。而且，随着大部分专业体育联盟使用的瞬时重放的增加，瞬时重放的最佳视点也变得越来越关键。在此之前有人尝试，提供对运动员和目标运动设施(如比赛用球)的物理位置的实时跟踪和处理。例如，Daver的美国专利申请No.5,513,854公开了一种用于实时跟踪运动中的人的系统，以及Larsen的美国专利申请No.5,363,297公开了一种用于体育赛事的自动摄像机跟踪系统。然而，这些系统都不能使用单个系统实时跟踪单个运动员和运动设施，利用跟踪数据产生基于处理值的模拟图像，然后将这些模拟图像集合成为一个虚拟运动环境，该运动环境被实时刷新，以体现原有的体育赛事。因此，体育运动产业上的不足，以及现有系统无法满足产生体育赛事所需的虚拟场景，促进了本专利技术的产生。本专利技术的一个目的是提供一种实时收集人的活动(如体育赛事)的系统和方法，用于提供和分析无限个视点，而不管静态摄像机处于什么位置。本专利技术的另一个目的是提供一种系统和方法，以从最佳角度和视点提供指定运动场地图像，而不管静态摄像机的位置或比赛设施、运动员或工作人员的动态移动。本专利技术的另一个目的是提供一种系统和方法，允许播音员和观众从场上摄像机的相应位置观看场上的动作，以及允许用户虚拟地选择场上摄像机的任何位置。本专利技术的再一个目的是允许评论员调整视频图像的视点，以符合它们的特定姿势。总之，虚拟视景系统利用放置在运动场地周围的摄像机拍摄的原始图像，产生来自任何所期望视点的体育赛事的虚拟图像。该系统包含一个光学跟踪系统、一个虚拟环境服务器，以及一个或多个虚拟视景工作站。光学跟踪系统从策略性地放置在运动场地周围的多个预选摄像机接收原始的2维视频数据。原始的2维数据被划分为数据门，并经一系列的图像软件处理器为每个运动员或其它目标实体处理成实体状态数据。实体状态数据接着被传送到虚拟环境服务器，它产生实体位置信息以及视觉模型，用以传输到多个所选虚拟视景工作站。每个虚拟视景工作站包含用于复现和观看虚拟运动场景的视景软件。视景工作站也控制一个虚拟摄像机视景的观测视点，并输出视频数据到视频生产中心，以便视频数据可被发送并与所需的其它视频输出组合。视景工作站为客户输出状态数据的因特网数据分组。系统允许操作员从一个光学控制中心选择所希望的虚拟视景，并将该虚拟视景发送给远方的观众。控制中心可为包含交互式TV的因特网和类似媒介发送分组数据。诸如控制中心和文档计算机的光学子系统可结合到该系统，以调整摄像机的位置、锁定(Tether)、聚焦以及缩放，以及为体育赛事存储处理数据和需要时重放数据。产生的虚拟视景可能具备或不具备从场地摄像机接收的原始视频的实际副本，它只是基于计算得到的数据精确地表示实际的运动情景。通过阅读下面的描述，以及研究附图，本专利技术的其他特征和目的及优点可变得更为清晰。下面的附图中描绘了结合本专利技术特征的一种虚拟视景系统，它构成了本说明书的一部分，其中附图说明图1为描绘主要系统组件的整体系统框图；图2为光学跟踪系统内摄像机接口卡、I/O定序模块、以及阵列处理器控制板的综合系统和数据流程图；图3为光学跟踪系统内跟踪相关子模块综合系统和数据流程图；图4为光学跟踪系统的图像处理器内产生的图像处理功能的数据流程图；图5为具有模型纹理控制板和环境服务器计算机子组件的虚拟环境服务器综合系统和数据流程图；图6为虚拟视景工作站综合系统和数据流程图；图7为文档计算机综合系统和数据流程图；以及图8为具有VVS接口计算机和VVS控制中心子组件的控制中心综合系统和数据流程图。参考附图，以更好地理解本专利技术的功能和结构，称为虚拟视景运动系统10(VVS系统)的本专利技术，包含三个主要的子系统光学跟踪系统11、虚拟环境服务器12，以及虚拟视景工作站13。控制中心14和文档计算机16为光学子系统，它们能增强VVS系统的功能，但不是系统工作的关键组成部分。图1示出了描绘这些主要子系统的VVS系统10的整个系统结构。所提出系统的硬件组件的其它图表以及整个系统图可在刚刚共同未决专利申请上找到，在此作为参考，而且在下面的讨论中有助于读者的理解。为示意起见，本专利技术将描述有多个运动员和一个赛球参与的体育赛事的虚拟化。然而，本领域的技术人员会理解的是，VVS系统10可应用于所选对象需要跟踪和转换成一个虚拟环境的任何类型场景，如军事演习、危险环境监视以及无人太空探险等。参考图2，光学跟踪系统11从策略性地设置在运动场地周围的一组传统的电视摄像机17接收视频数据，以基于每个摄像机所看到的2维(2-D)视图，产生3维(3-D)位置数据。应当使用2个或多个摄像机，具体数量取决于具体应用以及要求的精度。另外，如果要求的精度特别高的话，应结合高分辨率的摄像机。原始的2维数据由I/O定序器子模块19划分为数据门，并经由一系列的阵列处理器控制板21，为每个接收视频图像内的每个运动员或其它目标实体处理成实体状态数据67。跟踪相关控制板23也包含在光学跟踪系统11中(见图3)。如图5所示，数据接着由虚拟环境服务器12接收，它从位置数据和视频帧中产生逼真、动化特征。服务器12包含模型纹理控制板27和一系列的环境服务器计算机32，用以将实际的视频数据叠加到运动特征上来产生栩栩如生的景像。虚拟环境服务器12也可以是文档计算机16(见图7)上的文档本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成体育赛事虚拟视景的装置，其特征在于ａ．用于接收和转换视频数据为３维位置数据的一种光学跟踪模块，有一个摄像机接口、一个Ｉ／Ｏ定序模块、具有至少一个图像处理器的一个阵列图像处理器模块，以及一个跟踪相关模块；ｂ．用于从所述光学 跟踪模块接收所述位置数据，以及生成虚拟运动形体数据和虚拟场景数据的一个虚拟环境服务器，所述环境服务器有一个模型纹理模块和至少一个环境服务器计算机，以及ｃ．用于将来自所述环境服务器的所述虚拟运动形体数据和所述虚拟场景数据复现为虚拟图像的至 少一个虚拟视景工作站。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗瑞D伯肯，布赖恩K米切尔，罗伯特V韦尔斯，
申请(专利权)人：阿尼维西奥恩公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]