劉勇+潘小龍+柴挺川+李紅紅+李剛

摘 要 本研究題目為一種新型的特種影視——仿真式體驗(yàn)影院。該影院為七自由度高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)感體驗(yàn)影院。同時(shí)具有4D影院、動(dòng)感影院、過山車影院、XD影院的所有功能，能夠逼真地模擬出高速快艇、高速越野車輛、飛船等運(yùn)行效果，屬國際首創(chuàng)。

關(guān)鍵詞 特種影視；仿真式體驗(yàn)影院；7自由度平臺(tái)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）166-0117-03

仿真式體驗(yàn)影院是一種全新的特種影院，集4D影院、七自由度平臺(tái)、高轉(zhuǎn)向、大型機(jī)械控制、現(xiàn)場特效等多種高科技手段于一身，能夠逼真地模擬出高速快艇、高速越野車輛、飛船等運(yùn)行效果。從娛樂上能給游客帶來更加震撼更加刺激的特種影視產(chǎn)品，代表了現(xiàn)代娛樂業(yè)的最新水平。

1 背景資料

特種影視系統(tǒng)[1]是指在特種的應(yīng)用場所（非傳統(tǒng)的影院、劇場）用特種傳播設(shè)備來放映的特種影片（節(jié)目）的系統(tǒng)，其包括五大類約十幾種類的影院系統(tǒng)（3D影院、4D影院、XD影院、飛行影院、真人表演的沉浸式影院、球幕影院、巨幕影院、動(dòng)感影院、全息音響劇場等）。特種影視系統(tǒng)在國內(nèi)外近年來得以快速應(yīng)用。

由于特種影視的“技術(shù)+藝術(shù)”的復(fù)合特征使得該行業(yè)技術(shù)門檻高、投資大。我國的特種影視的系統(tǒng)起步晚，原創(chuàng)少，導(dǎo)致大量的中高檔市場主要被幾家國外大公司壟斷。在我國，特種影視業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重落后，大學(xué)無專業(yè)，技術(shù)無標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于巨大的市場需求。因此研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和產(chǎn)品就變得十分迫切。

現(xiàn)有傳統(tǒng)的4D電影的動(dòng)感座椅只有上下、搖擺、翻滾3個(gè)自由度；其只能模擬具有這種3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的簡單場景；市場上還有一種采用六自由度平臺(tái)[2-4]的動(dòng)感影院，其具有前后、左右、上下、搖擺、翻滾、偏航進(jìn)行六自由度運(yùn)動(dòng)，可以模擬較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)場景，但對(duì)于模高速快艇、高速越野車輛、飛船等運(yùn)行效果的場景來說，其運(yùn)動(dòng)軌跡不僅需要前后、左右、上下、搖擺、翻滾、偏航進(jìn)行六自由度運(yùn)動(dòng)，還需要平臺(tái)在六自由度運(yùn)動(dòng)的同時(shí)能夠進(jìn)行≥360°高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前的4D電影和動(dòng)感影院系統(tǒng)都不能實(shí)現(xiàn)該效果。因此，開發(fā)一款能夠模擬類似激流勇進(jìn)的具有這種七自由度體驗(yàn)平臺(tái)的仿真式體驗(yàn)影院就具有重要的商業(yè)價(jià)值及研究意義。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

本開發(fā)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種適合模擬激流勇進(jìn)的具有7自由度體驗(yàn)平臺(tái)的仿真式體驗(yàn)影院，其設(shè)計(jì)要求如下：

1）模擬的場景為新西蘭激流勇進(jìn)的場景：游艇在峽谷漂流的場景。

2）體驗(yàn)平臺(tái)為快速360°旋轉(zhuǎn)的7自由度平臺(tái)：能夠?qū)崿F(xiàn)前后、左右、上下、搖擺、翻滾、偏航及360°旋轉(zhuǎn)。

3）環(huán)境特效系統(tǒng)，能根據(jù)影片情節(jié)實(shí)時(shí)模擬出風(fēng)、水、霧、閃電等特效及音效效果，以仿真出真實(shí)的環(huán)境。

4）本影院適合多人參與，參與人數(shù)4～16人。

5）影片采用3D影片。播放設(shè)備能夠播放3D影片。

6）安全保護(hù)要求：包括故障檢測、運(yùn)行檢測、電氣安全保護(hù)和緊急停止功能。

7）兼容性：兼容4D影院、XD影院和過山車影院。

2.2 體驗(yàn)式影院的架構(gòu)及組成

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，我們按照三特的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。如下圖1為體驗(yàn)式影院的框架圖，主要由特種場所（影院建筑部分及環(huán)境搭建）、特種設(shè)備（七自由度體驗(yàn)平臺(tái)、影片播放系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、特效系統(tǒng)等）、特種影片組成。

2.2.1 特種場所

首先影院需要一個(gè)播放及運(yùn)營的場所，該場所跟普通的影院不同。其建筑內(nèi)部分隔成2個(gè)空間，一個(gè)為進(jìn)場通道，另一個(gè)為觀影間。觀影間內(nèi)部可以根據(jù)影片具體要表現(xiàn)的內(nèi)容而裝飾模擬成不同的場景，觀影間內(nèi)置有360°旋轉(zhuǎn)的七自由度平臺(tái)，觀影間內(nèi)位于七自由度平臺(tái)的前方設(shè)有屏幕，觀影間設(shè)有影片播放系統(tǒng)，觀影間內(nèi)還配置不同的音響系統(tǒng)，觀眾通過進(jìn)場通道的機(jī)構(gòu)進(jìn)入到體驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)情景觀影間內(nèi)的不同空間內(nèi)設(shè)有特效設(shè)備，七自由度平臺(tái)、影片播放系統(tǒng)、特效系統(tǒng)的控制部分放置在設(shè)備間內(nèi)。

2.2.2 特種設(shè)備

1）7自由度體驗(yàn)平臺(tái)。七自由度體驗(yàn)平臺(tái)由七自由度平臺(tái)和座艙組成。其中的七自由度平臺(tái)是在六自由度平臺(tái)的上面增加了一個(gè)360°旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)，如圖2所示。該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)而相對(duì)六自由度平臺(tái)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)平面與六自由度平臺(tái)的上平臺(tái)平行，這樣該七自由度平臺(tái)不僅具有傳統(tǒng)六自由度平臺(tái)在前后、左右、上下、搖擺、翻滾、偏航進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的自由度，還增加一個(gè)≥360°快速旋轉(zhuǎn)的自由度，故該平臺(tái)結(jié)構(gòu)適合逼真模擬如激流勇進(jìn)等需要旋轉(zhuǎn)的多種驚險(xiǎn)刺激的電影場景。座艙為觀眾參與體驗(yàn)的場所，其固定在七自由度平臺(tái)之上，座艙內(nèi)安裝有16把專用座椅，座椅設(shè)有安全帶及扶手。

平臺(tái)控制系統(tǒng)由伺服運(yùn)動(dòng)控制器、信號(hào)調(diào)理單元、控制計(jì)算機(jī)及控制軟件組成。伺服運(yùn)動(dòng)控制器和信號(hào)調(diào)理單元安裝在控制柜中，是七自由度平臺(tái)控制系統(tǒng)的核心，它是一種高性能閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

2）3D影片播放系統(tǒng)。采用被動(dòng)立體播放方式。影片播放系統(tǒng)可兼容播放2D、3D和4D影片。播放系統(tǒng)包括播放計(jì)算機(jī)、投影機(jī)、偏振系統(tǒng)、金屬銀幕、眼鏡。金屬銀幕采用增益≥2.4的金屬銀幕。

3）音響系統(tǒng)。包括位于屏幕左右兩側(cè)上部的2個(gè)主音箱、位于屏幕頂部中間位置的中置音箱、位于屏幕底部中間位置的低音音箱，及位于隔墻后側(cè)左右上部的環(huán)繞音箱。該音箱布局方式使得影院5.1音響效果極佳，現(xiàn)場感極強(qiáng)。

4）特效系統(tǒng)。特效系統(tǒng)由模擬風(fēng)、水、霧、閃電等特效設(shè)備以及特效控制柜組成。也可以根據(jù)影片及環(huán)境內(nèi)容增加或減少特效設(shè)備。

2.2.3 特種影片

采用了實(shí)拍加后期三維處理的制作方法，輸出為3D影片。

2.2.4 安全方面

1）平臺(tái)安全方面：平臺(tái)的安全保護(hù)要求包括故障檢測、運(yùn)行檢測、電氣安全保護(hù)和緊急停止功能。

故障檢測：平臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)主要部件進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)通過屏幕或聲音報(bào)警，經(jīng)處置后方可運(yùn)行。在平臺(tái)運(yùn)行中系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)檢測到故障時(shí)切入安全保護(hù)模式。

運(yùn)行檢測：平臺(tái)運(yùn)行平順、連續(xù)，無尖點(diǎn)、跳躍和非正常抖動(dòng)等現(xiàn)象，不會(huì)出現(xiàn)惡性沖擊。平臺(tái)在運(yùn)行過程中，可實(shí)時(shí)檢測電動(dòng)缸行程，對(duì)于行程極限、速度極限、加速度極限以及可能出現(xiàn)的不良沖擊實(shí)行限位和保護(hù)。

電氣安全保護(hù)：具有過載保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)和短路保護(hù)，若電源故障突然斷電時(shí)，伺服電機(jī)可自動(dòng)抱閘，使平臺(tái)保持現(xiàn)有姿態(tài)靜止，防止惡性沖擊?；謴?fù)供電重新啟動(dòng)后保證可正常工作。

緊急停止功能：平臺(tái)設(shè)置“緊急停止”功能，一旦實(shí)施緊急停止，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)即刻停止運(yùn)動(dòng)，保持現(xiàn)有姿態(tài)靜止

2）艙體安全：座椅設(shè)計(jì)有安全帶及扶手；艙體除船頭外其他三面裝有欄桿。

3）通道安全：登艙機(jī)構(gòu)的通道兩邊裝有欄桿扶手，且當(dāng)節(jié)目播放平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，登艙機(jī)構(gòu)升起，擋在入口上，防止平臺(tái)運(yùn)行時(shí)其他的人進(jìn)入觀影間，從機(jī)構(gòu)上起到安全防護(hù)作用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在公司里進(jìn)行了體驗(yàn)式影院的研制及實(shí)驗(yàn)。旋轉(zhuǎn)的7自由度平臺(tái)采用以下表1所示運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場場地的實(shí)際情況，場景采用了手繪的方式繪出峽谷兩岸的場景，投影幕采用了微弧幕，投影機(jī)采用了8 500流明的全高清可實(shí)現(xiàn)單機(jī)立體的投影機(jī)，采用被動(dòng)立體播放形式，偏振系統(tǒng)和眼鏡采用了圓偏；特效根據(jù)影片的特點(diǎn)添加了風(fēng)機(jī)、噴水霧、頻閃燈以及燈光特效；動(dòng)力伺服機(jī)構(gòu)采用了松下的伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器；運(yùn)動(dòng)控制器采用了一套專用的運(yùn)動(dòng)控制器；影片采用實(shí)拍國外激流勇進(jìn)的場景進(jìn)行后期處理而成。如圖3～6為不同姿態(tài)下的實(shí)拍照片。

從該影院開放以來，至今已有300人左右的客戶體驗(yàn)，從客戶反饋意見統(tǒng)計(jì)，98%以上的客戶反饋效果不錯(cuò)，達(dá)到了很好的效果，取得了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

經(jīng)過該影院的實(shí)驗(yàn)、實(shí)際體驗(yàn)效果及客戶的反饋情況，得出如下結(jié)論：

1）該仿真式體驗(yàn)影院為國內(nèi)外首創(chuàng)，為特種影視填增了一個(gè)新的成員。

2）本仿真式體驗(yàn)影院分隔成2個(gè)獨(dú)立空間，一個(gè)為專門的觀影間，一個(gè)為供觀眾出入的進(jìn)場通道，影院布局合理，很好地模擬了峽谷漂流的場景。

3）七自由平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)前后、左右、上下、搖擺、翻滾、偏航及360°旋轉(zhuǎn)，很好地模擬了游艇在峽谷中穿越的運(yùn)動(dòng)軌跡，滿足了體驗(yàn)式影院的要求，讓觀眾不僅有動(dòng)感的感覺，還直接體驗(yàn)到自己心跳加速、熱血沸騰的感受，達(dá)到了預(yù)想目的。

4）影院設(shè)有環(huán)境特效系統(tǒng)，能根據(jù)影片情節(jié)實(shí)時(shí)模擬出風(fēng)、水、霧、閃電等特效及音效效果，以仿真出真實(shí)的激流勇進(jìn)環(huán)境，具有很強(qiáng)的沉浸感及刺激感，讓觀眾如身臨其境。

5）該影院可以很容易地移入互動(dòng)射擊的內(nèi)容，可以很好的兼容XD影院、3D、4D、XD、過山車影院，做到一舉多得，一次投資，多重收益。

6）從市場反饋來看，該體驗(yàn)式影院具有很好的推廣意義及市場前景。

參考文獻(xiàn)

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