滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線幻影成像演示設(shè)備

韓甫來

本項(xiàng)目是滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線幻影成像演示系統(tǒng)，用微控制器進(jìn)行編程控制；運(yùn)用四聯(lián)屏技術(shù)，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實(shí)現(xiàn)播放同步；用幻影成像技術(shù)、四聯(lián)屏顯像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機(jī)結(jié)合；運(yùn)用紅外遙控對(duì)視頻服務(wù)器、電動(dòng)模型、燈光控制進(jìn)行智能管理，使視頻系統(tǒng)、電動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這7套系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，便于控制。為參觀學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了一個(gè)清潔安全的展示環(huán)境。

研發(fā)思路

為了不影響生產(chǎn)單位的生產(chǎn)，還能使參觀者避開嘈雜、危險(xiǎn)的生產(chǎn)環(huán)境，達(dá)到良好的交流學(xué)習(xí)目的，我們決定利用幻影成像技術(shù)向參觀者展示滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線。

最初幻影成像的影像部分打算使用投影儀投影，但是經(jīng)過考察與實(shí)驗(yàn)，由于場地及投影儀造價(jià)和投影儀燈泡的壽命等因素的限制，最后決定采用鍍膜反光屏鏡面成像原理和四聯(lián)屏技術(shù)，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實(shí)現(xiàn)播放音頻視頻的同步，用幻影成像技術(shù)、四聯(lián)屏顯像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機(jī)結(jié)合。

研究過程

實(shí)地調(diào)研

了解生產(chǎn)線上各種機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)流程，獲取各類設(shè)備影像資料，用于制作幻影成像滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線展示系統(tǒng)。采集生產(chǎn)線生產(chǎn)過程、工人人像照片。

制訂設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)規(guī)劃演示設(shè)備模型的尺寸、設(shè)計(jì)圖，挑選制作材料。經(jīng)過幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)確定最終方案，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

項(xiàng)目分工

項(xiàng)目分工包括3D動(dòng)畫設(shè)計(jì)、語音動(dòng)作同步模塊設(shè)計(jì)、布景箱設(shè)計(jì)、模型制作（3D打?。?，以及編程、聲控、光控、視頻傳輸系統(tǒng)等。

動(dòng)畫制作流程

設(shè)計(jì)短片中人物、場景的定位，編寫劇本，確定短片風(fēng)格。

在原稿上畫出滅火器生產(chǎn)線動(dòng)畫故事情節(jié)流程可供參考的二維角色和場景，然后通過三維Maya軟件創(chuàng)建模型，接著賦予材質(zhì)，打燈光，再建立好攝像機(jī)，調(diào)動(dòng)畫，最后渲染輸出。在后期軟件中組接渲染出來的分散鏡頭，制作特效等，使之成為連貫的完整的片子。

生產(chǎn)線流程操作工及機(jī)械設(shè)備的動(dòng)畫每段各不相同，需要逐個(gè)單獨(dú)完成后再整合，為了使其連貫和流暢，必須找切入點(diǎn)反復(fù)調(diào)試，最后還要和實(shí)景相結(jié)合再調(diào)試。比如，在做沖床操作工的動(dòng)畫時(shí)，工人座椅高低、手臂伸出的長度與沖床模型的比例關(guān)系需要合理協(xié)調(diào)一致（圖2）。

模型制作

3D模型通過3D打印機(jī)完成，用Sketchup設(shè)計(jì)3D模型后載入Repetier-Host打印平臺(tái)，設(shè)置模型尺寸與打印所需參數(shù)，然后打印出模型構(gòu)件。打印步驟如下：選擇提前設(shè)計(jì)好的3D模型載入Repetier-Host，設(shè)置機(jī)器連接端子、通訊端口、波特率、傳輸協(xié)議、連接復(fù)位、緊急復(fù)位及接收緩存大小；擠出頭水平移動(dòng)速度4800mm/min，手動(dòng)擠出速度20mm/s，手動(dòng)回退速度30mm/s，缺省擠出頭溫度200℃，缺省熱床50℃。最終模型效果見圖3。

有些模型之間需要多個(gè)模型組合，在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮它們之間的尺寸大小比例協(xié)調(diào)，以及怎樣結(jié)合等問題。銜接處必須提前設(shè)計(jì)預(yù)留銜接口，必須做到準(zhǔn)確無誤，這樣才能不影響模型設(shè)備的運(yùn)行與美觀。兩個(gè)模型之間如果不需要驅(qū)動(dòng)，就采取插接熱熔膠、309膠、502膠、玻璃膠、亞克力專用膠等方法固定，個(gè)別地方采取加裝螺絲加強(qiáng)固定。

項(xiàng)目貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)

用微控制器進(jìn)行編程控制，使燈光效果與視頻服務(wù)器同步，展示效果得到了強(qiáng)化。

運(yùn)用四聯(lián)屏技術(shù)，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實(shí)現(xiàn)播放同步。

用幻影成像技術(shù)、四聯(lián)屏顯像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機(jī)結(jié)合。

幻影成像采用納米級(jí)感光涂層玻璃，使鍍膜保持較高的透光率和反射率，膜層采用一種主要成分為SOB的航天感光材料，能使影像產(chǎn)生極大立體縱深感。

運(yùn)用紅外遙控對(duì)視頻服務(wù)器、電動(dòng)模型、燈光控制進(jìn)行智能管理，使視頻系統(tǒng)、電動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，便于控制。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語

該項(xiàng)目利用幻影成像技術(shù)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了一個(gè)清潔安全的演示環(huán)境。項(xiàng)目原理科學(xué)、概念清晰、構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，作品教育性強(qiáng)。項(xiàng)目選題新穎，具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有示范推廣價(jià)值。希望該項(xiàng)目在教學(xué)應(yīng)用方面作出改進(jìn)和提升。