整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

李厚恩 余里程 廖耀隆

摘 要：當(dāng)前的大屏幕技術(shù)主要為LED屏幕技術(shù)，這類顯示與投影技術(shù)在實際應(yīng)用中美感不足，且光源亮度較高，時間一久，使用者眼部會產(chǎn)生刺痛感。本文首先分析了整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計，其次闡述了整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)應(yīng)用，最后總結(jié)了全文。

關(guān)鍵詞：資源整合；可視化技術(shù)；大屏幕展示

中圖分類號：TN873；TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0048-03

Design and Application of Large Screen Display System Integrating Various

Visualization Technologies

LI Houen，YU Licheng，LIAO Yaolong

（Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：The current large screen technology is mainly LED screen technology. This kind of display and projection technology is not enough in practical application，and the brightness of the light source is high，for a long time，users will have a tingling sensation in the eyes. Firstly，this paper analyses the design of large screen display system which integrates many technologies，secondly，it expounds the application of large screen display system which integrates various visualization technologies，and finally summarizes the full text.

Keywords：resource integration；visualization technology；large screen display

0 引 言

由于單個LED發(fā)光面較窄，且大規(guī)模集成在線路板上，會組建成一個較大的發(fā)光源，使得熱量大面積積累，進(jìn)而擊穿電路板，影響大屏幕展示系統(tǒng)的使用質(zhì)量。受到不可抗拒原因與因素的影響，會導(dǎo)致LED顯示管損壞，若長時間運行則會導(dǎo)致LED屏幕產(chǎn)生盲點，應(yīng)用效果不佳。本文主要研究整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，詳細(xì)闡述如下。

1 整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1.1 硬件系統(tǒng)

（1）投影反射系統(tǒng)。為保障大屏幕展示系統(tǒng)的美觀性與統(tǒng)一性，需要解決背投投影空間狹小的問題。因此，需要強化背投投影反射系統(tǒng)的應(yīng)用。投影反射系統(tǒng)是由進(jìn)口金屬加工材料制作而成，具備結(jié)構(gòu)美觀、使用便捷、承重量大的特點，可依據(jù)投影距離，設(shè)置不同的投影結(jié)構(gòu)[1]。（2）背投硬幕屬于一種丙酸樹脂木，屏幕內(nèi)部的光學(xué)式結(jié)構(gòu)比較精密，借助特殊的光學(xué)漫射層，可保障畫面、色彩，提升系統(tǒng)對圖像的解析度，以此實現(xiàn)屏幕亮度的增加，提升光源利用效率，保障屏幕圖像的清晰度。（3）DLP投影機。借助數(shù)字處理技術(shù)可實現(xiàn)影像信號處理，并將其投影在屏幕上。本系統(tǒng)的DLP技術(shù)應(yīng)用的是美國德州儀器公司開發(fā)的DMD技術(shù)，屬于一種可視數(shù)字信息顯示技術(shù)，DLP系統(tǒng)主要分為單片DLP系統(tǒng)、雙片DLP系統(tǒng)、三片DLP系統(tǒng)，屬于大屏幕展示系統(tǒng)未來發(fā)展的主流技術(shù)。（4）紅外觸摸技術(shù)。應(yīng)用Windows7多點觸摸技術(shù)，可構(gòu)建紅外觸摸屏，提升人機交互的便捷性，使用者用2個手指，就能夠?qū)崿F(xiàn)圖片旋轉(zhuǎn)、圖片縮小、圖片放大[2]。

1.1.2 操作方式設(shè)計

為實現(xiàn)人機交互，展示不同的內(nèi)容，本新系統(tǒng)設(shè)置了兩種距離的觸摸操作，主要包括：

（1）遠(yuǎn)距離手勢操作：1）使用者站立在屏幕前方腳印位置，就可開展手勢操作。2）液面切換。左右揮動手臂，可實現(xiàn)翻頁操作。3）定位光標(biāo)。通過移動手臂，可實現(xiàn)光標(biāo)移動控制。4）點擊。實現(xiàn)光標(biāo)定位后，移動手指，就可實現(xiàn)定位恢復(fù)，實現(xiàn)點擊。

（2）激光遙指操作：使用者借助遙指觸摸筆，能夠用紅外激光點替代人的手指，以此實現(xiàn)遠(yuǎn)距離虛擬觸摸操作[2]。本文系統(tǒng)配置了專門的紅外激光筆，并在屏幕前方安裝攝像頭，將大屏幕納入到取景范圍內(nèi)，以此實現(xiàn)圖像識別，使用者站在大屏幕前就可開展相關(guān)操作。

1.1.3 軟件算法

圖像采集裝置能夠?qū)⑷耸诌\動的手勢動作收集到專門的控制軟件內(nèi)，精準(zhǔn)識別人手動作與人手狀態(tài)。依據(jù)人手不同動作，執(zhí)行不同操作，以此實現(xiàn)人機交互。

用圖像采集裝置能夠獲取人手狀態(tài)及運動序列圖像，實現(xiàn)圖像智能識別，構(gòu)建幾何投影技術(shù)，借助軟件與各類算法，實現(xiàn)人機交互。

軟件算法由初始定位、操作處理、激光光點識別、光點定位精準(zhǔn)定位光點觸摸位置，以此開展交互操作。

1.1.4 總控制系統(tǒng)設(shè)計

總控系統(tǒng)工作流程如圖1所示，可實現(xiàn)設(shè)備使用壽命的延長，節(jié)省電能，應(yīng)用效果顯著。

1.2 手勢操作

1.2.1 手勢識別原理

在大屏幕上方安裝兩個廣角攝像頭，且攝像頭鏡面對準(zhǔn)地面，操作者站在攝像頭與地面之間，通過擺動手臂，就可實現(xiàn)大屏幕內(nèi)光標(biāo)定位。在大屏幕檢測到光標(biāo)位置后，通過快速蜷縮、伸展可實現(xiàn)光標(biāo)點擊，如圖2所示。

1.2.2 手勢定位

每個攝像頭主要負(fù)責(zé)用戶手部圖像采集，通過獲取用戶之間的二維圖像位置坐標(biāo)，在透視投影模型的支持下，將指尖成像點與地面之間的坐標(biāo)位置求解出來。將攝像頭位置、地面坐標(biāo)視作一條直線，系統(tǒng)總計2條直線，兩條直線交互，則能夠?qū)⒅讣饪臻g坐標(biāo)求解出來，以此獲取指尖空間做標(biāo)與屏幕二維碼做標(biāo)[3]。通過將物理做標(biāo)轉(zhuǎn)換為專門的邏輯坐標(biāo)，可求解出手指指向屏幕的實際坐標(biāo)，以此實現(xiàn)大屏幕的精準(zhǔn)定位。

1.2.3 手勢控制鼠標(biāo)

用戶通過手指指向屏幕，通過上下、左右移動手臂，就可實現(xiàn)鼠標(biāo)移動控制。在鼠標(biāo)達(dá)到指定位置后，用戶通過彎曲食指、或伸開食指，可實現(xiàn)鼠標(biāo)點擊目的。借助指尖檢測算法，圖像可檢測手指指尖是否存在，若用戶在短時間內(nèi)彎曲并伸開食指，系統(tǒng)則自動判定為點擊動作。

1.3 軟件展示

1.3.1 軟件功能

本系統(tǒng)以電子書架作為管理單位，以組織結(jié)構(gòu)的形式，將其存放在硬盤上。電子書架內(nèi)建設(shè)多個電子書，設(shè)置不同的頁面，可包含文字、圖片、語音、視頻等資料，儲存在各自文件夾內(nèi)，實現(xiàn)不同多媒體信息展示。軟件可實現(xiàn)前后翻頁、目錄選頁、電子書連接、語音播放、視頻點播、自動翻頁、循環(huán)播放、音樂選擇、遙控鏈接[4]等功能。

1.3.2 翻頁效果

若人眼前某一圖像不存在，視像在人眼視網(wǎng)膜上可停留0.1～0.4s。電影膠片一般以24格/秒勻速轉(zhuǎn)動，進(jìn)而呈現(xiàn)一系列的靜態(tài)畫面，促使使用者產(chǎn)生一種連續(xù)的視覺假象，以此保障動感的逼真性與連續(xù)性[5]。本系統(tǒng)的翻頁效果，能夠?qū)崿F(xiàn)頁面更換，插入不同的畫面，為使用者提供真實的動畫效果。

2 整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)應(yīng)用——以企業(yè)級運營監(jiān)控系統(tǒng)需求為例

整合多種可視化技術(shù)的大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計，可提升系統(tǒng)的互動性與友好性，提供各類新奇的操作方式，最大限度提升觀眾的觀看興趣。以主配網(wǎng)電網(wǎng)為例，系統(tǒng)應(yīng)用分析如下。

2.1 日指標(biāo)監(jiān)控

根據(jù)指標(biāo)體系，部分指標(biāo)需要每日進(jìn)行監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)企業(yè)運營中存在的問題，并及時進(jìn)行響應(yīng)，為各級管理層提供相應(yīng)的信息支撐。將日監(jiān)控指標(biāo)按照相應(yīng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域分板塊進(jìn)行展示，如安全生產(chǎn)域的當(dāng)前電網(wǎng)安全運行天數(shù)、當(dāng)前生效電網(wǎng)風(fēng)險、今日施工作業(yè)風(fēng)險、昨日電網(wǎng)最高負(fù)荷、今天故障停電、今日計劃停電等；如基建域的進(jìn)度計劃完成率、物資到貨計劃完成率；如物資域的整體供應(yīng)進(jìn)度預(yù)警，紅燈超期數(shù)量。

2.2 月指標(biāo)監(jiān)控

提供月度指標(biāo)監(jiān)控功能，根據(jù)指標(biāo)體系，部分指標(biāo)無需每日關(guān)注，可按月度發(fā)布，為企業(yè)運營提供決策依據(jù)。如安全生產(chǎn)域的緊急/重大缺陷消缺及時率、預(yù)試計劃完成率、停電計劃執(zhí)行率、兩票合格率、計劃停電實際轉(zhuǎn)供電率等；投資計劃域的投資完成率、投產(chǎn)完成率、資金支付數(shù)、新增固定資產(chǎn)數(shù)；基建域的關(guān)鍵質(zhì)量抽檢合格率、變更占預(yù)備費比例、資金計劃完成率、項目結(jié)算結(jié)余率、人身死亡人數(shù)、人身重傷人數(shù)、安全事故起數(shù)、安全事件起數(shù)；物資域的物資供應(yīng)計劃完成率、采購集中度、資金支付完成率、閑置物資再利用率、庫存周轉(zhuǎn)率。

2.3 全局運營監(jiān)控

將深圳供電局各部門各層級關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)信息、月報指標(biāo)信息、個性專題指標(biāo)信息以及電網(wǎng)公司關(guān)鍵指標(biāo)信息，按照不同維度的組合方式，通過大數(shù)據(jù)分析、三維可視化等前沿技術(shù)，實現(xiàn)多維度的展示深圳電網(wǎng)的運營情況。

3 結(jié) 論

綜上所述，整合多種可視化技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開展大屏幕展示系統(tǒng)設(shè)計，不需要改裝屏幕、可避免接觸物無法識別情況的出現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬觸摸，不會開展畸形校正，只需要一維圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過簡單的計算，就可獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各項技術(shù)，應(yīng)用效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 余揚.信息技術(shù)環(huán)境下初中幾何問題解決教學(xué)模式研究 [D].長春：東北師范大學(xué)，2009.

作者簡介：李厚恩（1990.04-），男，漢族，廣東汕頭人，工程師，本科，研究方向：信息技術(shù)。