分布式音乐灯光表演方案自动生成方法及生成系统

摘要

本发明公开了一种分布式音乐灯光表演方案自动生成的方法及生成系统，具体包括以下步骤：（1）记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型场景库；（2）总结灯控台设计单个电脑灯动作方法库，以及其动作方法参数；（3）将音乐进行划分，记录划分乐句的特征要素，以及多个电脑灯同时表演所需匹配的所有动作特征要素，概括两者匹配规则矩阵；（4）应用分布式专家系统对音乐灯光进行相匹配；（5）采用不确定性匹配推理及相应冲突消解策略得出所有的动作特征，最终生成表演方案。本发明能够高效自动生成较丰富多彩的音乐灯光表演方案。

说明书

技术领域

本发明涉及分布式音乐灯光表演方案自动生成的技术，尤其涉及一种如何建立完善的电脑灯动作方法库，再运用分布式专家系统实现音乐灯光高效多样化的匹配。

背景技术

音乐灯光表演方案设计，就是指能根据一段音乐的各种特征要素（旋律、节拍、音区等）来控制灯具的运行组合和转速变化，以及灯光颜色的组合变化的设计系统，好的音乐灯光表演能将人对灯光变化的视觉感受与对音乐的听觉感受实时溶为一体，烘托出完美的环境艺术效果。

近年来，随着我国经济的飞速发展和城市建设的快速发展，国内外大型的户外音乐灯光表演越来越多，音乐灯光表演方案的自动化设计也正处于发展探索阶段。但是，现在多数大规模的灯光表演方案设计仍就采用传统的人为根据音乐设计灯光动作，需要音乐专家，灯光设计师，灯控台操作师的同时合作，往往设计周期长、难度大。目前，针对灯光控制台的可控空间的局限性，以及人工设计效率低等问题，已经提出了一些计算机灯光设计平台，采用专家系统进行音乐灯光的自动匹配，加快了方案设计的周期。

目前，针对现有一些音乐灯光表演方案自动生成方案的设计，主要采用专家系统进行音乐与灯光的匹配，将音乐的特征要素与动作特征要素相匹配，但是建立的电脑灯动作库复杂，动作轨迹线性单一，不能很好结合成熟的灯控台技术，总结出动作轨迹的变化规律，以及其动作特征要素，那么将导致匹配复杂且不完善，表演方案很难达到空间变化的层次性，以及动作变化的丰富多样性。因为音乐与灯光的匹配包含很多方面，包含音乐与灯具场景的选择、音乐与动作方法、音乐与动作方法的具体参数三个方面。单一采用专家系统进行匹配，会有匹配效率低，维护不方便等。综上所述，建立一种完善多变的动作方法库，以及提高匹配效率且便于维护是音乐灯光表演方案自动生成迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供分布式音乐灯光表演方案高效自动生成方法及生成系统。

本发明的目的之一是提出一种分布式音乐灯光表演方案高效自动生成方法；本发明的目的之二是提出一种分布式音乐灯光表演方案高效自动生成系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的分布式音乐灯光表演方案自动生成的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型库；

步骤2：通过灯控台建立单个电脑灯动作方法库，以及相应动作方法参数；

步骤3：将音乐进行划分，记录划分乐句的特征要素，以及多个电脑灯同时表演所需匹配的所有动作特征要素，并概括乐句的特征要素和动作特征要素的匹配规则；

步骤4：应用分布式专家系统对音乐特征与灯光特征进行相匹配；

步骤5：采用不确定性匹配推理及相应冲突消解策略得出表演方案的所有动作特征，最终生成表演方案。

进一步，在步骤2中单个电脑灯动作方法库包含方法编号、方法名称、作用通道、动作轨迹和动作参数；所述方法编号，用于记录单个电脑灯动作的序号；所述方法名称，用于定义单个电脑灯动作的特征；所述作用通道，用于说明单个电脑灯动作的作用范围；所述动作轨迹，用于定义单个电脑灯动作的轨迹特征；所述动作参数，用于描述动作轨迹的模型特征。

进一步，在步骤3中，音乐的特征要素包含：乐句周期、主旋律速度、平均力度、音区范围、音乐旋律、音乐情感、重节拍频率、重节拍音长；电脑灯表演所需的全部动作特征包含：灯光区域选择、灯光场景选择、单灯动作方法、多灯变化方式；并生成音乐特征要素与灯光特征要素的匹配矩阵。

进一步，在步骤4中，所述分布式专家系统包括音乐与不同区域灯具场景匹配子系统、音乐与电脑灯动作方法匹配子系统和音乐与不同动作特征参数匹配子系统；所述灯具场景匹配子系统，用于根据音乐的特征要素来选用电脑灯；所述动作方法匹配子系统，用于根据乐句的特征，结合不同动作特征的电脑灯，实现点面全面匹配；所述动作特征参数匹配子系统，用于根据音乐的特征参数来决定动作的特征参数。

进一步，在步骤5中，推理机的执行过程可描述为如下步骤：

步骤51：使用中间数据库表记录的事实对规则前件表进行匹配式搜索，记录匹配的规则号及每条规则的条件个数；

步骤52：若规则表中条件满足该规则的总条件数，则标志该规则为选用规则；若只满足部分条件，则标志该规则为待用规则；

步骤53：检查规则置信度大小，按预定的冲突消解策略确定待用规则，记录规则号；

步骤54：按规则后件表结论执行相应操作，并计算该执行规则所得结论的置信度；

步骤55：转到步骤51：继续执行，直到搜索知识库中没有可适用的规则为止，把此结果作为最终推理结论；否则，转到步骤53：重新选用一条规则继续执行。

进一步，所述冲突消解策略是通过规则可信度设定优先级以选择适用规则，包括优先选择前件多的规则和相同可信度规则选择使用次数最少的规则匹配。

进一步，所述灯控台控制电脑灯变化的方式包括直接调用内置程序和手动编辑跑灯程序；所述直接调用内置程序，用于灯光操作者快速选择灯控台中的预置图形并进行灯光效果的编辑；所述手动编辑跑灯程序，用于组合控制固定场景来改变电脑灯的通道。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的分布式音乐灯光表演方案自动生成系统，包括灯具分布库、灯控动作特征要素库、音乐特征要素库和专家匹配系统；所述灯具分布库，用于记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型库；所述灯控动作特征要素库，用于建立单个电脑灯动作特征库，以及相应动作特征参数；所述音乐特征要素库，用于将音乐进行划分，记录划分乐句的特征要素；所述专家匹配系统，用于概括乐句的特征要素和动作特征要素的匹配规则并对音乐特征与灯光特征进行相匹配；

进一步，所述专家匹配系统包括音乐与不同区域灯具场景匹配子系统、音乐与电脑灯动作特征匹配子系统和音乐与不同动作特征参数匹配子系统；所述灯具场景匹配子系统，用于根据音乐的特征要素来选用电脑灯；所述动作方法匹配子系统，用于根据乐句的特征，结合不同动作特征的电脑灯，实现点面全面匹配；所述动作特征参数匹配子系统，用于根据音乐的特征参数来决定动作的特征参数。

进一步，所述灯控动作特征要素库包含方法编号单元、方法名称单元、作用通道单元、动作轨迹单元和动作参数单元；所述方法编号单元，用于记录灯控动作的序号；所述方法名称单元，用于定义灯控动作的特征；所述作用通道单元，用于说明灯控动作的作用范围；所述动作轨迹单元，用于说明灯控动作的轨迹特征；所述动作参数单元，用于描述灯控动作的模型特征。

本发明提供的分布式音乐灯光表演方案自动生成方法，主要有以下优点：

1、通过记录灯具安装分布的区域和数量、不同区域的电脑灯造型（即场景）库、总结灯控台设计单个电脑灯动作方法库，以及相应动作方法参数；采用直接调用内置程序和手动编辑跑灯程序来控制电脑灯的变化，通过灯控台中备有大量的预置图形，使得灯光操作者可以快速地做出令人激动的灯光效果，而无需繁琐的编辑，图形文件可用于电脑灯的各个通道变化方式，诸如：位置，颜色，图案，调光，光圈等，还可以控制图形的位置，尺寸，速度，并可以定义一组灯光中每一个灯做图形的起始角度，甚至自定义图形。

2、通过许多固定场景构成的一个组合改变电脑灯的某一个通道，自由控制改变电脑灯的通道，可以设置它的速度和停留值，直接调用形成一定的动作表演，更容易编辑修改，效率也会更高更快。

3、通过灯具选择子系统，根据音乐的力度大小及音区的丰富度等特征，决定选用的电脑灯数量，并能体现选择区域的变化，使其在空间上的转换丰富。形成不同区域对应的场景对应匹配多样化，不同的场景即使调用相同的动作方法也能呈现不同的效果。

4、通过冲突消解策略是使得匹配的规则不至于死循环，也能保证匹配的方案多样化，更具可观赏性。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是传统人工灯控台设计方式；

图2是本发明应完成的自动生成音乐灯光表演方案的框架图；

图3是本发明所采用的分布式专家系统示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

如图2所示，本发明的分布式音乐灯光表演方案自动生成，包括以下步骤：

步骤一：记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型（即场景）库。

步骤二：总结灯控台设计电脑灯动作方法库，提取相应动作方法特征。

灯控台控制电脑灯变化的方式目前分为两个方面：

（1）直接调用内置程序；灯控台中备有大量的预置图形，使得灯光操作者可以快速地做出令人激动的灯光效果，而无需繁琐的编辑，图形文件可用于电脑灯的各个通道变化方式，诸如：位置，颜色，图案，调光，光圈等，你可以控制图形的位置，尺寸，速度，并可以定义一组灯光中每一个灯做图形的起始角度，甚至你可以定义自己的图形。

（2）手动编辑跑灯程序。程序是指由许多固定场景构成的一个组合，每个固定场景在程序中称为“步”，不要将图形与程序混淆，图形只是以一种固定的方式改变电脑灯的某一个通道，而程序则给你更大的自由度去控制，改变电脑灯所有的通道，程序运行可以设置它的速度和停留值。综合灯控台的素材库包括：位置库、颜色库、图案库。那么我们便可以直接调用这些库文件于电脑灯形成一定的动作表演，更容易编辑修改，效率也会更高更快。

建立单灯动作方法库，包含动作方法编号、方法名称、作用通道、动作轨迹和动作参数。概括为8种分别为如表1所示，其中含五种连续、三种离散变化方式。

表1单个电脑灯动作方法库索引表

表中，W表示频率，T表示周期，A表示直径，W1表示通道切换频率,S1表示切光数值1，S0表示切光数值2，D1调光数值1表示，D0表示调光数值2。

步骤三：将音乐进行划分，记录划分乐句的特征要素，以及多个电脑灯同时表演所需匹配的所有动作特征要素，概括两者匹配规则矩阵。乐句的特征要素包含：乐句周期、主旋律速度、平均力度、音区范围、旋律、音乐情感、重节拍音长。对于很多个电脑灯表演所需的全部动作特征包含：灯光区域选择、灯光场景选择、单灯动作方法（动作通道、动作方式、动作参数）、多灯变化方式（分组、动作进行方向、动作依次间隔时间）。音乐特征要素分为7种，一些可以量化的变量根据相对程度模糊表达为三级状态，其他的特征如旋律分为渐增、水平、渐降、波浪四种形式，情感分为神圣、悲伤、向往、抒情、轻盈、欢快、热情、生动八种形式，和全部的动作特征记录概括匹配如表2所示。

表2：音乐灯光匹配概括总结表

表格中“1”表示音乐特征要素对灯光表演的特征有影响，“0”表示无影响或影响不大。

步骤四：应用分布式专家系统对音乐灯光进行相匹配，将音乐特征与灯光特征的匹配分为三个方面的匹配：音乐与不同区域灯具场景匹配子系统，音乐与电脑灯动作方法匹配子系统，音乐与单灯动作方法参数及多灯动作方式匹配子系统。每个子系统匹配规则的概括叙述如下：

（1）灯具选择子系统：①大型的音乐灯光表演必定安装包含多区域且数量丰富的电脑灯，根据音乐的力度大小及音区的丰富度等特征，决定选用的电脑灯数量，并能体现选择区域的变化，使其在空间上的转换丰富。②不同区域对应的场景对应匹配多样化，不同的场景即使调用相同的动作方法也能呈现不同的效果。

（2）单灯动作方法选择子系统：①乐句与灯光点面全面匹配，不仅实现整体匹配，也要根据强节拍的律动情况，结合使用不同的动作方法作用的不同的电脑灯组合，实现点面全面匹配。②灯光表演的速度要与音乐的主旋律速度匹配，由于户外大型灯具的机械结构笨重决定，快速的转体运动基本不可能，如果想要通过它的动作实现与速度很快的音乐相匹配基本不可能，会造成动作与音乐的脱节、不美观，但是我们可以通过对灯具有些非XY轴通道的非连续值变化，如动作方法6，这样才能将音乐与灯光速度匹配一致，快速的切换也能到带来视觉的冲击。③考虑一个乐句划分周期的长短，因为使用画圆，波浪，锯齿等图形作用的动作方法周期会很长，如果乐句短可以使用其他动作周期短的动作。④音乐的情感影响色彩的搭配，使得表演色彩丰富，更具画面性。⑤动作方法匹配多样性，不能单一重复同一种方法，使得表演变化丰富多彩。

（3）不同动作方法参数匹配子系统：①根据音乐的速度决定动作的速度，包含连续的变化速度参数W以及离散变化的依次间隔时间；②力度的大小决定动作方法尺寸大小A和一些离散变化方式时多灯动作方式的分组；③旋律的变化状态决定单灯动作方法的一些动作参数和多灯变化方式变化方向。

步骤五：不确定性匹配推理及冲突消解策略，知识的不精确表示采用带有可信度因子(Certainty Factor，简称CF)的产生式规则：

IF E THEN H(CF(H，E))

其中：E表示规则的前提条件,前提条件可以是简单的单个条件，也可以是复合条件，即由合取和析取构成的复合条件。

H表示规则的结论，结论可以是一个结论，也可以是多个结论。

CF(H，E)为规则的可信度，也称为规则强度，它反映了当前提E为真时结论H为真的可靠性程度，-1≤CF(H，E)≤1。CF(H，E)的值越大，表明前提E为真时结论H为真的可靠性就越高。反之,CF(H,E)的值越小，表明前提E为真时结论H为真的可靠性就越低。

推理机的执行过程可描述为如下步骤：

a)使用中间数据库表记录的事实对规则前件表进行匹配式搜索,记录匹配的规则号及每条规则的条件个数。

b)若规则表中条件满足该规则的总条件数,则标志该规则为选用规则。若只满足部分条件,则标志该规则为待用规则。

c)检查规则置信度大小,按预定的冲突消解策略确定待用规则,记录规则号。

d)按规则后件表结论执行相应操作,并计算该执行规则所得结论的置信度。

e)转到a)继续执行,直到搜索知识库中没有可适用的规则为止,把此结果作为最终推理结论。否则,转到c)重新选用一条规则继续执行。

推理过程中冲突消解策略是通过规则可信度设定优先级以选择适用规则，主要从以下几方面考虑:①优先选择前件多的规则,以提高结论的准确性；②相同可信度规则选择使用次数最少的规则匹配，使得匹配的规则不至于死循环，也能保证匹配的方案多样化，更具可观赏性。

本发明还提供了一种分布式音乐灯光表演方案自动生成系统，包括灯具分布库、灯控动作特征要素库、音乐特征要素库和专家匹配系统；所述灯具分布库，用于记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型库；所述灯控动作特征要素库，用于建立单个电脑灯动作特征库，以及相应动作特征参数；所述音乐特征要素库，用于将音乐进行划分，记录划分乐句的特征要素；所述专家匹配系统，用于概括乐句的特征要素和动作特征要素的匹配规则并对音乐特征与灯光特征进行相匹配；所述专家匹配系统包括音乐与不同区域灯具场景匹配子系统、音乐与电脑灯动作特征匹配子系统和音乐与不同动作特征参数匹配子系统；所述灯具场景匹配子系统，用于根据音乐的特征要素来选用电脑灯；所述动作方法匹配子系统，用于根据乐句的特征，结合不同动作特征的电脑灯，实现点面全面匹配；所述动作特征参数匹配子系统，用于根据音乐的特征参数来决定动作的特征参数。

所述灯控动作特征要素库包含方法编号单元、方法名称单元、作用通道单元、动作轨迹单元和动作参数单元；所述方法编号单元，用于记录灯控动作的序号；所述方法名称单元，用于定义灯控动作的特征；所述作用通道单元，用于说明灯控动作的作用范围；所述动作轨迹单元，用于说明灯控动作的轨迹特征；所述动作参数单元，用于描述灯控动作的模型特征。

实施例2

本发明实施例2与实施例1的区别仅在于：

步骤1：记录灯具安装分布的区域和数量，以及不同区域的电脑灯造型（即场景）库。某大型灯光表演项目，灯具安装分布区域数量以及相应场景记录如下表3所示：

表3

  区域编号  区域名称  区域灯具数量  区域场景  1  山坡第一排（s1）  12  A1，A2，A3，A4，A5  2  山坡第二排（s2）  12  B1，B2，B3，B4，B5  3  山坡第三排（s3）  12  C1，C2，C3，C4，C5  4  湖边  10  D1，D2

步骤2：建立单个电脑灯动作方法库，包含动作方法编号、方法名称、作用通道、动作轨迹和动作参数。概括为8种分别为如上表1所示，其中含五种连续、三种离散变化方式。

步骤3：划分音乐，记录每个乐句的特征要素，分为乐句特征和特殊重节拍特征记录格式如下表4、5所示：

（1）乐句特征记录

表4

（2）特殊点记录

表5

  特殊重节拍点  起始时间  结束时间  1  00:02:000  00:02:200  2  00:03:000  00:04:000  ......  ......  ......

步骤4：应用分布式专家系统对音乐灯光进行相匹配，将音乐特征与灯光特征的匹配分为三个方面的匹配：音乐与不同区域灯具场景匹配子系统，音乐与电脑灯动作方法匹配子系统，音乐与单灯动作方法参数及多灯动作方式匹配子系统。以及采用上述推理方式和消除冲突策略，最终得出乐句与特殊重节拍点特征与灯光的匹配结果分别如下表6、7所示，最终通过计算得到表演方案表。

表6

表7

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。