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基于多媒体技术的电子沙盘控制系统的设计

————以敬亭山电子沙盘灯光控制系统为例

2018-08-06

沙盘模式是展览展示中常用的展现方式,根据某一区域(已规划或待规划),按照设计图纸(照片、地图等),以一定比例,制作包括建筑、景观、道路交通、水系等元素,给人以直观、形象、全方位的感受。传统的沙盘只是利用模型进行建筑或题材的表现,并不具有交互功能。伴随计算机技术的发展,在传统沙盘的基础上,融入多媒体互动控制、声光电、投影、动力等系统的多媒体电子沙盘系统,更加的生动、形象,更能有效地实现介绍推广的目的,被越来越广泛的应用,并取代了传统沙盘的展示方式。本文以敬亭山电子沙盘的灯光控制系统为例,介绍基于多媒体技术的电子沙盘控制系统的设计方案。


1. 系统介绍

根据敬亭山文化旅游度假区管理方的要求,需要制作敬亭山电子沙盘,以提升敬亭山景区形象。要求以三维动画的形式,全面展现敬亭旅游区的历史、文脉、自然环境、规划结构及敬亭山“江南诗山”的风光,让游客更加直观地感受敬亭山的魅力,体验“相看两不厌,只有敬亭山”的敬亭霁色。


1.1 控制原理


在制作物理模型沙盘时,按照敬亭文化旅游度假区的规划结构、规划范围、交通道路、水系水网、重点游览项目等,设定若干灯光线路,每一路灯光都在实物模型沙盘和计算机控制端设有灯光控制按钮,控制灯光的开关。在计算机控制端即一台触摸屏一体机,点击相关线路,输出控制指令,由连接其的灯光控制器采集处理控制指令,控制相应线路灯光的开关,其控制流程下图所示:


1.2 系统组成


1、硬件系统


(1)触摸屏一体机(多媒体计算机)

用以运行多媒体展示软件及控制程序,向沙盘模型灯光等设备提供控制信息,并向大屏幕显示屏、音响等多媒体设备输出信息。用户只需用手指在触摸屏一体机屏幕上触摸相应的按钮图标,即可以自动播放动画内容或控制相应灯光线路的开关。

(2)灯光控制器

灯光控制器包含逻辑控制器和继电器输出驱动板。 逻辑控制器与触摸屏一体机连接,经过电子线路逻辑转换,输出控制信号。一个控制器一般最大可以控制24路数字线路,根据控制信号的数量,可以多个组合,根据计算机性能,最大不超过480路数字开关。根据敬亭山文化旅游度假区的实际,采用一个控制器24路数字线路。继电器输出驱动板是为提高系统可靠性,逻辑控制器输出的数字开关信号经由断电器设备隔离放大后,转换成电气开关直接控制模型灯光亮灭。

(3)大屏幕显示设备

根据敬亭山展厅的设计要求,单一的触摸屏一体机的显示屏幕无法满足要求,为使更多的人能够看到动画介绍,特采用适于大空间的大屏幕显示设备,用16块42' LED显示屏以4X4的矩阵形式拼接成一大屏幕显示背景墙,将触摸屏一体机中输出的影像、图像等信息更加清晰地展现给参观者。

(4)模型沙盘

模型沙盘制作中,除了制作物理沙盘所需的材料,为了达到生动的展示效果,融入灯光、动作(如流动、闪烁的灯光)技术。灯光材料有许多种,有发光二极管(LED)、发光线、发光片(EL)、微型低压灯泡等,本例中主要应用LED和发光线为主要材料。


2、软件控制系统


(1)多媒体展示软件

采用AE、AU、PR、FLASH、3DMAX等影视三维、平面创作软件制作。 敬亭山电子沙盘的灯光控制系统主要由多媒体演示系统、灯光控制系统组成。

多媒体演示系统有两种演示状态:

自动演示:自动播放三维动画,系统性展示和介绍敬亭山文化旅游度假区内容。当讲解到某一相关线路内容时,该线路灯光亮起,其余灯光灭掉。例如:讲到道路系统时 ,除道路系统这一线路灯光亮起外,其余线路灯光灭掉。

手动单独控制:将整个系统的全部灯光路数的名称单独制作一个控制界面,在需要的时候能过手动控制该线路灯光。控制界面设计如下:

灯光控制系统:由计算机与定制的控制器(控制箱)组成,通过程序与多媒体演示系统的结合,同步控制模型上灯光的亮灭、闪烁和流动。

(2)逻辑驱动控制软件

即灯光控制器的驱动程序,安装在一体机中,对多媒体控制软件提供调用接口,对灯光控制器输出控制信号,多媒体程序只需指定路数和状态妈可控制外部灯光的开关,使用方便。


2.具体实现


2.1 沙盘模型制作


沙盘模型由模型制作公司参与制作,其主要制作步骤为:

(1)根据提供的图纸(平面图、立面图、效果图等),确定好比例尺寸,定好大小,制定模型制作方案

(2)根据确定的尺寸,制作沙盘底盘(底座)

(3)PVC板拼接平面,利用激光雕刻机刻画出平面布局,如道路与水系走向、建筑布局等,并根据要求,喷涂或喷洒相应色彩的颜料和材料。

(4)制作模型部件,如果建筑、树木、山体等。需要雕刻的,如墙面花纹、栏杆、窗等,发送至雕刻机在PVC板上雕刻。

(5)将制作好的模型,根据布局要求,利用粘合剂,粘合至沙盘平面上。

(6)植物景观及小品配件的组装配置

(7)灯光系统的布置及走线布局。

(8)调整检查,最终组装成型。

在这一制作过程中,主要是注重灯光及电路的布设,水面效果的制作。

灯光方面,本沙盘制作模型采用光电配置,不同风格的路灯、彩灯,泛光照明等交相照映,通过光影变幻达到静态美与动态美相结合。建筑内可配不同亮度活不同颜色的灯光,建筑不同功能分区通过灯光的区分使人一目了然;绿色丛中、花池中埋置高亮度彩色地灯;选择主干道,道路两侧设置亮的路灯。

水面制作方面,表面采用入口单面水纹有机玻璃,泛光照明(埋设在灯光滚筒的地盘底下)透过蓝色水面玻璃,形成动态灯光,造成水流效果。


2.2 多媒体设计及程序设计制作


根据要求,多媒体自动播放部分主要采用三维虚拟动画形式进行展现,受于条件限制,三维动画部分,由三维动画制作公司参与制作,多媒体的主要制作步骤为:

(1)前期沟通与资料收集:主要是与三维动画公司的沟通,确定制作的动画风格,项目的情况等。提供平面图、效果图、立面图等文字图像资料。

(2)确定制作内容:根据多方沟通,确定解说词,根据解说词,写出多媒体的制作脚本、需要制作的动画镜头、平面效果动画等内容。

(3)确定多媒体制作脚本,依据脚本,制作各个分镜头,并最终修改确定。

(4)剪辑合成及配音配乐:将制作好的分镜头,通过剪辑合成软件,并配上解说旁白、背景音乐、音效,合成一个完整版本。

(5)修改调整:根据完整版本,综合多方面意见,进行修改调整,并最终定稿。

(6)程序设计:依据控制要求,设计好控制程序,并将制作好的多媒体视频植入,加入灯光控制代码,并打包形成一个控制软件。

(7)现场调试修改:将整个控制软件程序,接入沙盘灯光线路,连接灯光控制器,调试并解决出现的问题,直至各方面调试完美为止。


3.结语

敬亭山文化旅游度假区电子沙盘灯光控制系统,通过三维多媒体动画,在传统物理沙盘的基础上,实现虚拟与现实的有效结合,使游客更加直观、系统地了解整个敬亭山的风貌。多媒体电子沙盘灯光控制系统,因其简单有效地实现人机交互,在当下广泛地应用于各行各业需要沙盘展示的地方,已成为最基本的标配控制系统。在未来,电子沙盘将会融入更多的人机交互系统,如手势、语音控制系统,使游客或参观者能够全方面、多交度、立体式地体验。


作者:邱庆标

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