韓甫來

本項目是滅火器自動化生產(chǎn)線幻影成像演示系統(tǒng)，用微控制器進行編程控制；運用四聯(lián)屏技術，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實現(xiàn)播放同步；用幻影成像技術、四聯(lián)屏顯像技術實現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機結合；運用紅外遙控對視頻服務器、電動模型、燈光控制進行智能管理，使視頻系統(tǒng)、電動系統(tǒng)、光學系統(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)有機結合，便于控制。為參觀學習者創(chuàng)造了一個清潔安全的展示環(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、危險的生產(chǎn)環(huán)境，達到良好的交流學習目的，我們決定利用幻影成像技術向參觀者展示滅火器自動化生產(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)過考察與實驗，由于場地及投影儀造價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，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實現(xiàn)播放音頻視頻的同步，用幻影成像技術、四聯(lián)屏顯像技術實現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機結合。

研究過程

實地調(diào)研

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

制訂設計方案

設計規(guī)劃演示設備模型的尺寸、設計圖，挑選制作材料。經(jīng)過幾項實驗確定最終方案，項目結構如圖1所示。

項目分工

項目分工包括3D動畫設計、語音動作同步模塊設計、布景箱設計、模型制作（3D打?。?，以及編程、聲控、光控、視頻傳輸系統(tǒng)等。

動畫制作流程

設計短片中人物、場景的定位，編寫劇本，確定短片風格。

在原稿上畫出滅火器生產(chǎn)線動畫故事情節(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，調(diào)動畫，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)線流程操作工及機械設備的動畫每段各不相同，需要逐個單獨完成后再整合，為了使其連貫和流暢，必須找切入點反復調(diào)試，最后還要和實景相結合再調(diào)試。比如，在做沖床操作工的動畫時，工人座椅高低、手臂伸出的長度與沖床模型的比例關系需要合理協(xié)調(diào)一致（圖2）。

模型制作

3D模型通過3D打印機完成，用Sketchup設計3D模型后載入Repetier-Host打印平臺，設置模型尺寸與打印所需參數(shù)，然后打印出模型構件。打印步驟如下：選擇提前設計好的3D模型載入Repetier-Host，設置機器連接端子、通訊端口、波特率、傳輸協(xié)議、連接復位、緊急復位及接收緩存大?。粩D出頭水平移動速度4800mm/min，手動擠出速度20mm/s，手動回退速度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模型組合，在設計時就要考慮它們之間的尺寸大小比例協(xié)調(diào)，以及怎樣結合等問題。銜接處必須提前設計預留銜接口，必須做到準確無誤，這樣才能不影響模型設備的運行與美觀。兩個模型之間如果不需要驅動，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，個別地方采取加裝螺絲加強固定。

項目貢獻及創(chuàng)新點

用微控制器進行編程控制，使燈光效果與視頻服務器同步，展示效果得到了強化。

運用四聯(lián)屏技術，并且專門開發(fā)了四聯(lián)屏播放軟件實現(xiàn)播放同步。

用幻影成像技術、四聯(lián)屏顯像技術實現(xiàn)了角色與生產(chǎn)線的有機結合。

幻影成像采用納米級感光涂層玻璃，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。

運用紅外遙控對視頻服務器、電動模型、燈光控制進行智能管理，使視頻系統(tǒng)、電動系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有機結合，便于控制。

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

專家評語

該項目利用幻影成像技術為學習者創(chuàng)造了一個清潔安全的演示環(huán)境。項目原理科學、概念清晰、構思巧妙、設計合理，作品教育性強。項目選題新穎，具有實質(zhì)性創(chuàng)新，對傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有示范推廣價值。希望該項目在教學應用方面作出改進和提升。