王紅州 占曉煌 鄒曉暉 陳潤六

改革開放40多年來，我國取得了舉世矚目的成就，國民生產(chǎn)總值保持強(qiáng)勁增長的態(tài)勢，人民的物質(zhì)生活水平得到極大的提高。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，文化娛樂產(chǎn)業(yè)也在不斷地進(jìn)行探索，且在形式和內(nèi)容方面都融入了新的創(chuàng)意和高科技。電影作為一種文化傳播的載體，受到人們的青睞，特別是新興的動感電影。動感電影也叫4D電影，它在3D電影的基礎(chǔ)上增加了可隨電影情節(jié)運(yùn)動的座椅，與傳統(tǒng)電影的不同之處在于，觀眾可以跟著劇情“動”起來。如果說傳統(tǒng)電影是“視”“聽”結(jié)合的藝術(shù)，那么動感電影還要加一個“動”的藝術(shù)。它能讓人坐在一個特殊的平臺上，跟隨著劇情動起來，通過升降、平移、俯沖等運(yùn)動，讓觀眾真正投入地觀賞影片，身臨其境地體驗海底探險、太空旅行或陸上疾馳等帶來的驚心動魄。4D電影憑借其獨特而有魅力的演繹形式獲得了大量觀影者的喜愛，因此在國內(nèi)快速走紅。

動感電影所運(yùn)用的主要技術(shù)亮點是能跟隨劇情而移動的運(yùn)動平臺或運(yùn)動座椅，借助液壓傳動或其他傳動形式，使平臺或椅子移動，常見的動感座椅有三個或六個自由度。所謂三自由度動感座椅是指載體可做升降、俯仰、擺動三種運(yùn)動，而六自由度動感座椅是指載體除了做升降、擺動這三種運(yùn)動外，還增加了前后、左右和轉(zhuǎn)向三種運(yùn)動，總共六種運(yùn)動方式。平臺式動感座椅一般采用六自由度運(yùn)動方式，可加裝6～30人的座椅，運(yùn)動驅(qū)動和控制系統(tǒng)僅用一套，人均制造費用更低。但在同一平臺上，由于中間位置的運(yùn)動幅度小，邊緣位置的運(yùn)動幅度大，座位不同的人，感受到的感官刺激不同。座椅式動感電影一般采用三自由度運(yùn)動方式，一張座椅可乘坐2或4人。動感影院的大小由安裝座椅的多少而定，組裝方便，動感效果好。可是由于每套座椅都有各自的運(yùn)動驅(qū)動和控制系統(tǒng)，所以制造成本較高。

六自由度動感座椅與三自由度動感座椅相比有更強(qiáng)的模擬能力。但是，影院座椅需求數(shù)量較多，平臺式動感座椅難以在這樣的影廳中安裝。目前院線級別的4D影廳只能安裝三自由度動感座椅，而且大多是四位一體的動感座椅。

市面上動感影院的三自由度動感座椅將3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由3條可伸縮的主動支鏈與動平臺組成，主動支鏈一端通過轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過球鉸與動平臺連接，動平臺上可安裝2個或4個座位，3條主動支鏈的伸縮運(yùn)動帶動動平臺實現(xiàn)“一平兩轉(zhuǎn)”的空間三自由度運(yùn)動。六自由度動感平臺采用的是6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由6條可伸縮的主動支鏈與動平臺組成，主動支鏈兩端通過球鉸與機(jī)架、動平臺聯(lián)接，動平臺上可安裝6～30個座椅，6條主動支鏈的伸縮運(yùn)動帶動動平臺實現(xiàn)“三平三轉(zhuǎn)”的空間六自由度運(yùn)動。

在六自由度動感平臺上安裝座椅的成本較低，但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，每個影廳只能安裝一套設(shè)備，因此，這類設(shè)備只適合在規(guī)模較小的動感影院中應(yīng)用。三自由度動感座椅可以不受結(jié)構(gòu)限制，能在一個影廳中布置多套設(shè)備，理論上根據(jù)需求，能布置任意數(shù)量的設(shè)備，但實際上，設(shè)備數(shù)量過多會造成計算機(jī)控制困難，使座椅運(yùn)動的同步性變差。

隨著動感電影技術(shù)的發(fā)展，目前，動感影院對影廳的規(guī)模有了更大的需求，而市場上現(xiàn)有的設(shè)備已很難滿足這一需求。以一個布置了300個座椅的影廳為例，六自由度的動感平臺不能安裝如此多的座椅，所以必須采用三自由度的動感座椅，每安裝2個動感座椅，需要150套設(shè)備，每個設(shè)備需要控制3條主動支鏈，也就是說，一臺計算機(jī)要同時控制450條主動支鏈，這就造成了控制難度的大幅增加。因此，技術(shù)上的困難，加上高昂的成本，嚴(yán)重影響了動感座椅的擴(kuò)張與普及。同時，由于聯(lián)排座椅在轉(zhuǎn)動過程中不同位置的運(yùn)動幅度不同，造成每個觀影者的體感不同。實際上，不同座位上的觀眾看到的影片內(nèi)容是相同的，所以每個座椅的運(yùn)動應(yīng)該也要同步。

本文介紹了一種新型動感座椅設(shè)備，該設(shè)備可實現(xiàn)一套運(yùn)動輸入、多套運(yùn)動輸出的功能，一套設(shè)備可以不限制座位數(shù)目，實現(xiàn)了一個影廳只需布置一套設(shè)備就能滿足所需的愿望。這樣可以大大降低設(shè)備的成本和控制難度。該設(shè)備座椅安裝在無驅(qū)動的3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺上，其運(yùn)動性能與市場上的動感座椅完全相同。該設(shè)備動力源為一套三平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，因此，整套設(shè)備只有3條主動支鏈。以設(shè)有200個座椅的影廳為例，計算機(jī)只需控制3條主動支鏈就可以讓200個座椅實現(xiàn)三自由度同步運(yùn)動。目前該項技術(shù)已獲得兩項國家專利，名稱分別為三平動輸入多重3-RPS機(jī)構(gòu)輸出的4D特效座椅和三平動輸入多重3-PRS機(jī)構(gòu)輸出的4D特效座椅。

（作者單位：江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院）