豐其云，嚴(yán)華鋒

（浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司（杭州）舞臺設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 315400）

演出效果呈現(xiàn)集控技術(shù)的邏輯協(xié)調(diào)

豐其云，嚴(yán)華鋒

（浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司（杭州）舞臺設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 315400）

介紹演出效果呈現(xiàn)集控技術(shù)的邏輯協(xié)調(diào)模式，并從理論層面探討該模式的規(guī)劃過程及細(xì)化模型，以求進(jìn)一步提高集控水平。

集控技術(shù)；邏輯協(xié)調(diào)；解析模型；關(guān)聯(lián)矩陣；效果呈現(xiàn)

1 系統(tǒng)特征概述

演出效果呈現(xiàn)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一是集控技術(shù)，而集控的主要宏觀對象是運(yùn)動效果呈現(xiàn)（其執(zhí)行端是機(jī)械設(shè)備運(yùn)動控制子系統(tǒng)）、視覺效果呈現(xiàn)（其執(zhí)行端是燈光控制子系統(tǒng)）、聽覺效果呈現(xiàn)（其執(zhí)行端是擴(kuò)聲及聲效控制子系統(tǒng)）等。

1.1 機(jī)械設(shè)備運(yùn)動控制子系統(tǒng)

機(jī)械設(shè)備運(yùn)動控制子系統(tǒng)由于其設(shè)備的多樣性及復(fù)雜性，至今沒有統(tǒng)一的控制模式，除了有大致的系統(tǒng)構(gòu)架之外，具體控制系統(tǒng)基本都是根據(jù)場館設(shè)備的具體配置變通設(shè)計(jì)的?！段枧_機(jī)械設(shè)備運(yùn)動分析》一文將常規(guī)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了歸納凝練，建立了上位機(jī)控制目標(biāo)的輸入條件，由此，智能控制的程序設(shè)計(jì)主要針對這些條件進(jìn)行。然而，文獻(xiàn)只是基礎(chǔ)性的運(yùn)動分析，并沒有細(xì)化到具體輸入條件，其具體輸入條件是要針對設(shè)備配置規(guī)格及數(shù)量將每種設(shè)備的運(yùn)動進(jìn)行表述，但這些具體表述都是以文獻(xiàn)提供的模型進(jìn)行。另外，文中提供的控制對象是抽象的，沒有具體到執(zhí)行目標(biāo)，因而也就難以提出具體的輸入條件，這正是階段性研究的局限性，一項(xiàng)系統(tǒng)工程的研究需要分階段持續(xù)地進(jìn)行。

一般情況下，運(yùn)動控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件是電機(jī)及其輔助元件，常規(guī)舞臺機(jī)械中一個(gè)維度的主運(yùn)動至少需要一臺電機(jī)。當(dāng)然，也有一臺電機(jī)驅(qū)動多個(gè)維度的結(jié)構(gòu)的情況，這種情況通過一定的聯(lián)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多維度運(yùn)動；也有一個(gè)維度的主運(yùn)動需要兩臺以上電機(jī)的情況，這種情況通常盡可能考慮機(jī)械同步，以免除復(fù)雜的同步控制。誠然，電機(jī)驅(qū)動方式要視具體情況而言，如接力驅(qū)動的設(shè)備需要多臺電機(jī)，還有其他情況不得不采用同步控制，盡管其成本高昂，須以保證安全與基本功能為準(zhǔn)。為了簡化表述，將一個(gè)維度的主運(yùn)動視為一臺電機(jī)，接力驅(qū)動的電機(jī)及多臺并聯(lián)驅(qū)動的電機(jī)同步控制自有系統(tǒng)內(nèi)部解決，這里只涉及與效果相關(guān)的概念驅(qū)動，代表其共性的控制對象特性。

如此，細(xì)化的控制對象執(zhí)行元件主要針對電機(jī)，通常稱為軸電機(jī)，控制一臺電機(jī)就是控制一根軸的運(yùn)動，故以軸電機(jī)表述。假設(shè)一個(gè)維度的運(yùn)動依靠一臺軸電機(jī)驅(qū)動，如圖1所示，則需要提供的參數(shù)包括：運(yùn)動效果需要的所有參數(shù)（速度、行程、載荷、停位等）；電機(jī)特性包括的所有參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等）；輔助元件包括的所有參數(shù)（制動器相關(guān)參數(shù)、編碼器相關(guān)參數(shù)、限位開關(guān)、極限開關(guān)、各種安全開關(guān)等）。以上這些都是機(jī)械設(shè)計(jì)與電控設(shè)計(jì)之間需要溝通及共同完成的設(shè)計(jì)工作，其內(nèi)容也包括在機(jī)械運(yùn)動控制子系統(tǒng)中，在現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，按總控系統(tǒng)要求的運(yùn)動效果呈現(xiàn)作進(jìn)一步的邏輯編排，以適應(yīng)總控的要求。

總控系統(tǒng)僅將一個(gè)維度的運(yùn)動執(zhí)行部件視為一個(gè)控制對象進(jìn)行調(diào)度，且按照子控系統(tǒng)提供的運(yùn)動序列控制觸發(fā)。

1.2 燈光控制子系統(tǒng)

目前，劇場獨(dú)立的燈光控制系統(tǒng)有比較完善的控制功能可供選擇，但是由于劇場形式的多樣化以及投資額度的不同，所選擇的控制設(shè)備也有所不同?？偪叵到y(tǒng)要求的燈光控制子系統(tǒng)應(yīng)至少有一臺電腦燈控制臺，或以電腦燈為主的綜合控制臺。細(xì)化的控制對象執(zhí)行元件理論上包括各種常規(guī)燈、電腦燈、LED燈、數(shù)字媒體燈等以及各種燈光的輔助設(shè)備，具體場館可根據(jù)規(guī)模及投資額度酌減其品種及數(shù)量配置。系統(tǒng)配置了可編程設(shè)計(jì)控制過程，并可調(diào)用再現(xiàn)執(zhí)行控制過程；備有網(wǎng)絡(luò)功能，可傳輸DMX 512協(xié)議通訊及以太網(wǎng)協(xié)議通訊。

燈光控制的作用效果是通過各類燈具的開關(guān)效應(yīng)、亮度色彩的變化、投射位置及角度的變化，圍繞戲劇主題來營造劇情所需要的空間、時(shí)間、時(shí)空的轉(zhuǎn)換，突出特定角色的視覺形象、烘托場景氣氛、調(diào)節(jié)情節(jié)節(jié)奏變化、渲染矛盾沖突等。如此一系列的控制過程都以場景的形式編排設(shè)定，總控系統(tǒng)僅將一個(gè)燈場景視為一個(gè)執(zhí)行對象進(jìn)行調(diào)度，且按照子控系統(tǒng)提供的場景序列觸發(fā)。

圖1 軸電機(jī)及其運(yùn)動控制輔助元件

1.3 擴(kuò)聲及聲效控制子系統(tǒng)

擴(kuò)聲及聲效控制子系統(tǒng)有不同的特征，雖然擴(kuò)聲及聲控都屬于聽覺效果呈現(xiàn)子系統(tǒng)，但其控制方式差別較大，需分別表述。

目前，劇場獨(dú)立的擴(kuò)聲控制系統(tǒng)都有比較完善的控制功能可供選擇，總控系統(tǒng)要求的擴(kuò)聲控制子系統(tǒng)應(yīng)具備現(xiàn)場擴(kuò)聲、舞臺監(jiān)聽、效果聲、演出監(jiān)控、音源播放以及公共廣播等功能。細(xì)化的控制對象執(zhí)行元件主要是主擴(kuò)揚(yáng)聲器、觀眾廳環(huán)繞效果揚(yáng)聲器、舞臺揚(yáng)聲器、主持傳聲器、演唱傳聲器、樂隊(duì)傳聲器以及音源播放器等。以前置放大器為主體的專業(yè)電聲系統(tǒng)，接受多路不同阻抗、不同電平的各種音源信號，對信號進(jìn)行均衡、效果、混合、分配、編組、聲像定位調(diào)整等處理，保證最佳信噪比、高質(zhì)量、高效率的聲音信號傳輸。

擴(kuò)聲控制的作用是將舞臺上的人聲、樂器聲和效果聲等，通過放大以及藝術(shù)加工處理后傳送給聽眾，讓聽眾感受到足夠的響度、清晰度和優(yōu)良的音質(zhì)，加之聲像定位功能，并結(jié)合劇情，可產(chǎn)生更高的藝術(shù)效果。同時(shí)，擴(kuò)聲控制系統(tǒng)還應(yīng)具備良好的外圍設(shè)備通訊接口，配置多選擇音源播放設(shè)備，以增加背景音樂的優(yōu)化效果。如此一系列的控制過程都以場景的形式編排設(shè)定，總控系統(tǒng)僅將一個(gè)聲場景視為一個(gè)執(zhí)行對象進(jìn)行調(diào)度，且按照子控系統(tǒng)提供的場景序列觸發(fā)。

一般情況下，在劇場工藝設(shè)計(jì)階段已經(jīng)按照建筑聲效設(shè)計(jì)的要求確定其聲場聲效，并落實(shí)到建筑結(jié)構(gòu)以及裝修中，故演出中除上述的電聲控制外，再無所謂聲效控制。然而，有些場館為了追求不同演出劇種的最佳效果，設(shè)計(jì)了通過改變劇場部分結(jié)構(gòu)從而改變聲效的裝備。這些裝備大多是通過機(jī)械設(shè)備運(yùn)動來變換，雖然屬于聽覺效果子系統(tǒng)，但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)卻是歸類于機(jī)械設(shè)備控制，因此，需要聲控系統(tǒng)來確定變換方案，由機(jī)械控制來執(zhí)行。目前，這些動作僅限于演出前的準(zhǔn)備階段，很少在演出過程實(shí)施變換，故本系統(tǒng)暫不列入自動控制，但系統(tǒng)有擴(kuò)展該功能的可能，在此不做贅述。

上述各項(xiàng)子系統(tǒng)與總控臺的信號傳輸執(zhí)行本課題開發(fā)的以太網(wǎng)為主的專用協(xié)議（WTDT001-A集成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議）。

2 子項(xiàng)解析模型

舞臺編輯將演出節(jié)目按時(shí)間順序進(jìn)行排序，并將參與演出的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)提取給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)的演出時(shí)間數(shù)據(jù)處理模塊接收，并進(jìn)行集成分析，生成控制系統(tǒng)執(zhí)行單元能夠識別的指令序列。

《國家科技支撐項(xiàng)目實(shí)施的組織管理》一文中界定了各子項(xiàng)的控制范圍，確立了子項(xiàng)解析的基本構(gòu)架，但沒有細(xì)化子項(xiàng)解析模型。解析子項(xiàng)的關(guān)鍵步驟是建立統(tǒng)一的時(shí)間軸坐標(biāo)，將各個(gè)子項(xiàng)都納入惟一的時(shí)間軸坐標(biāo)中。時(shí)間軸坐標(biāo)的響應(yīng)源是演出劇目，由于整場演出中的間歇時(shí)間難以控制準(zhǔn)確，所以時(shí)間軸的單元宜以節(jié)目劃分，在一個(gè)節(jié)目中設(shè)定起始時(shí)間為0，則機(jī)械運(yùn)動控制序列、燈光變換控制場景、擴(kuò)聲調(diào)節(jié)控制場景均在統(tǒng)一的時(shí)間軸上設(shè)定。

各子項(xiàng)在時(shí)間軸坐標(biāo)上建立控制對象序列坐標(biāo)和控制參量序列坐標(biāo)。時(shí)間軸坐標(biāo)的精度至少應(yīng)該做到毫秒級，控制對象序列按次序縱向依次排列，應(yīng)將所有受控對象都納入該序列，同時(shí)，縱坐標(biāo)又作為控制參量序列坐標(biāo)。對機(jī)械運(yùn)動來說，解析模型就是隨時(shí)間變化的運(yùn)動圖線；對燈光、擴(kuò)聲系統(tǒng)來說，解析模型就是隨時(shí)間變化的控制狀態(tài)（通、斷或過渡調(diào)節(jié)）。

既然時(shí)間軸坐標(biāo)的響應(yīng)源是演出劇目與演出場景序列，要說明解析子項(xiàng)模型的建立，就需要一套在控制對象序列里可以調(diào)動任意對象、在額定范圍里可以修改任意運(yùn)動參量的設(shè)備表演劇目。本文案例設(shè)定一個(gè)設(shè)備表演節(jié)目，時(shí)長約16 min（通常一個(gè)節(jié)目的時(shí)長約在4 min～16 min之間）。

2.1 舞臺機(jī)械運(yùn)動控制節(jié)點(diǎn)解析模型

設(shè)備表演節(jié)目的舞臺機(jī)械運(yùn)動控制節(jié)點(diǎn)解析模型如圖2所示。圖2中，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，總時(shí)長為16 min，臺上機(jī)械的序列觸發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以Qai（i=0，01，02……)表示，臺下機(jī)械的序列觸發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以Qbi（i同前）表示?？v坐標(biāo)為設(shè)備運(yùn)動行程示意（無比例），同時(shí)也表示所用設(shè)備序列，從下往上依次排列。坐標(biāo)圖中的線條為設(shè)備運(yùn)動圖線，表示了各個(gè)設(shè)備在相應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的序列運(yùn)動觸發(fā)點(diǎn)，而運(yùn)動終止點(diǎn)及運(yùn)動過程的變速、調(diào)節(jié)等則由子系統(tǒng)自動控制，這里只顯示序列開始的觸發(fā)點(diǎn)，設(shè)為Q節(jié)點(diǎn)，各個(gè)Q節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的時(shí)間一一對應(yīng)， Qi與Qi+1之間的時(shí)長各自不同。部分觸發(fā)點(diǎn)的運(yùn)動過程如下：

（1）Qa01觸發(fā)——大幕升起、燈桿機(jī)mx下降、天幕桿機(jī)下降；

（2）Qa02觸發(fā)——大幕下降、吊桿機(jī)nu下降；

（3）Qa03觸發(fā)——大幕打開、吊桿機(jī)nz下降；

（4）Qa04～Qa06分別觸發(fā)，吊桿機(jī)ny、nx、nn依次下降；

（5）Qa07觸發(fā)——吊桿機(jī)nn、nx、ny、nz、nu同時(shí)上升、單點(diǎn)吊機(jī)dx下降；

（6）Qb02觸發(fā)——側(cè)輔助臺2下降；

（7）Qb03觸發(fā)——主升降臺2下降（至側(cè)車臺位置）、側(cè)車臺2側(cè)行（直至主升降臺臺面）；

（8）Qb04觸發(fā)——主升降臺2再下降（至下限位置）、側(cè)輔助臺2上升、側(cè)補(bǔ)平臺2上升；

（9）Qb05觸發(fā)——主升降臺2上升（直至上限位置）；

（10）Qb06觸發(fā)——主升降臺下降（至側(cè)車臺位置），側(cè)輔助臺2下降；

（11）Qb07觸發(fā)——側(cè)車臺2返回、側(cè)補(bǔ)平臺2下降；

（12）Qb08觸發(fā)——主升降臺2上升（至舞臺面位置）、側(cè)輔助臺2上升。

圖2 舞臺機(jī)械運(yùn)動控制節(jié)點(diǎn)解析模型

圖3 視覺、聽覺效果控制節(jié)點(diǎn)解析模型

2.2 舞臺機(jī)械運(yùn)動控制節(jié)點(diǎn)解析模型

設(shè)備表演節(jié)目的視覺、聽覺效果控制節(jié)點(diǎn)解析模型如圖3所示。

圖3與圖2的橫坐標(biāo)時(shí)間軸一致，燈光場景觸發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以Qci（i同前）表示，擴(kuò)聲場景觸發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以Qdi（i同前）表示?？v坐標(biāo)為所用設(shè)備序列，從下往上依次排列。圖中為設(shè)備場景觸發(fā)狀態(tài)圖線，表示了各個(gè)設(shè)備在相應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的場景觸發(fā)點(diǎn)，而觸發(fā)后的調(diào)節(jié)、過渡等則由子系統(tǒng)自動控制，這里只顯示序列開始與終止的觸發(fā)點(diǎn)，設(shè)為Q節(jié)點(diǎn)，各個(gè)Q節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的時(shí)間一一對應(yīng)，Qi與Qi+1之間的時(shí)長根據(jù)需要各不相同。部分觸發(fā)點(diǎn)的運(yùn)動過程如下：

（1）Qc01觸發(fā)——一道面光、二道面光、二層耳光、一道頂光、天幕光均打開；

（2）Qc02觸發(fā)——二道面光、二層耳光關(guān)閉，一層耳光、一道逆光打開；

（3）Qc03觸發(fā)——二道頂光打開；

（4）Qd01觸發(fā)——音源播放、主持傳聲器、樂隊(duì)傳聲器、主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器、舞臺揚(yáng)聲器、觀眾廳環(huán)繞揚(yáng)聲器均打開；

（5）Qd02觸發(fā)——音源播放關(guān)閉、主持傳聲器關(guān)閉，樂隊(duì)傳聲器打開；

（6）Qd03觸發(fā)——音源播放、演唱傳聲器均打開。

機(jī)械、燈光、擴(kuò)聲等子系統(tǒng)按照統(tǒng)一的節(jié)目時(shí)間段區(qū)間編排好各自的Q序列，分別將該序列發(fā)往總控系統(tǒng)。各子系統(tǒng)的Q時(shí)間節(jié)點(diǎn)有可能相重，也有可能不相重，相重的就是同時(shí)動作節(jié)點(diǎn)。本案例為了簡化表述，絕大數(shù)設(shè)為相重，只有少量不相重，實(shí)際則不然。

3 集成邏輯協(xié)調(diào)

總控系統(tǒng)收到各子系統(tǒng)的Q序列表之后，要進(jìn)行識別、分析，然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，按照時(shí)間順序即

Qi∈(Qai∪Qbi∪Qci∪Qdi)

則Qi∈Qai且Qi∈Qbi且Qi∈Qci且Qi∈Qdi

（公式1）

如此，時(shí)間坐標(biāo)軸將相重和不相重的時(shí)間節(jié)點(diǎn)都重新進(jìn)行了大排序，并將圖2與圖3的縱坐標(biāo)統(tǒng)一取最大值，將各子系統(tǒng)的觸發(fā)系列分別寫成關(guān)聯(lián)矩陣如下：（公式2）

關(guān)聯(lián)矩陣中，列為時(shí)間序列，即大排序后的Qi；行為設(shè)備序列，仍按圖2、圖3的次序從下往上排列。A為臺上機(jī)械運(yùn)動關(guān)聯(lián)矩陣；B為臺下機(jī)械運(yùn)動關(guān)聯(lián)矩陣；C為燈光控制關(guān)聯(lián)矩陣；D為擴(kuò)聲控制關(guān)聯(lián)矩陣。然后進(jìn)行矩陣相加運(yùn)算，得

A+B+C+D=Z （公式3）（公式4）

Z為總控臺集成后的場景觸發(fā)關(guān)聯(lián)矩陣，其中，列為一個(gè)節(jié)目的全部時(shí)間場景節(jié)點(diǎn)序列，同一Q點(diǎn)上凡有觸發(fā)信號的不同設(shè)備都同時(shí)觸發(fā)?？偪叵到y(tǒng)按照矩陣Z的控制節(jié)點(diǎn)生成可執(zhí)行的指令序列，在演出的過程中，總控臺可根據(jù)演出的進(jìn)度在設(shè)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)向各個(gè)控制系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)的指令。如演出要求中需要對時(shí)間序列改動，通過人工干預(yù)等方式對時(shí)間序列進(jìn)行重新編排。

另外，為了防止指令數(shù)據(jù)出錯(cuò)而造成的運(yùn)動設(shè)備錯(cuò)誤動作，演出時(shí)間數(shù)據(jù)處理模塊還增加了數(shù)據(jù)容錯(cuò)處理模塊，其容錯(cuò)處理方法是：執(zhí)行單元接收到指令數(shù)據(jù)，如有錯(cuò)誤即時(shí)產(chǎn)生反饋信號，并發(fā)送到演出時(shí)間數(shù)據(jù)處理模塊，演出時(shí)間數(shù)據(jù)處理模塊收到反饋信息之后，在一個(gè)掃描周期（100 ms）之內(nèi)把出錯(cuò)的數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)，保證運(yùn)動設(shè)備的及時(shí)運(yùn)行。數(shù)據(jù)至指令傳輸途徑如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)-指令傳輸途徑

4 小結(jié)

綜上，通過系統(tǒng)特征分析，建立子項(xiàng)解析模型，直到集成邏輯協(xié)調(diào)。逐步形成了演出效果呈現(xiàn)集控技術(shù)的邏輯協(xié)調(diào)模式，從宏觀及理論的層面探討了這種模式的規(guī)劃過程及細(xì)化模型，可完整地達(dá)到進(jìn)一步提高集控水平的目標(biāo)。

注：本文得到國家科技支撐計(jì)劃“演出效果呈現(xiàn)關(guān)鍵支撐技術(shù)研究與應(yīng)用示范”項(xiàng)目，“舞臺效果裝備控制集成系統(tǒng)”課題（課題編號：2012BAH38F01）的資助。

參加本文內(nèi)容研究的有：魏發(fā)孔、謝海歧、田海弘、孫濤、盛敏、黃學(xué)通、劉榛、吳立鋒、張磊、蔣松波等。

［1］刁在筠，劉桂珍，宿潔，馬建華. 運(yùn)籌學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2007（第三版）.

［2］姜啟源，謝金星，葉俊，等. 數(shù)學(xué)模型[M]. 北京：高等教育出版社，2003（第三版）.

［3］豐其云，嚴(yán)華鋒. 舞臺機(jī)械設(shè)備運(yùn)動分析[J]. 演藝科技，2014（8）.

［4］豐其云. 國家科技支撐項(xiàng)目實(shí)施的組織管理[J]. 演藝科技，2014（9）.

［5］孫煥純. 運(yùn)籌學(xué)中若干線性目標(biāo)規(guī)劃和線性規(guī)劃的人工智能—代數(shù)法[J]. 運(yùn)籌學(xué)學(xué)報(bào)，2010（12）.

［6］Rardin R.L. Optimization in operations research[M]. New York Printice Hall，1998.

（編輯 薛云霞）

The Logical Coordinate of Centralized Control Technology about Performance Effects Presentation

FENG Qi-yun, YAN Hua-feng
(Zhejiang Dafeng Industrial Co., Ltd.(Hangzhou) Stage Design Institute, Hangzhou Zhejiang 315400, China)

This article describes the logical coordinate mode of performance effects presentation, and discusses the planning process and detailed model of the model from the theoretical level, in order to improve the level of centralized control further.

centralized control technology; logical coordination; analytical model; incidence matrix; effects presentation

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.02.008