СПОСОБ ПРОЕЦИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF IMAGE PROJECTION ON THE SURFACE OF REAL OBJECTS

Изобретение относится к способам проецирования изображений на поверхности реальных объектов (зданий, сооружений, архитектурных форм, предметов интерьера и т.д.), может быть использовано для художественных, демонстрационных, рекламных целей или с целью обучения, а также в подсветке зданий, сооружений и прочих объектов и может предназначаться для светового оформления поверхностей с целью освещения, привлечения внимания, эмоционального воздействия на зрителя, а также для воздействия на сознание зрителя путем визуальной передачи смысла изображения.
Визуальная информация составляет большую долю всей информации о внешнем мире, которую получает человек. Наблюдение за окружающими объектами (ландшафтом, строениями, механизмами, другими людьми), их размерами и видимыми свойствами, расстоянием до них, их поведением (передвижением, изменением формы, цвета и размера и т.д.) позволяет человеку ориентироваться в среде и совершать необходимые поступки.
Одна из основных целей искусства и художественной деятельности человека - создание новых впечатлений о внешнем мире как реальном, так и иллюзорном (существующим только в воображении человека). В частности, это включает в себя изменение существующих представлений об окружающих объектах и их свойствах. Визуальная информация и здесь играет ключевую роль - оформление предметов (машин, зданий, приборов, элементов интерьера) с помощью их окраски или придания им сложной формы.
Один из самых распространенных и эффективных методов для создания визуального изображения на любой поверхности - видеопроекция. Обычные видеопроекции применяются для демонстрации изображений: кинофильмы в кинотеатре, декоративная подсветка интерьера и пр. Изображение при этом вписывается в необходимый размер посредством регулировки видеопроектора (весьма ограниченных по количеству и варьируемости параметров). Некоторые модели проекторов (например, Christie, Barco) и специальное ПО (Catalyst, Watchout) предусматривают возможность искажения проецируемого изображения для более точного наложения его на поверхность, служащую экраном. Однако во всех этих случаях речь идет о двумерной деформации поверхности проекции, в то время как для корректного наложения с учетом перспективы требуется манипулирование тремя координатами.
Из уровня техники известен способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов, включающий расстановку проекторов и перенос изображения из проекторов на поверхность реального объекта, при этом осуществляют корректировку проецируемых изображений с учетом расположения проекторов и неровностей поверхности реального объекта (DE 102005034990 А1, 28.09.2006). Недостатком такого способа является недостаточная реалистичность получаемого изображения. Известен способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов (RU 2433487, опубл. 10.11.2011), включающий измерение, и/или съемку, и/или лазерное сканирование реальных объектов, на которые будет осуществляться проецирование изображения, расчет положения проекторов, источников света и зрителей относительно реальных объектов, создание и текстурирование 3D-моделей реальных и виртуальных объектов, построение виртуальной сцены, включающей виртуальные источники света, виртуальные проекторы, 3D-модели реальных объектов, расположение которых идентично расположению реальных объектов, источников света и проекторов, и 3D-модели виртуальных объектов, программирование визуализации виртуальной сцены с точки зрения расположения зрителя в реальном времени, программирование отображения полученного изображения на поверхность моделей реальных объектов в реальном времени, программирование визуализации получившейся сцены с точки зрения расположения проекторов в реальном времени, программирование интерактивной части и сценария поведения моделей, расстановку проекторов в реальной обстановке идентично виртуальной сцене, финальное отображение полученного изображения посредством реальных проекторов на поверхность реальных объектов. Технической проблемой известного способа является сложность способа, длительность настройки и положения проекторов, потребность создания виртуальных ЗД-моделей реальных объектов, потребность программирования визуализации получившейся сцены с точки зрения расположения проекторов в реальном времени. Технической проблемой известного способа является сложность проецирования изображений на жилые здания в зоне расположения окон, поскольку видеопроектор в рамках зоны проецирования не имеет возможности исключить попадание света в окна. Сходством заявленного способа с существующим является использование геометрии объекта для подготовки проецируемого изображения.
Недостатком способа является также высокая стоимость используемых для реализации способа видеопроекторов, что, в свою очередь, делает невозможным массовое использование стационарных проекций. А также конструкция видеопроекторов не предполагает уличного использования, что требует принятия дополнительных мер по защите устройств от воздействий погодных условий окружающей среды. Известен способ проецирования различных сфокусированных изображений, используя светильники для проецирования {далее по тексту - «гобо-проектор»). Проецирование происходит за счет прохождения светового потока через диапозитив - гобо (англ "gobo"). Способ не подразумевает измерение геометрии зоны проекции и не предполагает четкое позиционирование проекции на зонах со сложной геометрией. Исходя из уровня техники известен светильник для проецирования изображения, состоящий из источника света, оптической системы для направления светового потока вдоль продольной оси и гобо формирующего изображение, которое позиционируется ортогонально по отношению к продольной оси (ЕР1159563 В1 от 28.02.2007 г.). Сходство заявленного изобретения с существующим в том, что оба устройства предназначены для проецирования изображения с помощью оптической системы, используя светоизлучающий диод (далее - СИД) в качестве источника света. Недостатками светильника являются невозможность точного позиционирования и юстирования слайда относительно светового потока, а также невозможность изменять перспективу проецируемого изображения.
Существующие способы проецирования световыми прожекторами ограничиваются использованием стандартных гобо из каталогов производителей или созданных по эскизу, но не предполагающих детальную прорисовку проецируемой поверхности с учетом ее геометрии и расстояния до зоны проекции.
Эстетически на данный момент проекция световыми прожекторами не в полной мере раскрывает свой потенциал по причине отсутствия возможности детальной прорисовки геометрии нестандартных зон проекции, например, сложной архитектуры с множеством элементов. Нет возможности корректировки перспективы и искажений при освещении под углом.
Также предпосылкой к созданию изобретения стала неудовлетворенность внешним видом города в темное время суток. Использование только лучевых приборов ограничивает возможности подсветки до локального и фонового освещения. Используя проекционную подсветку можно на новом уровне качества осветить архитектуру зданий города. К тому же в архитектурной подсветке необходимо учитывать нормативы освещенности окон жилых строений, что, в свою очередь, не дает возможность использовать обычные способы проекционного освещения. Наиболее близким аналогом является способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов с помощью гобо проекторов [http://www.svetaktiv.ru/katalog/gobo_proektory1/; опубл. 21.11.2016], включающий создание гобо на дихроичном стекле из основного шаблона с изображением, установкой гобо с изображением в гобо проектор, определение зоны проекции, определение установки места гобо проектора, определение используемого типа оптики гобо проектора, исходя из места установки по отношению к зоне проекции, монтирование крепления гобо проектора на месте установки, направление гобо проектора на зону проекции, направлением и настройкой фокусировки гобо проектора. Технической проблемой известных способов является сложность проецирования изображений на жилые здания в зоне расположения окон, поскольку свет проектора попадает в окна, превышая нормы их вертикальной освещенности. Технической проблемой является невозможность точного освещения деталей архитектуры или полной привязки изображения к геометрии поверхности здания. Технической проблемой является невозможность спроецировать качественную, эстетически красивую проекцию на здания со сложной архитектурой и геометрией, а также при проецировании не под прямым углом.
Также проекторы не позволяют устранить искажение изображения при проецировании снизу на верх высотного здания, а также любые другие искажения перспективы проекции, вызванные невозможностью светить под прямым углом к плоскости проекции.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленного изобретения является устранение проблемы попадания света проектора в окна при проецировании на здания, устранение искажения изображения при проецировании снизу на верх высотного здания.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов, включающий создание гобо на дихроичном стекле из основного шаблона с изображением, установкой гобо с изображением в гобо проектор, определение зоны проекции, определение установки места гобо проектора, определение используемого типа оптики гобо проектора, исходя из места установки по отношению к зоне проекции, монтирование крепления гобо проектора на месте установки, калибровку проектора калибровочным гобо, направление гобо проектора на зону проекции, настройку фокусировки гобо проектора, отличающийся тем, что после выставление значения угла раскрытия и фокуса производят измерение расстояния от гобо проектора до крайних точек проекции, записывают данные установленных значений угла раскрытия, фокуса, расстояний до крайних точек проекции и направлений крепления по осям, фотографируют проекции калибровочного гобо с места установки гобо проектора и/или с точки обзора проекции, производят расчет искажения проекции по данным об угле раскрытия и расстоянии до крайних точек проекции, создают первичный шаблон в графическом редакторе из фотографии проекции калибровочного гобо путем удаления с изображения шаблона всей графической информации, кроме той, что находится в зоне проекции; затем искажают зону проекции калибровочного гобо по данным расчетов, производят при необходимости разделение первичного шаблона на основной шаблон проецируемого изображения и шаблон маски отсечения светового потока из зон, куда не должен попадать свет; после чего производят наложение на основной шаблон изображение для проекции; затем обозначают на шаблоне маски зоны отсечения светового потока, если таковые есть, а при их отсутствии маску не формируют; причем основной шаблон с изображением и шаблон маски с зонами отсечения светового потока искажают в соответствии с первоначальной геометрией и размерами калибровочного гобо; после чего создают гобо на дихроичном стекле из основного шаблона с изображением, а также создают маску гобо на дихроичном стекле из шаблона маски с не просветными зонами для отсечения светового потока; далее устанавливают гобо с изображением и маску гобо в гобо проектор, ставят гобо проектор на крепление, направляют и настраивают гобо проектор в соответствии с настройками, сделанными ранее, юстируют гобо с изображением и маску гобо относительно оси светового потока, настраивают фокус проецируемого изображения путем смещения и наклона линз.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан процесс предварительной настройки гобо проектора и выбора зоны проекции на здание.
На Фиг. 2 показан процесс предварительного проецирования изображения на здание для анализа общего эстетического восприятия изображения на здании.
На Фиг. 3 показан вид крупным планом сетки разметки точек проекции при проецировании на здание.
На Фиг. 4 показан вид крупным планом предварительно проецируемого изображения на здание.
На Фиг. 5 показан вид крупным планом сетки разметки точек проекции при проецировании на здание вместе с наложенным предварительным изображением.
На Фиг. 6 показан вид крупным планом сетки разметки точек проекции при проецировании на здание вместе с наложенным предварительным изображением с устраненным искажением (а - вид с сеткой, 6 - вид без сетки).
На Фиг. 7 показан неискаженный (заснятый) вид крупным планом зоны проекции при проецировании на здание с зонами (окнами здания), подлежащими к отсечению светового потока в шаблоне маски.
На Фиг. 8 показан искаженный вид крупным планом зоны проекции при проецировании на здание с зонами (окнами здания), подлежащими к отсечению светового потока в шаблоне маски.
На Фиг. 9 показан сформированный шаблон маски с затемненными участками, отсекающими световой поток.
На Фиг. 10 показан сформированный слайд гобо.
На Фиг. 11 показан вид при наложении шаблона маски с затемненными участками, отсекающими световой поток и сформированного слайда гобо.
На Фиг. 12 показан процесс рабочего проецирования изображения на здание.
На Фиг. 13 показан пример устройства гобо проектора, который может использоваться для реализации способа.
На Фиг. 14 показан пример практической демонстрации проецирования (а - вид здания в естественном виде, 6 - вид при проецировании).
На чертежах: 1 - гобо проектор, 2 - штатив, 3 - здание, 4 - зона проекции на здание, 5 - сетка разметки точек проекции, 6 - проецируемое изображение, 7 - окна здания, 8 - объектив гобо проектора, 9 - рамка для удержания слайда гобо и маски гобо, 10 - слайд гобо, 11 - маска гобо, 12 - светодиоды, 13 - отражатель, 14 - теплопередающая трубка, 15 - провода, 16 - радиатор, 17 - провод электропитания.
Осуществление изобретения
Способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов заключается в следующем.
Помещают слайд гобо 10 (см. Фиг. 13) с изображением в гобо проектор 1, ставят проектор в предполагаемое удобное место для проецирования, при необходимости на штатив 2. Наводят проектор 1 на предполагаемую зону проекции 4 на здании 3. Определяют типа оптики гобо проектора 1, подбирая требуемый объектива 8. Исходя из места установки по отношению к зоне проекции, монтируют крепления гобо проектора на месте установки. Производят калибровку калибровочным гобо, направляя гобо проектор на зону проекции, настраивают фокусировку гобо проектора. После выставление значения угла раскрытия и фокуса производят измерение расстояния от гобо проектора 1 до крайних точек зоны проекции 4. Расстояния можно измерить, например, с помощью лазерного дальномера. Записывают полученные данные значений угла раскрытия, фокуса, расстояний до крайних точек проекции и направлений крепления по осям. После чего фотографируют проекции изображений калибровочного гобо с места установки гобо проектора 1 (Фиг. 2) при необходимости восприятия эстетики отображения изображения на здании. Это фотографирование производят с помощью съемки проекции сетки (Фиг. 1, Фиг. 3) разметки точек проекции и наложения изображений сетки и предварительного изображения (Фиг. 5), для которого формируют предварительный гобо, на который наносят прямой печатью изображение.
Далее производят расчет искажения проекции по данным об угле раскрытия и расстоянии до крайних точек проекции, создают первичный шаблон в графическом редакторе из фотографии проекции калибровочного гобо путем удаления с изображения шаблона всей графической информации, кроме той, что находится в зоне проекции (Фиг. 4), при необходимости используют наложение сетки (Фиг. 5).
Затем искажают зону проекции калибровочного гобо по данным расчетов и сетки (Фиг. 6(а)), производят разделение первичного шаблона на основной шаблон (Фиг. 6(б)) проецируемого изображения и шаблон маски (Фиг. 7) отсечения светового потока из зон, куда не должен попадать свет, например окна жилых домов.
После этого производят наложение на основной шаблон изображение для проекции, затем обозначают на шаблоне маски зоны отсечения светового потока (Фиг. 7), причем основной шаблон с изображением и шаблон маски с зонами отсечения светового потока искажают в соответствии с первоначальной геометрией и размерами калибровочного гобо. В результате он приобретает вид, как на Фиг. 8.
Далее создают гобо на дихроичном стекле (Фиг. 10) из основного шаблона с изображением, а также создают маску гобо (Фиг. 9) на дихроичном стекле из шаблона маски с не просветными зонами для отсечения светового потока. При наложении маски 11 на слайд гобо 10 (Фиг. 11), закрытые области маски 11 перекрывают световой поток, идущий на окна 7 здания или иные участки здания, на которые не нужно пускать проекцию.
Затем устанавливают гобо 10 с изображением и маску гобо 11 в рамку 9 гобо проектора 1, ставят гобо проектор 1 на крепление, например, на штатив 2.
Направляют и настраивают гобо проектор 1 в соответствии с настройками сделанными ранее, юстируют гобо с изображением 10 и маску 11 гобо относительно оси светового потока, настраивают фокус проецируемого изображения путем смещения и наклона линз. В результате формируется неискаженное изображение на здание 3 с той точки проецирования, где стоит проектор (см. Фиг. 12) и окна здания 7 не засвечиваются светом проектора 1.
Способ может быть реализован с помощью гобо проектора 1 (см. Фиг. 13), который состоит из объектива 8, рамки 9 для удержания слайда гобо 10 и маски гобо 11, светодиодов 12.
Предпочтительно для усиления мощности проектора и при этом для снижения его энергозатрат на охлаждение радиатора 16 использовать вынос светодиодов 12 на теплопередающую трубку 14 с отражателем на конце 13, идущую от радиатора 16 и связанную с ним, причем внутри трубки 14 располагают провода 15, идущие от провода электропитания 17.
Благодаря выносу светодиодов 12 на теплопередающую трубку 14 с отражателем 13 удается снизить нагрев светодиодов на подложке и при этом увеличить их количество, разместив на конце трубки 14 и по ее бокам. Что позволяет увеличить светимость проектора 1 без потребности проводить принудительное охлаждение за счет обдува радиатора 16.
Радиатор 16 можно вынести за пределы корпуса проектора 1, обеспечив его естественное охлаждение. Кроме того, при выносе радиатора вне корпуса можно увеличить объем используемого радиатора 16 и этим усилить его охлаждение.
Способ используется следующим образом.
Выбирают зону проекции и удобное место установки гобо проектора 1. Устанавливают гобо проектор 1 на штативе 2, фиксируют примерное положение штатива 2 относительно запоминающейся метки на улице или в помещении (если проецирование ведут из окна здания) или производят закрепление пикета, если проецируют с открытой местности, где не имеется маркерных точек.
Вставляют эталонный слайд гобо с опорными точками.
Проецируют эталонный слайд, настраивают размер проекции и фокусы.
Делают замеры расстояний от гобо проектора до опорных точек проекции эталонного слайда, после чего производят фотосъемку с точки зрения наблюдателя.
На основе этих данных с помощью графических редакторов, например Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, AutoCAD и др., создают первичный шаблон проекции, с учетом перспективы. Накладывают изображение, предполагаемое для проекции, на фотографию зоны проекции и фотографию проекции шаблона и деформируют все изображения, приводя их опорные точки к шаблону.
Затем изготавливают гобо слайд с необходимым изображением.
По такому же принципу изготавливают слайд-маску для отсечения из светового луча зон, не предназначенных для проекции при проецировании анимационного слайда и/или слайда не привязанного к геометрии зоны проекции. Например, при проецировании обычного слайда гобо нам требуется вырезать окна или ограничить изображение. Для таких случаев используем слайд-маску.
После в гобо проектор 1 устанавливается подготовленный слайд гобо. Проводят работы по направке гобо проектора, настройке и юстировке слайда гобо относительно оптической оси. В результате мы получаем проекцию изображения 6 на поверхности здания, с привязкой к геометрии и архитектуре здания 3, учитывая при этом искажение перспективы проекции и исключаем попадание света в окна 7 и излишнюю засветку. На Фиг. 14 показан пример практической демонстрации проецирования (а - вид здания в естественном виде, б - вид при проецировании).