基于惯性传感和unity3d的虚拟摄像系统研究

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1、ＴＰ３１１．１公开：：中图分类号密级ＵＤ。本校编号：＾（？；Ｗ义道乂攀ｊ讀硕±学位论文论文题目：基于惯性传感和Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的嘘拾撮像＇系统研究；研究生姓名：袁清普学号：０２１３０６６１＜／？．￡学校指导教师姓名：．石广田职称；教授－工学硕申请学位等级：壬学位专业：计其机软件与理论２０１６．０４２０１６论文提交日期．０６：论文答辩日期：；：＼＇遂独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研巧成＾果，除了文中特别加＾＾＞

2、标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研。究成果，也不包含获得兰州巧通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了■谢意。学位论文作者签名：：签字曰期兴／在月曰学位论文販权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州巧通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州巧通大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供査阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解

3、密后适用本授权说明））签学位论文作者签名；表坤為导师签名字曰期：兴／知知寺曰签字曰期：年仁月７节曰硕士学位论文基于惯性传感和Unity3D的虚拟摄像系统研究StudyonVirtualCameraSystemBasedonInertialSensorsandUnity3D作者姓名：袁清普学科、专业：计算机软件与理论学号：02130661指导教师：石广田完成日期：2016.04兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学硕士学位论文摘要近二十年来，随着计算机软硬件技术、计算机图形学技术以及虚拟现实技术（VirtualReality

4、，VR）的不断发展，虚拟摄像技术也已经迈入了全新的发展时代。现代影视节目的制作已经离不开虚拟摄像技术的支持，利用虚拟摄像技术可以将计算机制作的虚拟场景与真实演员表演图像结合，呈现出一个绚丽奇幻的世界，带给观众一种从未体验过的视觉享受。而今虚拟摄像技术已从影视制作行业逐渐渗入到各个领域。它具有极强的兼容性，在许多3D模型制作软件中都可进行虚拟场景的开发。然而先进的虚拟摄像系统都是基于工作站，利用高性能的图形处理器处理视频图像，大大增加了开发成本，对于一些小型影视制作企业或地方电视台来说，无力承担它的高额费用。本文主要基于MEMS传感器和Unity3D软件，开发一套成本低、操作简单

5、的虚拟摄像系统，其中主要涉及数据采集、漂移误差补偿、视频抠像和Unity3D等技术。虚拟摄像系统的主要设计原理是通过实体摄像机拍摄主持人或演员真实表演视频，将拍摄的视频经过抠像处理，再在Unity3D中与三维软件生成的虚拟图像合成。所合成的视频镜头移动效果与实体摄像机的镜头参数一致，避免造成目标前景“漂浮”在虚拟背景上的情况。虚拟背景图像需要在计算机上制作或者提前将其他背景图像拍摄好备用，这种背景图像可以重复利用并修改，大大降低了影视节目的制作成本。由于虚拟场景的制作是通过计算机软件来完成，易于修改和更换，因此在很大程度上节约了人力物力财力等资源，使得影视作品的制作效率与质量大

6、大提升。系统研究重点是摄像机位移姿态数据处理与视频抠像。实体摄像机的位移姿态数据通过MEMS传感器利用基于加速度积分计算的空间追踪模型采集并传输到计算机。由于传输的数据存在漂移误差，需要通过卡尔曼滤波的方法对数据进行误差补偿，再与Unity3D的MainCamera（虚拟摄像机）绑定，实现虚实运动姿态同步。拍摄的蓝幕背景视频在GPU中利用色度键抠像算法进行加速抠像，在Unity3D中以Texture的方式集成到Plane（平面）对象上面，并对视频进行实时编辑预览。关键词：虚拟摄像；MEMS传感器；Unity3D；卡尔曼滤波；色度键抠像；论文类型：应用研究-I-基于惯性传感和Un

7、ity3D的虚拟摄像系统研究AbstractWiththedevelopmentofcomputerhardwareandsoftwaretechnology,computergraphicsandvirtualrealitytechnologyinthepasttwodecades,thevirtualcameratechnologyhasenteredaneweraofdevelopment.Moderntelevisionprogramsmusthavethesupportofvirt