СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭФФЕКТОВ И УСТРОЙСТВО, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ
INTERACTIVE EFFECT CREATING METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Заявленные технические решения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к рекламной и развлекательной деятельности и могут быть использованы как средства для мультимедийной визуальной поддержки презентаций и различного рода массовых мероприятий внутри помещений и на открытом воздухе, проведения рекламных компаний, в том числе в местах продаж, выставок и ярмарок.
Известен способ создания видеоизображений (свидетельство РФ на полезную модель №13985 от 20.06.2000, класс G09F 21/04, http://www.fips.ru), в котором изображение проецируют на светопросветный экран.
Недостатком указанного способа является относительно малый класс видеоэффектов за счет того, что генерируемое видеоизображение не реагирует на перемещение в нем какого-либо возмущающего объекта.
Также известен способ создания видеоизображений, реализованный в устройстве (патент РФ №2095682 от 10.11.2006, классы F21P 5/02, G02B 27/00, A63J 15/00, A63J 17/00, http://www.fips.ru), заключающийся в формировании видеоизображения на экране с помощью лазера.
Недостатком указанного способа также является относительно малый класс видеоэффектов за счет того, что генерируемое видеоизображение не реагирует на перемещение в нем какого-либо возмущающего объекта, кроме того, недостатком является и относительно высокая стоимость его реализации.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ, реализованный в устройстве по заявке №2004128746 от 10.03.2006, класс A63J 23/00, http://www.fips.ru.
Реализация способа-прототипа заключается в выполнении следующих действий.
На I этапе:
формируют базу законов структурирования проецируемого видеоизображения;
формируют базу законов сегментирования проецируемого видеоизображения, для чего разбивают видеоизображение на произвольное число сегментов произвольной геометрической формы.
На II этапе:
каждому сегменту присваивают соответствующую координату в заданной системе координат, например в декартовой;
при появлении в каком-либо сегменте возмущающего объекта, приводящего к изменению его освещенности, формируют по заданному алгоритму новые элементы изображения;
изменяют дополнительно звуковые сигналы в зависимости от пространственного расположения возмущающего объекта.
По сравнению с описанными выше аналогами в способе-прототипе обеспечивается возможность увеличения разнообразия и зрелищности создаваемых аудио- и видеоэффектов.
Недостатком способа-прототипа является ограниченная область применения, так как возможные варианты формирования эффектов генерируют только на основании факта изменения яркости светового потока при вхождении возмущающего объекта в пределы проецируемого изображения, при этом не учитывают характерные признаки возмущающего объекта, что ограничивает варианты формирования интерактивных эффектов.
Известны устройства для создания видеоизображений (свидетельство РФ на полезную модель №13985 от 20.06.2000, класс G09F 21/04, http://www.fips.ru), которые содержат видеопроектор, зеркало и светопросветный экран.
Недостатком указанного устройства является относительно малый класс видеоэффектов за счет того, что генерируемое видеоизображение не реагирует на перемещение в нем какого-либо возмущающего объекта.
Известно также устройство создания видеоизображений (патент РФ №2095682 от 10.11.2006, классы F21P 5/02, G02B 27/00, A63J 15/00, A63J 17/00, http://www.fips.ru), которое содержит лазер, два зеркала, источник питания, блок управления, упругий гибкий элемент.
Недостатком указанного устройства также является относительно малый класс видеоэффектов, так как генерируемое видеоизображение не реагирует на перемещение в нем какого-либо возмущающего объекта, кроме того, недостатком является и относительно высокая стоимость его реализации.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является устройство (Глобальный интерактивный комплекс) по заявке №2004128746 от 10.03.2006, класс A63J 23/00, http://www.fips.ru.
Устройство-прототип состоит из N>=1 экранов, N проекторов, блока управления проекторами, то есть блока управления эффектами (реализован в виде блока управления проекторами), N индивидуальных программных блоков управления, N терминальных устройств и акустической системы. Выходы блока управления эффектами подключены к входам соответствующих терминальных устройств, выходы терминальных устройств подключены к входам соответствующих индивидуальных программных блоков управления, выходы индивидуальных программных блоков управления подключены к выходам проекторов, выход блока управления эффектами подключен к входу акустической системы.
При такой совокупности признаков в ближайшем аналоге по сравнению с рассмотренными выше известными устройствами обеспечивается формирование функции интерактивности проецируемого изображения, что несколько повышает зрелищность рекламно-развлекательных мероприятий.
Недостатком устройства-прототипа является ограниченная область применения, так как возможные варианты формирования эффектов генерируют только на основании факта изменения яркости светового потока при вхождении возмущающего объекта в пределы проецируемого изображения, при этом не учитывают характерные признаки возмущающего объекта, что ограничивает варианты формирования интерактивных эффектов.
Целью заявляемых изобретений является разработка способа и устройства создания интерактивных эффектов, обеспечивающих расширение области их применения за счет возможности формирования интерактивных эффектов, генерируемых на основании как факта изменения яркости светового потока при вхождении возмущающего объекта в пределы проецируемого изображения, так и на основании индивидуальных особенностей возмущающего объекта.
Заявленные технические решения расширяют арсенал средств данного назначения.
В заявленном способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе создания интерактивных эффектов, заключающемся в том, что предварительно формируют базу законов структурирования видеоизображения и базу сегментирования видеоизображений, проецируют выбранную структуру видеоизображения на заданную поверхность, на которой сегментируют видеоизображение в соответствии с выбранным законом сегментации и присваивают каждому сегменту координаты на заданной поверхности, вводят в пределы заданной поверхности с видеоизображением возмущающий объект и при изменении яркости на соответствующем сегменте видеоизображения, обусловленном вхождением в него возмущающего объекта, формируют управляющий сигнал на изменение спроецированного на заданную поверхность видеоизображения и формирование определенного звукового сигнала, дополнительно формируют базу характеристик возмущающих объектов и их идентификационные образы. После вхождения возмущающего объекта в пределы спроецированного видеоизображения на заданной поверхности и вызванного этим объектом изменения яркости видеоизображения на соответствующем сегменте формируют управляющий сигнал. По команде управляющего сигнала изменяющееся видеоизображение и звуковой сигнал дополняют или изменяют фрагментами, соответствующими идентификационному образу возмущающего объекта. Формирование геометрической формы сегментов видеоизображения осуществляют произвольным образом, например по случайному закону. Формирование пространственного расположения сегментов видеоизображения осуществляют произвольным образом, например по случайному закону через интервалы времени, длительность которых также изменяют произвольным образом, например по случайному закону.
В заявляемом устройстве поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве формирования интерактивных эффектов, содержащем N>=1 заданных поверхностей, N проекторов, блок управления эффектами и акустическую систему, дополнительно введены N-1 блоков управления эффектами, N блоков определения координат и идентификации объектов, N-1 акустических систем, координатные выходы i-го блока определения координат и идентификации объектов подключены к координатным видеовходам и к координатным аудиовходам i-го блока управления эффектами, идентификационный выход блока определения координат и идентификации объектов подключен к идентификационному видеовходу и идентификационному аудиовходу i-го блока управления эффектами, видеовыход i-го блока управления эффектами соединен с i-м проектором, аудиовыход i-го блока управления эффектами соединен с i-й акустической системой. Блок управления эффектами состоит из генератора видеоэффектов и генератора аудиоэффектов. Генератор аудиоэффектов состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) координаты х, ПЗУ координаты y, ПЗУ идентификационных образов, трех цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), сумматора аналоговых сигналов, входы ПЗУ координаты х подключены к координатным выходам х блока определения координат и идентификации объектов, входы ПЗУ координаты y подключены к координатным выходам у блока определения координат и идентификации объектов, входы ПЗУ идентификационных образов подключены к идентификационным выходам блока определения координат и идентификации объектов, выходы ПЗУ подключены к входам ЦАП, выходы которых подключены к сумматору, выход которого является выходом генератора аудиоэффектов.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленных способе и устройстве за счет формирования функции идентификации (распознавания) обеспечивается автоматическое адаптивное управление интерактивными эффектами, что позволяет расширить классы интерактивных эффектов, тем самым достичь возможности использования заявленных технических решений на детских праздниках, юношеских дискотеках, спортивных шоу, презентациях, выставках, конференциях, то есть обеспечить расширение области применения заявляемых изобретений.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемые технические решения поясняются чертежами и схемами, на которых
фиг.1-5 - рисунки, поясняющие способ формирования интерактивных эффектов;
фиг.6 - общая схема устройства формирования интерактивных эффектов;
фиг.7 - схема блока управления эффектами;
фиг.8 - схема генератора аудиоэффектов;
фиг.9 - алгоритм генерации видеоэффектов.
Реализация заявляемого способа объясняется следующим образом.
В настоящее время сложилось противоречие между необходимостью расширения области применения генерируемых эффектов за счет реакции видеоизображения на особенности возмущающего объекта и отсутствием способов формирования интерактивных эффектов, в которых проецируемое видеоизображение реагировало в соответствии с особенностями возмущающего объекта.
Указанное противоречие устраняется в заявленном способе.
Для этого предварительно формируют базу законов структурирования видеоизображения.
Структура проецируемого видеоизображения может быть различная. Это могут быть, например, логотип фирмы (см. фиг.1а), пейзаж (см. фиг.1б).
Далее создают базу законов сегментирования видеоизображений.
Закон сегментирования изображения может быть различным. Это могут быть сегменты произвольно заданной геометрической формы. В простейшем случае в качестве закона сегментирования можно использовать матрицу квадратов p·k (см. Фиг 2.а). В общем случае форма и координаты сегментов могут изменяться в пределах спроецированного изображения по случайному закону через случайные интервалы времени t (см. фиг 2.б, в).
На следующем этапе проецируют выбранную структуру видеоизображения на заданную поверхность. В качестве заданной поверхности может использоваться экран, стены, пол помещений, любая поверхность, на которой будет видно проецируемое изображение.
Далее присваивают каждому сегменту координаты на проецируемой поверхности в заданной системе координат, например декартовой. Так, например, при использовании в качестве закона сегментирования матрицы квадратов р·k координаты всех точек видеоизображения i, j-го сегмента видеоизображения (где i=1,2…р, j=1,2…k) будут записаны как Xi,j, Yi,j (см. фиг.2а).
При использовании в качестве закона сегментирования в виде произвольных геометрических фигур (ПГФ) взвешенному центру каждой их них присваивают координаты. Например, на Фиг.2б взвешенному центру Ц1 ПГФ присваивают координаты Xi, Yi. При этом видеоизображение в пределах этой ПГФ жестко привязывают к координате взвешенного центра, то есть при перемещении ПГФ (изменении ее координат) на заданной поверхности вместе с ней перемещают и связанный с ней фрагмент видеоизображения.
Вводят в пределы заданной поверхности с видеоизображением возмущающий объект. В качестве возмущающего объекта здесь рассматриваются человек, домашнее животное, любой предмет, вызывающий изменение яркости светового потока в пределах спроецированного видеоизображения (мяч, детская машина и др.).
При изменении яркости на соответствующем сегменте видеоизображения, обусловленном вхождением в него возмущающего объекта, формируют управляющий сигнал на изменение спроецированного на заданную поверхность видеоизображения. При этом характер изменения спроецированного на заданную поверхность видеоизображения зависит от того, в каком сегменте находится возмущающий объект.
Так, например, при формировании интерактивного эффекта «шлейф из фигур» фигуры, пространственное расположение фигур зависит от координат сегмента, в котором находится возмущающий объект (см. фиг.4).
Дополнительно формируют базу характеристик возмущающих объектов и их идентификационные образы. В качестве базы характеристик возмущающих объектов может быть использован набор линейных размеров возмущающих объектов, таких, например, как их высота и ширина.
Идентификационный образ возмущающего объекта формируют исходя из особенностей его силуэта. Это может быть совокупность линейных размеров в различных сечениях. Например, идентификационный образ применительно к человеку может состоять и набора следующих параметров: рост L1, размер лица-анфас L2, ширина плеч L3, ширина бедер L4 (см. фиг.3а, б, в). Варианты формирования идентификационных образов могут быть различные. Например, использование фотографий возмущающего объекта, сделанных заранее с определенного ракурса.
После вхождения возмущающего объекта в пределы спроецированного на заданную поверхность видеоизображения и вызванного этим объектом изменения яркости видеоизображения на соответствующем сегменте формируют управляющий сигнал, по команде которого изменяющееся видеоизображение дополняют или изменяют фрагментами и/или звуковыми сигналами, соответствующими идентификационному образу возмущающего объекта. То есть новые элементы видеоизображения и звуковые сигналы формируют строго определенными для конкретного возмущающего объекта.
Так, например, при формировании такого эффекта как «шлейф из фигур», в случае появления возмущающего объекта в виде мужчины изображение будет состоять из темных кругов (см. фиг.4а), в случае появлении женщины - из звезд (см. фиг.4б), в случае появления ребенка - из снеговиков (см. фиг.4в).
Или, например, при вхождении детей в пределы проецируемого видеоизображения последнее дополняется элементами, изображающими именно их любимое животное (см. фиг.5а, б).
Таким образом, осуществляется автоматическое адаптивное управление эффектами в зависимости от характерных особенностей возмущающего объекта, что обеспечивает расширение класса формируемых эффектов.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Устройство формирования интерактивных эффектов, показанное на фиг.6, состоит из N заданных поверхностей 1-1, N проекторов 2-2, N блоков определения координат и идентификации объектов 3-3, N блоков управления эффектами 4-4, N акустических систем 5-5.
i
Координатные выходы i-го блока определения координат и идентификации объектов 3i подключены к координатным видеовходам и к координатным аудиовходам i-го блока управления эффектами 4i, идентификационный выход блока определения координат и идентификации объектов 3i подключен к идентификационному видеовходу и идентификационному аудиовходу i-го блока управления эффектами 4i, видеовыход i-го блока управления эффектами 4i соединен с i-м проектором 2i, аудиовыход i-го блока управления эффектами 4i соединен с i-ой акустической системой 5.
Информационные связи между координатными выходами i-го блока определения координат и идентификации объектов 3i и координатными видеовходами и аудиовходами i-го блока управления эффектами 4i являются восьмиразрядными, т.к. служат для передачи байтов и физически представляют собой шину из восьми проводников.
Информационные связи между идентификационными выходами i-го блока определения координат и идентификации объектов 3i и идентификационными видеовходами и идентификационными аудиовходами i-го блока управления эффектами 4i являются восьмиразрядными, т.к. служат для передачи байтов и физически представляют собой шину из восьми проводников.
Информационные связи между видеовыходом i-го блока управления эффектами 4i и входом i-го проектора 2i являются аналоговыми, т.к. служат для передачи аналоговых сигналов и представляют собой VGA кабель.
В генераторе аудиоэффектов 4.2i информационные связи между ПЗУ 4.2.1i-4.2.3i и ЦАП 4.2.4i-4.2.6i являются восьмиразрядными, т.к. служат для передачи байтов и физически представляют собой шину из восьми проводников.
В генераторе аудиоэффектов 4.2i информационные связи между ЦАП 4.2.4i-4.2.6i и сумматором 4.2.7i являются аналоговыми, так как служат для передачи аналоговых сигналов и представляют собой провод.
Информационные связи между аудиовыходом i-го блока управления эффектами 4i и входом i-ой акустической системы 5i являются аналоговыми, так как служат для передачи аналоговых сигналов и представляют собой провод.
Заданная поверхность 1i предназначена для отображения проецируемого видеоизображения. Представляет собой любую поверхность, на которой видно проецируемое видеоизображение. Это может быть экран, поверхность пола, стены и др.
Проектор 2i предназначен для проецирования различных изображений на заданную поверхность. Проекторы серийно выпускаются промышленностью. В качестве проектора может быть использована модель SANYO PCL-ХР55.
Блок определения координат и идентификации объектов 3i предназначен для формирования кодовых комбинаций координат x и y возмущающего объекта в пределах проецируемого изображения, а также для формирования кодовой комбинации идентификационного образа возмущающего объекта. Схема, описание работы и возможность технической реализации блока определения координат и идентификации объектов 3i описаны в устройстве для распознавания изображения объекта по патенту РФ №2054196 от 10.02.1996, класс G06K 9/00, http://www.fips.ru.
Блок управления эффектами 4i, показанный на Фиг.7, предназначен для управления проецируемым изображением и звуковыми эффектами в соответствии с принятыми от блока определения координат и идентификации объектов 3i кодовыми комбинациями координат x и y и кодовой комбинацией идентификационного образа возмущающего объекта.
Блок управления эффектами 4i состоит из генератора видеоэффектов 4.1i и генератора аудиоэффектов 4.2i.
Генератор видеоэффектов 4.1i предназначен для генерации сигналов на изменения яркости пикселей по заданному алгоритму в соответствии с принятыми от блока определения координат и идентификации объектов 3i кодовыми комбинациями координат x, y и кодовой комбинацией идентификационного образа возмущающего объекта. Входы генератора видеоэффектов 4. 1i являются видеовходами блока управления эффектами 4i. Схема, описание работы и возможность технической реализации генератора видеоэффектов 4.1i описаны в устройстве ПЭВМ по патенту РФ №2024928 от 15.12.1994, класс G06F 15/06, http://www.fips.ru.
Генератор аудиоэффектов 4.2i, показанный на фиг.8, предназначен для генерации звуковых сигналов временные, амплитудные и частотные характеристики которых будут изменяться в соответствии с принятыми от блока определения координат и идентификации объектов 3i кодовыми комбинациями координат x, y, а также кодовой комбинацией идентификационного образа возмущающего объекта. Входы генератора аудиоэффектов 4.2i являются аудиовходами блока управления эффектами 4i.
Схема генератора аудиоэффектов 4.2i состоит из ПЗУ координаты х 4.2.1i, ПЗУ координаты y 4.2.2i, ПЗУ идентификационных образов 4.2.3i, трех ЦАП 4.2.4i-4.2.6i, сумматора аналоговых сигналов 4.2.7i. Входы ПЗУ координаты х 4.2.1i подключены к координатным выходам х блока определения координат и идентификации объектов 3i, входы ПЗУ координаты у 4.2.2i подключены к координатным выходам у блока определения координат и идентификации объектов 3i, входы ПЗУ идентификационных образов 4.2.3i подключены к идентификационным выходам блока определения координат и идентификации объектов 3i. Выходы ПЗУ 4.2.1i-4.2.3i подключены соответственно к входам ЦАП 4.2.4i-4.2.6i, выходы которых подключены к сумматору 4.2.7i, выход которого является выходом генератора аудиоэффектов 4.2i и аудиовыходом блока управления эффектами 4i.
ПЗУ 4.2.1i-4.2.3i предназначены для формирования на своих информационных выходах кодовых комбинаций в соответствии с кодовыми комбинациями на своих адресных входах. Схема ПЗУ известна и может быть реализована, например, на основе микросхемы программируемого ПЗУ К556РТ 5, описанной в С.В.Якубовский, Л.И.Нисельсон, В.И.Кулешова, В.А.Ушибышев, М.Н.Топешкин Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. - М.: Радио и связь, 1990, с.323.
ЦАП 4.2.4i-4.2.6i предназначены для преобразования полученных из ПЗУ 4.2.1i-4.2.3i кодовых комбинаций в аналоговый сигнал. Схема ЦАП известна и может быть реализована, например, на основе микросхемы К1118ПА1, описанной в С.В.Якубовский, Л.И.Нисельсон, В.И.Кулешова, В.А.Ушибышев, М.Н.Топешкин Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. - М.: Радио и связь, 1990, с.431.
Сумматор 4.2.7i предназначен для суммирования аналоговых звуковых сигналов. Схема сумматора известна и описана, например, в А.Г.Алексеенко, Е.А.Коломбет, Г.И.Стародуб Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с.91.
Устройство работает следующим образом.
В соответствии с сигналами, принятыми от блока управления эффектами 4i, проектор 2i проецирует на заданную поверхность 1i видеоизображение.
При появлении возмущающего объекта в пределах проецируемого изображения на выходах блока определения координат и идентификации объектов 3i появляются следующие сигналы:
- на координатных выходах х появляется кодовая комбинация, соответствующая координате х возмущающего объекта;
- на координатных выходах y появляется кодовая комбинация, соответствующая координате y возмущающего объекта;
- на идентификационных выходах появляется кодовая комбинация, соответствующая идентификационному образу возмущающего объекта.
Кодовая комбинация, соответствующая координате х возмущающего объекта, поступает на координатный вход х генератора видеоэффектов 4.1i и координатный вход х генератора аудиоэффектов 4.2i. Кодовая комбинация, соответствующая координате y возмущающего объекта поступает на координатный вход y генератора видеоэффектов 4.1i и координатный вход y генератора аудиоэффектов 4.2i. Кодовая комбинация, соответствующая идентификационному образу, поступает на идентификационный вход генератора видеоэффектов 4.1i и идентификационный вход генератора аудиоэффектов 4.2i.
Генератор видеоэффектов 4.1i в соответствии с принятыми кодовыми комбинациями, соответствующими координате х, y, и кодовой комбинацией идентификационного образа, по заданному алгоритму (см. Фиг.9) формирует последовательность пикселей засветки видеоизображения, которые поступают с его выхода на вход проектора 2i, формируя тем самым видеоэффекты в соответствии с местоположением возмущающего объекта в пределах проецируемого изображения и его идентификационным образом.
В то же время в соответствии с принятыми кодовыми комбинациями, соответствующими координате х, y, и кодовой комбинацией идентификационного образа, ПЗУ 4.2.1i-4.2.3i генератора аудиэффектов 4.2i формируют кодовые комбинации, которые через ЦАП 4.2.4i-4.2.6i поступают на вход сумматора 4.2.7i, с выхода которого выводятся на акустические системы 5i, формируя звуковые эффекты в соответствии с местоположением возмущающего объекта в пределах проецируемого изображения и его идентификационным образом.
В результате проецируемое изображение и сопровождающие его звуковые эффекты определяются пространственным расположением возмущающего объекта в пределах проецируемого изображения, а также его идентификационным образом.