陳 曦，王毅剛，吳子朝，李際軍

1.杭州電子科技大學 數(shù)字媒體與藝術設計學院，杭州 310018

2.浙江大學 計算機科學與技術學院，杭州 310027

1 引言

增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）技術的崛起源于強大的交互能力與表現(xiàn)能力，其與舞臺表演藝術的結合可以讓觀眾產(chǎn)生前所未有的視覺體驗。傳統(tǒng)的特效交互手段是預先通過設計軟件設計并制作好視頻，通過投影儀或者LED顯示屏進行顯示，演員需要嚴格配合顯示畫面以達到協(xié)調一致的舞臺效果，營造出一種人機相互配合的感覺。這種傳統(tǒng)的手段主要存在以下兩個缺陷：（1）設備的運作由幕后人員操控，舞蹈演員無法自主控制，必須通過嚴格的走位與踩點配合。（2）舞臺劇有嚴格的流程，需要大量的彩排確定，但隨著演出場地的改變，演員需要重新記憶位置與時間等信息，彩排時間有限，時間壓力大。以上兩個缺陷嚴重限制了交互劇情的設定與演員的臨場發(fā)揮，且極易出現(xiàn)不同步的情況，所以一般少有實時交互性強的舞臺節(jié)目。

針對上述問題，本文提出了一種基于紅外攝像頭的舞臺增強現(xiàn)實系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸入設備為一個或多個特制的紅外攝像頭，用于實時獲取舞臺現(xiàn)場的圖像，系統(tǒng)從原始圖像中提取出演員的輪廓數(shù)據(jù)、運動方向等，通過后臺人員選擇并切換藝術特效，最終由計算機實時渲染后投影到幕布上進行顯示，呈現(xiàn)給觀眾一種虛實結合的AR體驗。目前常用的藝術加工手段是采用粒子特效展示人物的舞蹈動作并與演員進行互動。對于藝術特效的制作，設計人員只需根據(jù)需求，在粒子系統(tǒng)的可視化的編輯界面中進行編輯并保存腳本到特效庫中即可，設計過程快速方便。該系統(tǒng)合理有效地解決了原有交互方式的缺陷，舞臺特效實時地根據(jù)演員動作進行交互變化，實現(xiàn)了真正的舞臺增強現(xiàn)實效果，消除了演員與顯示設備無法直接交互的矛盾；演員無需再通過時間點或音樂來記憶位置，只需專注在其舞蹈上，通過舞蹈充分抒發(fā)情感，節(jié)約了彩排時間，降低了演出失誤風險。同時，可視化的粒子編輯系統(tǒng)極大地方便了藝術工作者的創(chuàng)作。

該系統(tǒng)成功應用于《遇見大運河》等舞臺劇中，驗證了其在現(xiàn)代舞臺表演中的巨大優(yōu)勢，不僅解放了舞蹈演員的束縛，使其有更大的即興發(fā)揮空間，而且可控的特效變化讓整個舞蹈更具科技感與藝術表現(xiàn)力。

2 相關工作

目前，一些研究人員已經(jīng)把三維渲染技術應用于舞臺效果的設計上，開發(fā)具有交互式編輯、虛擬顯示功能的舞臺仿真系統(tǒng)，如文獻[1]通過OGRE渲染引擎來模擬舞臺燈光，達到可視化編輯的效果，文獻[2]對舞臺布景進行仿真，用鍵盤、鼠標就可完成舞臺布景的設計，節(jié)約人力物力。這種仿真系統(tǒng)簡化了設計階段，方便了設計人，但卻沒有將三維渲染技術運用到真正的表演階段。

為了驅動交互系統(tǒng)，需要從攝像頭視頻流中獲取前景運動人體，目前常用的方法主要有光流法、幀差法以及背景減除法三種。其中光流法[3]計算復雜，實時性差，需采用特殊硬件裝置，很難用于本系統(tǒng)中；幀差法[4]通過對序列中相鄰兩幀圖像進行差值提取運動區(qū)域，其速度快、適應性強，但在運動體內易產(chǎn)生空洞，且無法有效檢測運動速度變化較大的目標；背景減除法[5]可看做一種特殊的幀差法，通過對視頻幀和背景圖像進行比較來檢測，但舞臺演出燈光變化復雜，背景實時變化，該方法會受到較大影響。

近兩年，體感攝像機Kinect[6]快速發(fā)展，已能夠進行實時人體運動檢測（見文獻[7]），但仍然存在識別范圍有限、骨骼準確性不足、自遮擋等問題，文獻[8]研究了雙Kinect下的骨架跟蹤，改善了部分問題，但舞臺表演需要嚴格的準確性，且多Kinect環(huán)境難以在舞臺上搭建，所以目前尚沒有團隊將其用于舞臺表演中。

3 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)針對單目標人物設計，不涉及演員運動識別，所以不考慮多目標所產(chǎn)生的前后遮擋以及誤識別等問題。系統(tǒng)開關由后臺人員控制，開狀態(tài)時舞蹈演員只需站在捕獲區(qū)域即可進行人體渲染，藝術特效由后臺人員在特效庫中進行選擇與切換。

圖1描述了舞臺增強現(xiàn)實系統(tǒng)模塊之間的相互關系。本系統(tǒng)總體分為4個功能模塊：數(shù)據(jù)獲取模塊、特效系統(tǒng)模塊、三維渲染模塊、用戶控制模塊。數(shù)據(jù)處理模塊負責從攝像頭獲取圖像數(shù)據(jù)并實時處理；特效系統(tǒng)模塊包括粒子系統(tǒng)部分與混合紋理部分，用于特效的制作，更好地表現(xiàn)藝術效果；三維渲染模塊負責將特效渲染到計算機三維世界中，并用數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流來驅動特效的運動與變化；用戶控制模塊為后臺人員提供簡易的配置與操作方法，預先根據(jù)舞臺情況調整參數(shù)，生成配置文件，在表演時進行讀取并根據(jù)節(jié)目設計的效果切換粒子特效。

圖1 系統(tǒng)結構

4 演員運動數(shù)據(jù)獲取

作為整個系統(tǒng)的驅動中心，數(shù)據(jù)獲取模塊需為后面的特效渲染提供可靠準確的數(shù)據(jù)流，以滿足增強現(xiàn)實技術強交互的特性?？紤]到渲染的高計算量以及整體系統(tǒng)的實時性，該模塊應盡量選擇復雜度較低的算法并根據(jù)實際效果進行調整優(yōu)化。

4.1 圖像捕獲

燈光是舞臺節(jié)目美術造型的手段之一，是演出空間構成的重要組成部分，能夠將設計意圖以豐富多彩的視覺形象再現(xiàn)給觀眾。但是動態(tài)燈光的大量運用以及LED顯示屏會嚴重干擾到舞臺圖像的處理，快速高效的運動目標扣取將變得極難完成，如圖2所示，背景減除法會因舞臺聚光燈的移動而出現(xiàn)較大誤差。

圖2 背景減除法效果

為了更好地去除光照變化的影響，并滿足系統(tǒng)的實時性，對攝像頭進行改造是一種簡單有效的手段。本系統(tǒng)選擇在攝像頭上安裝紅外光濾波片，使其只接受固定波段以上的紅外光，并在幕布周圍布置了朝向演員運動區(qū)域的紅外燈進行打光。通過實驗發(fā)現(xiàn)波段為975 nm的紅外燈打光時，不會產(chǎn)生可見的紅光效果，且濾光片獲取的紅外圖像質量相對較高，低于此波段，圖像光噪點太多，高于此波段，圖像對比度過低。

由于舞臺較大，舞蹈演員表演位置可能距離攝像頭過近或者過遠，因此使用搭配廣角鏡頭的工業(yè)攝像頭進行圖像捕獲，其具有可視范圍大，圖像質量高的優(yōu)點，裝置搭建如圖3所示，其中攝像頭、投影幕布安置的位置由表演區(qū)域大小以及節(jié)目效果而定。

圖3 系統(tǒng)搭建示意圖

鑒于開源視覺庫OpenCV在讀取各類攝像頭所表現(xiàn)的不穩(wěn)定性，使用DirectShow開發(fā)包進行該部分的開發(fā)，便于根據(jù)具體的舞臺場景選用不同的攝像模組。DirectShow提供了一個基于COM的Windows下的視頻處理框架，可以方便地從支持WDM驅動模型的采集卡上捕獲數(shù)據(jù)，廣泛地支持各種媒體格式。將獲取的BYTE類型數(shù)據(jù)轉換成OpenCV所使用的IplImage圖像格式，便于使用OpenCV的算法集進行后續(xù)圖像的處理。

實際測試時，使用該紅外攝像頭獲取的圖像效果理想（見圖4），人眼能清晰地分辨出圖像中的事物，對圖像中的前景和背景、物體的輪廓、紋理等能較好地區(qū)分，極大地方便了后續(xù)數(shù)據(jù)的處理。

圖4 獲取的紅外圖像

4.2 前景人物的抽取

大多數(shù)舞臺劇道具簡單，表演區(qū)域干凈，運動物體基本只有演員本身。舞臺周圍布置的紅外補光燈可有效地將其打亮，所以獲取的紅外圖像中前景人體明顯，背景區(qū)域RGB值較低，閾值二值化便可扣取出演員身體輪廓。但在實際條件下發(fā)現(xiàn)，受舞臺具體情況的限制，紅外燈無法徹底將人打亮，圖像人物邊緣因受光面積少，對比度較低，摳圖邊緣顆粒感較重，且伴隨演員的運動，服裝褶皺會在輪廓中產(chǎn)生空洞，如圖5所示，因此需要對其進行邊緣平滑和區(qū)域填充處理。

圖5 二值化圖像效果

由于邊緣顆粒以及區(qū)域空洞都可以看作為隨機噪聲，因此考慮使用圖像濾波的方法進行處理。濾波的缺點是降低噪聲的同時會產(chǎn)生模糊，尤其是圖像的邊緣部分。處理效果與所用的鄰域半徑有關，半徑愈大，圖像的模糊程度也越大。對于二值圖，該缺點卻可以有效地實現(xiàn)顆粒邊緣的平滑和空洞區(qū)域的填充。為滿足系統(tǒng)的實時性，選用速度最快的均值濾波器[9]進行處理。均值濾波是一種典型的線性濾波算法，它是指對目標像素給定一個模板（如圖6所示），該模板包括了其周圍的臨近像素，用模板中全體像素的平均值來代替原像素值。

圖6 3×3模板均值濾波

均值濾波的原理是基于領域平均法，采用模板計算的思想，模板操作實現(xiàn)了一種領域運算，即某個像素點的結果不僅與本像素有關，而且與其領域點的像素值有關，其數(shù)學表達公式為：

其中(x,y)為待處理的當前像素點，g(x,y)為處理后圖像在該點上的像素值，s為模板，M為該模板中包含當前像素在內的像素總個數(shù)。

先對圖像進行均值濾波，然后將獲得的模糊圖像再做一次二值化即可，其中閾值以及濾波器模板的大小需要根據(jù)實際效果進行設定，經(jīng)現(xiàn)場實驗表明通常情況下5×5的模板效果較好，效果如圖7所示。

圖7 均值濾波后二值化圖像效果

4.3 人體數(shù)據(jù)提取

為了能在正確的位置渲染特效，需要從處理后的二值圖像中獲取有效信息，包括人物輪廓、軀體坐標點集合以及運動方向等。二值圖像中，邊界的灰度值和內部灰度值相同，邊緣是單像素閉合連續(xù)的。為了求區(qū)域的連接關系，沿區(qū)域的邊界點跟蹤像素速度最快，但由于同時需要記錄除輪廓點之外的軀體坐標點，遍歷一次圖像無可避免。因此，使用FloodFill漫水填充法的思想[10]來進行圖像掃描，通過判斷八領域內有無0像素來區(qū)分是否為輪廓點，經(jīng)該方法處理后，舍去坐標點過少的連通域，便可獲取輪廓與軀體坐標點的集合。

通過對連續(xù)幀中軸對齊輪廓包圍盒的求取，計算包圍盒中心的差值與縮放比率，可近似地構建演員的三維運動向量，提供給特效模塊使用。

5 人物動作的特效渲染

舞臺美術最早來源于戲劇，是舞臺表演藝術的一個重要組成成分，包括機關布景、燈光、化妝、服裝、效果、道具等。舞臺美術是舞臺上的“綠葉”，通過它的布置在特定的場景和環(huán)境中給人以直觀的視覺效果和無限的想象空間。現(xiàn)代顯示裝置與視頻制作技術有力地推動了舞臺布景的發(fā)展，原先復雜耗時的背景場景搭建可用LED顯示屏代替，放置在舞臺后方播放視頻或圖片，效果真實且成本較低。投影幕布靈活方便，可以放置在任何位置，通過投影設備表現(xiàn)特效。近年來，隨著計算機處理能力的不斷提升，虛擬現(xiàn)實技術取得了快速發(fā)展，各類游戲引擎、開源圖形引擎層出不窮，渲染的質量與效率都有了極大提高。目前，電影和游戲領域都已采用圖形方式完成對自然現(xiàn)象和景物的仿真，而以往需要預先制作成視頻的舞臺特效在一定程度上已經(jīng)可以實時渲染。

本系統(tǒng)選擇使用OGRE引擎對增強現(xiàn)實中的虛擬部分進行渲染，OGRE是一個成熟穩(wěn)定、可靠靈活、跨平臺的開源圖形庫，對底層的DirectX和OpenGL進行了封裝，使開發(fā)人員可以將更多的精力放在應用程序的細節(jié)，而不是一個3D場景的渲染過程，其功能特性以及面向對象的設計思想可參照文獻[11]和[12]。OGRE強大的圖形渲染能力以及優(yōu)秀的粒子系統(tǒng)和材質系統(tǒng)可以出色地完成對舞臺特效的模擬。

5.1 OGRE系統(tǒng)介紹

5.1.1 粒子系統(tǒng)

粒子系統(tǒng)的基本思想是利用大量具有紋理的微型圖元來模擬物體的形狀。它采用了一套完全不同于以往造型、繪制技術的方法來對云雨雪霧等進行模擬，被認為是目前模擬不規(guī)則模糊物體最為成功的一種圖形算法。粒子系統(tǒng)的重點是要對物體的屬性進行理解和分析，建立相應的物理模型，只有以此為基礎，才可能真實地模擬出物體形態(tài)。OGRE的粒子系統(tǒng)由粒子、粒子發(fā)射器和效應器三個部分組成，如圖8所示。

圖8 粒子系統(tǒng)構成

在模擬過程中不僅要根據(jù)物體的物理模型設置粒子運動和變化的規(guī)律，還需要對每個粒子設置位置、速度、大小、生命周期、顏色等屬性[13]。發(fā)射器會根據(jù)生成速度以及每個間隔更新的粒子數(shù)目，以及它的位置和生成區(qū)域對粒子進行發(fā)射。一旦粒子被發(fā)射到世界中，效應器將按照一定的規(guī)則對粒子的路徑、效果和生命周期進行影響，OGRE中有線性力效果器、顏色衰減器、顏色修改器、縮放器等效應器。每一幀中，粒子系統(tǒng)一般都會執(zhí)行如下步驟，見圖9。

圖9 粒子系統(tǒng)執(zhí)行過程

OGRE粒子系統(tǒng)的強大之處在于其提供了腳本語言，使用者可以在腳本中設置粒子的各種屬性，而不需要重新編譯程序，這使得特效的編寫與修改變得極為方便。一個簡單的粒子腳本文件包括粒子屬性、發(fā)射器屬性以及效應器屬性等。

5.1.2 材質系統(tǒng)

僅僅依靠粒子系統(tǒng)，還無法模擬出復雜絢麗的特效，圖形學中依靠材質來定義物體表面可視屬性，描述場景中對象繪制的細節(jié)，從而達到更強的渲染效果。在OGRE中，材質（Material）類封裝了物體所有的材料屬性，如不同的顏色反射率、組成Material的紋理層等，平時不被認為是屬于材料的屬性，如Culling模式和深度緩存設置等，也被包含進來，因為這些屬性同樣影響了物體的外觀，將其放到Material類里可以集中設置。OGRE的材質系統(tǒng)和其粒子系統(tǒng)一樣，不但可以通過編程來設置，也可以在引擎初始化時通過腳本來加載，腳本一般包括通道屬性、紋理圖片、紋理混合類型等設置。

5.2 基于OGRE粒子的演員舞臺特效

雖然OGRE的粒子系統(tǒng)已經(jīng)比較完善，但它所支持的發(fā)射器和影響器的種類仍比較有限，很多復雜的運動模型無法通過OGRE自帶的影響器實現(xiàn)。使用腳本創(chuàng)建粒子系統(tǒng)簡單方便，但無法精確控制單個粒子的實時變化。對于規(guī)律簡單的舞臺特效，腳本能夠很好地模擬，但是對于復雜的特效變化，很難真實準確地描繪出整個過程。

基于以上考慮，本系統(tǒng)將整個舞臺粒子特效拆分成背景互動部分和人體部分，使用腳本和程序共同控制[13-15]。對于交互簡單的粒子，使用腳本控制，而對于交互復雜的粒子，根據(jù)各個藝術設計效果分別進行三維和運動建模，通過編程控制粒子的位置、運動狀態(tài)等屬性。

5.2.1 坐標轉換

為了正確設置粒子位置，需要對從數(shù)據(jù)處理模塊傳出的數(shù)據(jù)進行處理，將其從OpenCV圖像空間轉為OGRE的三維空間當中。圖像空間是以圖像左上角為原點建立的以像素為單位的坐標系，像素依次排列且x、y值都為大于等于0的整數(shù)（圖10（a））。OGRE的坐標系為典型的右手坐標系，相比圖像坐標系多了指向屏幕外的z軸，且y軸相反（圖10（b））。

圖10 不同的坐標空間

為了方便地設置相機以及對粒子坐標進行控制，將圖像的中心設為三維世界的坐標原點，把圖像空間內的(x0,y0)轉化為世界坐標(x1,y1,0)，轉換方程式如下所示：

其中VideoWidth和VideoHeight為圖像的寬和高，TargetWidth和TargetHeight為目標大小的寬和高。

5.2.2 粒子系統(tǒng)構建

將從圖像中獲取到的坐標點映射到三維坐標系后，便可通過程序實時改變粒子發(fā)射器的位置，實現(xiàn)粒子跟隨演員運動的效果。發(fā)射器位置可在演員的輪廓或者軀體中，由此便可形成一個由粒子組成的人形。

在OGRE中，可以通過使用不同的材質來表現(xiàn)不同的渲染效果，模擬不同的物體。同時，每一個粒子可以通過使用它自己的顏色屬性為材質附加顏色，產(chǎn)生不同的變化效果。構建粒子系統(tǒng)，需根據(jù)舞臺節(jié)目的表現(xiàn)要求，設置合適的紋理材質及屬性。對于背景粒子，可以通過腳本生成并實時根據(jù)演員運動向量對粒子施加線性力實現(xiàn)粒子跟隨運動的效果，而復雜的交互特效，需根據(jù)物理模型，計算運動方程式，在程序中直接控制粒子的位置實現(xiàn)，產(chǎn)生諸如螺旋上升，動作跟隨等效果，圖11與12為該粒子系統(tǒng)應用于電子藝術節(jié)開幕式的表演節(jié)目。

圖11 場景粒子圍繞演員旋轉

圖12 演員動作延遲跟隨

5.2.3 Particle Universe粒子編輯器

OGRE僅是一個渲染引擎，其粒子系統(tǒng)沒有配備圖形界面，難以直觀地對復雜的特效進行編寫。在實際創(chuàng)作過程中，也不可能讓藝術工作者用硬編碼的形式制作想要的特效，必須有一個成熟穩(wěn)定的粒子編輯器，所以本系統(tǒng)整合了基于OGRE的第三方粒子插件Particle Universe。

該插件包括Particle Universe Plugin和Particle Universe Editor兩個部分，其中Particle Universe Plugin提供給編程人員使用，可以根據(jù)Visual Studio版本和OGRE版本編譯合適的插件，也可對其進行擴展，實現(xiàn)更多功能；Particle Universe Editor為一套可視化編輯器，可以僅靠鼠標和鍵盤直觀的進行特效編輯，方便藝術創(chuàng)作人員使用，效果如圖13所示。

圖13 編輯的粒子特效

Particle Universe Editor編輯好的粒子特效會被保存為一個pu腳本文件，本系統(tǒng)可以方便地加載需要的pu粒子，如圖14所示。

圖14 在系統(tǒng)中使用下雪特效

5.3 紋理融合

為了在不損耗實時性能的基礎上實現(xiàn)更加豐富的視覺效果，本系統(tǒng)使用視頻紋理融合技術，利用視頻制作動態(tài)紋理來實現(xiàn)。由于OGRE自身沒有實現(xiàn)視頻紋理，需要自行讀取視頻并顯示到某個物體或者區(qū)域上。具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）使用OpenCV讀取視頻幀。

（2）創(chuàng)建視頻幀紋理以及相應的材質文件。由于OpenCV圖片數(shù)據(jù)中RGB的存儲順序默認為BGR，故在設置Ogre：TexturePtr時應該注意將buffer中的數(shù)據(jù)與BGR相對應。

（3）設置貼圖區(qū)域進行紋理貼圖。

（4）更新視頻幀。

通過上述方式可以實現(xiàn)靜態(tài)位置的視頻播放，為了控制繪圖形狀，增加動態(tài)效果，可根據(jù)模板圖片來限制繪圖區(qū)域，控制視頻像素是否寫入紋理，其中模板圖片可以是演員運動的二值圖像，效果見圖15。

圖15 根據(jù)模板圖片合成特效

6 用戶控制模塊

傳統(tǒng)的演員配合視頻特效的舞臺節(jié)目因場地的不同需要對各個環(huán)節(jié)進行調整，投影幕布或LED顯示屏的位置與尺寸等都要根據(jù)實際情況進行變動，而這些改變會使原本的投影不再合適，校準的過程極其繁瑣，需要幕后人員將特效視頻一幀一幀地裁剪對準到幕布中心上，當視頻時間長或投影幕布多時將變得難以處理。

該模塊充分考慮到這些可變因素，將其參數(shù)化并組成配置文件，主要包括：（1）投影幕布的個數(shù)以及投影到各塊幕布所需要的位置偏移與顯示尺寸數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)處理模塊參數(shù)初始設置，摳圖的閾值以及均值濾波的模板大小需根據(jù)現(xiàn)場燈光條件改變。（3）舞臺表演時所需要加載的特效。這些參數(shù)需在彩排時根據(jù)具體要求進行設置，因此需要一個可視化圖形界面方便工作人員使用。

圖16為本系統(tǒng)的用戶設置界面，所有操作都可通過鼠標鍵盤進行，預覽區(qū)（圖17）可以根據(jù)設置實時更新，大大減輕了幕后工作人員的工作壓力，節(jié)約了彩排時間。

圖16 設置界面

圖17 用戶預覽區(qū)

設置完成后，數(shù)據(jù)將全部寫入配置文件，實際演出時，選擇相對的配置文件讀入，通過投影機將渲染畫面投影到對應幕布上并按需求控制特效播放即可。

7 系統(tǒng)運行結果

本系統(tǒng)以Visual Studio為平臺，使用C++語言開發(fā)，成功與中國美術學院合作多個新媒體節(jié)目，如登上國家大劇院舞臺、以大運河為題材的文化遺產(chǎn)傳播舞蹈劇《遇見大運河》，以及上海電子藝術節(jié)開幕作品、藝術人文頻道開幕文化盛典舞蹈節(jié)目《律動》等。

舞蹈《遇見大運河》將京杭大運河抽象成運河女神，其在幕前由演員扮演，幕后由虛擬特效表現(xiàn)，因此演員進出幕布部分極易出現(xiàn)特效不同步的情況，該劇原本采用演員與視頻配合的方式進行表現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)較大失誤。

圖18表現(xiàn)了演員進入幕布舞蹈時視頻特效時間不同步與位置不同步的現(xiàn)象，圖18（a）主要由于演員時間卡點不準確造成，圖18（b）由于彩排時投影位置對準出錯造成。

圖18 表演不同步現(xiàn)象

使用了本系統(tǒng)后，特效的表現(xiàn)完全由演員自主控制，極大地降低了演出失誤風險。為配合該劇的整體形象設計，展現(xiàn)運河女神由水組成的屬性，本系統(tǒng)利用水波紋視頻紋理并搭配大量水珠粒子來模擬，效果如圖19所示。

圖19 運河女神效果

《律動》是一種強交互的新型舞蹈，演員與特效全程同時展現(xiàn)在觀眾面前，表現(xiàn)出計算機時代電子藝術的魅力。傳統(tǒng)方法嚴重限制了演員的自由發(fā)揮且長時長的視頻特效制作周期長、成本高，本系統(tǒng)的應用成功解決了此問題，演員可以隨性發(fā)揮，只需后臺人員控制切換粒子特效即可，對應的特效會根據(jù)演員的實際動作控制粒子的運動與表現(xiàn)，部分效果如圖20所示。

圖20 舞蹈動作控制粒子效果

由于在每個模塊設計時都著重考慮到性能的問題，本系統(tǒng)渲染幀數(shù)穩(wěn)定在60以上，完全符合實時的要求，演出均取得了完美成功。

8 結束語

基于紅外攝像頭的舞臺增強現(xiàn)實系統(tǒng)協(xié)調了演員與顯示設備的人機關系，改變了以往演員配合視頻的方式，為解決舞臺AR的互動難題提供了一種可行方法。顯示內容直接由攝像頭驅動并通過計算機實時渲染呈現(xiàn)，不僅減輕了舞蹈演員的壓力，使其能夠全身心的投入演出本身中，而且絢麗可控舞臺特效使節(jié)目更具有科技感與現(xiàn)代感?？梢暬牟僮鹘缑鏄O大地方便了藝術工作者的使用，特效的編輯與導入、針對舞臺的設置都變得極為容易，豐富了藝術創(chuàng)作的手段，加快了藝術創(chuàng)作的進度，具有廣泛的應用前景。

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