專利名稱：一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械控制領域，涉及一種內容可變的舞臺表演系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用機械、電氣、控制等技術手段，通過控制升降裝置不同的高低變化組合，形成富有節(jié)奏和韻律的立體景觀展示。
背景技術：
隨著現(xiàn)代數(shù)字技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的表演要素、表演方式、表演規(guī)律等發(fā)生劇變，多種表演藝術門類和多種工程技術融合在一起形成了一種新的表演形式。而借助于機械運動的表演系統(tǒng)也越來越多的出現(xiàn)在各種演出上。以往的機械表演系統(tǒng)一般用于機械舞臺，只是作為演出背景的一部分，通過控制可以改變舞臺形狀，巧妙地烘托出表演內容，增強藝術效果。這種機械表演系統(tǒng)運動節(jié)奏非常緩慢，只能簡單的做出各種固定造型，表演內容單一，只能作為演出場景的一部分，自身尚不具備單獨表演能力。·

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠按照指令通過控制升降裝置不同的高低變化組合完成不同造型，通過配合影片投影、燈光、音響等聲、光、電系統(tǒng)完成各種富有節(jié)奏和韻律的表演，解決了機械表演系統(tǒng)動作簡單、單一的問題。本發(fā)明的技術解決方案是:一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，包括鋼基座、升降裝置陣列和控制系統(tǒng)，其中升降裝置陣列由多個相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座上；影片投影在升降裝置陣列上，升降裝置陣列的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列中的每一個升降裝置均可以在控制系統(tǒng)的控制下進行獨立的沿豎直方向的升降；控制系統(tǒng)完成影片圖像的識別轉換，控制系統(tǒng)首先提取影片的每幀圖片，并將各圖片的色彩飽和度調整為0，然后將各圖片均分割成位置、數(shù)量都與升降裝置陣列中的升降裝置的位置、數(shù)量相同的影片單元構成的影片單元陣列；在此基礎上，控制系統(tǒng)再對影片單元陣列中的每一個影片單元以色彩平均值的方式進行中和，使每個影片單元為單色，并計算出每個影片單元的灰度值，由此計算得到特定圖片對應的特定影片單元對應的升降裝置的對應高度，計算公式為:升降裝置的對應高度=(升降裝置對應的影片單元的灰度值-當前影片單元陣列中的最小灰度值)* (升降裝置的最大行程/升降裝置對應的影片單元的灰度值);控制系統(tǒng)將升降裝置每一時刻對應的高度變化生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動作實現(xiàn)影片的表演。所述的鋼基座包括安裝法蘭盤、調平螺母和鋼支架，安裝法蘭盤的水平面上有兩兩相互垂直的橢圓形的調平通孔，每個調平通孔上都有對應的螺栓穿過，每一個螺栓兩側設置調平螺母，通過調節(jié)調平通孔兩側的調平螺母實現(xiàn)安裝法蘭盤的水平方向和垂直方向的調節(jié)。所述的升降裝置包括升降機構、外罩、外罩調平組件；升降機構可以在豎直方向上上下移動，升降機構和外罩之間采用外罩調平組件連接，外罩調平組件用于調節(jié)外罩的水平。所述的控制系統(tǒng)包括控制計算機、交換機、通信服務器；控制計算機和交換機共同構成第一層控制網(wǎng)絡，通信服務器構成第二層控制網(wǎng)絡，兩層控制網(wǎng)絡之間采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，通信服務器和升降裝置之間采用CAN總線協(xié)議通訊方式進行通信。本發(fā)明與 現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:(I)本發(fā)明中通過提取每幀圖片的方案，解決了影片變化與升降機構動作關系的問題，使升降機構的動作與影片中每幀圖片相對應，升降機構隨每幀圖片的改變及時做出動作，提高了表演時影片與升降機構的同步性；(2)本發(fā)明中控制計算機通過對影片進行調整圖片飽和度、圖片分割和排除干擾處理，解決了影片變化與升降機構運動之間如何關系的問題，其中調整圖片飽和度和排除干擾部分，利用灰度值為媒介解決了影片變化與升降機構高度變化的問題，圖片分割部分解決了影片變化與升降機構位置對應關系的問題，使任何影片經過處理后都可以與升降機構實現(xiàn)同步表演；(3)本發(fā)明中對處理后的影片圖片進行灰度值計算后計算灰度差再通過灰度差進行高度計算的方法，通過公式每份灰度值代表的高度=升降裝置最大高度/灰度差值。升降裝置高度=(當前圖像每個升降裝置灰度值-升降裝置最小灰度)*每份灰度值代表的高度解決了影片變化與升降機構升降運動高度的轉換問題，實現(xiàn)了影片與升降裝置的最終轉換；(4)本發(fā)明中采用通過安裝法蘭與鋼支架調平后再安裝升降機構的方案，解決了升降機構直接與鋼支架安裝時，由于鋼基座自身的誤差導致升降機構難以調平的問題，從而大大降低了升降機構安裝時的難度，節(jié)省了安裝時間，同時提高了升降機構的平行度，提升了表演效果；(5)本發(fā)明中控制單元通過三層兩級控制網(wǎng)絡，解決了在大規(guī)模多節(jié)點的情況下控制指令發(fā)送不暢、發(fā)送速度慢的問題，實現(xiàn)了對大規(guī)模多節(jié)點升降裝置的高效控制。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理圖；圖2為本發(fā)明鋼基座的組成結構圖；圖3為本發(fā)明升降裝置組成結構圖；圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)的硬件組成原理圖；圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理圖。本發(fā)明系統(tǒng)包括鋼基座1、升降裝置陣列2和控制系統(tǒng)3，其中控制系統(tǒng)3包括控制計算機301、交換機302、通信服務器303。升降裝置陣列2安裝在鋼基座I上，升降裝置陣列2由N個相同的升降裝置組成，N通常為正整數(shù)，其取值大小與單個升降裝置的表面積以及表演所需的整體面積有關?？刂朴嬎銠C301上可以執(zhí)行視頻圖像識別轉換過程，該過程主要包括提取影片每幀的圖片、調整圖片的飽和度、分割影片圖片、排除干擾、灰度值計算、高度計算、生成序列等操作。表演前，控制計算機301對表演的影片進行數(shù)據(jù)轉換處理。影片都是由無數(shù)張動態(tài)圖片組成的，因此首先提取影片的每幀圖片；然后調整各圖片的飽和度，將圖片的色彩飽和度調整為0，從而使圖片變?yōu)楹诎祝唤酉聛碓俜指钣捌瑘D片，將各圖片分割成位置、數(shù)量都與升降裝置的數(shù)量N相同的影片單元陣列；此時每個影片單元內都存在多種色彩，為在計算灰度值時排除干擾，需要將影片單元中不同的色彩以平均值的方式進行中和，使每個影片單元為單色，這樣從影片源頭進行控制，去掉了影片中不利的元素，以保證升降裝置的運動保持不變；排除干擾后，對影片進行灰度值計算，每個影片單元都有相對應的灰度值，計算出每個影片單元的灰度值后，通過得到影片中單元的灰度值可以進行高度計算。對于每一個升降裝置，升降裝置每份灰度值代表的高度=升降裝置的最大行程/升降裝置對應的影片單元的灰度值，則表演時該升降裝置的對應高度=(升降裝置對應的影片單元的灰度值-當前影片單元陣列中的最小灰度值)*升降裝置每份灰度值代表的高度。把生成的每臺升降裝置在每一時刻的高度控制量生成指令序列。表演時，控制計算機301發(fā)出指令序列，通過以太網(wǎng)傳送至交換機302，交換機302收到指令序列后按照不同地址轉發(fā)至各個通信服務器303，通信服務器303再將收到指令序列傳輸?shù)矫恳粋€升降裝置，升降裝置根據(jù)收到的指令配合升降裝置陣列2正上方的投影播放的影片影像和音樂開始按照預定節(jié)奏演繹預定的動作內容，形成富有節(jié)奏和韻律的變化。如圖2所示，鋼基座I包括安裝法蘭盤101、調平螺母102、鋼支架103和螺栓104。安裝法蘭盤101的水平面上有四個橢圓形的調平通孔，鋼支架103上對應的螺栓104穿過調平通孔，通過調節(jié)安 裝法蘭盤101上的調平通孔正面和背面的調平螺母102可以實現(xiàn)安裝法蘭盤101的水平、垂直方向調節(jié)。如圖3所示，升降裝置包括升降機構201、外罩202、外罩調平組件203。外罩202和升降機構201之間采用外罩調平組件203連接。升降裝置的外罩202采用穿孔鋁板為材料，主要由頂板204、框架205和側壁206組成?？蚣?05的材料是不銹鋼方管，采用焊接工藝。穿孔鋁板采用抽芯鉚鉚接方式固連在框架205上，其中有一個側壁206上局部掏空。外罩的頂板204和側壁206均噴涂屏幕漆，外罩調平組件203通過螺釘與框架205固定，夕卜罩調平組件203可以調節(jié)外罩202的水平。安裝時，外罩202局部掏空的側壁206背向觀看臺。鋼基座I焊接完成后通過調平螺母102的調平確保鋼基座I的安裝法蘭盤101處于同一水平面，將升降機構201固定安裝在鋼基座法蘭盤101上；外罩202安裝在升降機構201的升降軸上，通過外罩調平組件203調平使所有升降裝置的外罩202的頂面均處于同一水平面。升降裝置陣列2的每個升降裝置都通過電纜引出強電電源線和弱電控制線，強電線纜通過強電線槽連接到配電柜，弱電線纜通過弱電線槽連接到控制系統(tǒng)3，線槽最大限度的避免了強、弱電線纜的裸露，確保線纜不會因鼠咬而引起短路。如圖4所示，控制系統(tǒng)3采用的是三層兩級的控制網(wǎng)絡形式，第一層是控制計算機301和交換機302，第二層是通信服務器303，第三層是升降裝置；控制計算機301和交換機302之間通過以太網(wǎng)連接，交換機302輸出端通過以太網(wǎng)分別與通信服務器303相連。第一層和第二層之間的第一級網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，第二層和第三層之間的第二級網(wǎng)絡采用CAN總線協(xié)議通訊方式?？刂葡到y(tǒng)3中第二層和第三層之間的第二級網(wǎng)絡采用的CAN總線為冗余方式，每路CAN總線根據(jù)需要可以連接不同數(shù)量的升降裝置。一個通信服務器303的CAN總線可以連接I 100個升降裝置(具體可連接數(shù)量取決于現(xiàn)場環(huán)境和通信距離)，因此，通信服務器的數(shù)量取決于現(xiàn)場所用升降裝置的數(shù)量N。如圖5所示，本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程如下:升降裝置陣列2和控制系統(tǒng)3上電后。首先將要表演的影片導入控制計算機301進行提取影片每幀的圖片、調整圖片的飽和度、分割影片圖片、排除干擾、灰度值計算、計算灰度差值、高度計算、生成序列等操作。此后控制計算機301發(fā)出表演指令，通過TCP/IP協(xié)議傳送至交換機302，交換機302收到指令后將指令按照不同地址轉將該網(wǎng)絡段的控制信息發(fā)至各個通信服務器303，通信服務器303再將收到的TCP/IP協(xié)議 指令轉換成CAN總線協(xié)議指令，并通過CAN總線傳輸?shù)矫恳粋€升降裝置，各升降裝置根據(jù)不同的指令協(xié)議在影像和音樂的配合下開始按照預定節(jié)奏演繹預定的動作內容，形成富有節(jié)奏和韻律的變化。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，其特征在于:包括鋼基座(I)、升降裝置陣列(2)和控制系統(tǒng)(3)，其中升降裝置陣列(2)由多個相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座(I)上；影片投影在升降裝置陣列(2)上，升降裝置陣列(2)的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列(2)中的每一個升降裝置均可以在控制系統(tǒng)(3)的控制下進行獨立的沿豎直方向的升降； 控制系統(tǒng)(3)完成影片圖像的識別轉換，控制系統(tǒng)(3)首先提取影片的每幀圖片，并將各圖片的色彩飽和度調整為O，然后將各圖片均分割成位置、數(shù)量都與升降裝置陣列(2)中的升降裝置的位置、數(shù)量相同的影片單元構成的影片單元陣列；在此基礎上，控制系統(tǒng)(3)再對影片單元陣列中的每一個影片單元以色彩平均值的方式進行中和，使每個影片單元為單色，并計算出每個影片單元的灰度值，由此計算得到特定圖片對應的特定影片單元對應的升降裝置的對應高度，計算公式為: 升降裝置的對應高度=(升降裝置對應的影片單元的灰度值-當前影片單元陣列中的最小灰度值)* (升降裝置的最大行程/升降裝置對應的影片單元的灰度值); 控制系統(tǒng)(3)將升降裝置每一時刻對應的高度變化生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動作實現(xiàn)影片的表演。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的鋼基座(I)包括安裝法蘭盤(101 )、調平螺母(102)和鋼支架(103)，安裝法蘭盤(101)的水平面上有兩兩相互垂直的橢圓形的調平通孔，每個調平通孔上都有對應的螺栓(104)穿過，每一個螺栓(104)兩側設置調平螺母(102)，通過調節(jié)調平通孔兩側的調平螺母(102)實現(xiàn)安裝法蘭盤(101)的水平方向和垂直方向的調節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的升降裝置包括升降機構(201)、外罩(202)、外罩調平組件(203);升降機構(201)可以在豎直方向上上下移動，升降機構(201)和外罩(202)之間采用外罩調平組件(203)連接，外罩調平組件(20 3 )用于調節(jié)外罩(202 )的水平。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制系統(tǒng)(3 )包括控制計算機(301)、交換機(302 )、通信服務器(303 );控制計算機(301)和交換機(302)共同構成第一層控制網(wǎng)絡，通信服務器(303)構成第二層控制網(wǎng)絡，兩層控制網(wǎng)絡之間采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，通信服務器(303)和升降裝置之間采用CAN總線協(xié)議通訊方式進行通信。
全文摘要
一種內容可變的立體動態(tài)機械表演系統(tǒng)，包括鋼基座(1)、升降裝置陣列(2)和控制系統(tǒng)(3)，其中升降裝置陣列(2)由多個相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座(1)上。影片投影在升降裝置陣列(2)上，升降裝置陣列(2)的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列(2)中的每一個升降裝置均可以在控制系統(tǒng)(3)的控制下進行獨立的沿豎直方向的升降?？刂葡到y(tǒng)(3)完成影片圖像的識別轉換，將影片所包含的各動態(tài)圖片分解成各升降裝置的高低控制量，控制系統(tǒng)(3)將每臺升降裝置在每一個圖片時刻對應的高度控制量生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動作實現(xiàn)影片的表演。
文檔編號A63J1/00GK103212210SQ201310156189
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2013年4月28日
發(fā)明者王巍, 單聯(lián)潔, 胡常青, 孔令兵, 張東旭, 楊勇, 張澍裕, 劉倚天, 杜茂順, 劉澤峰, 徐宇新, 周文濤, 曹廣鑫, 李良 申請人:北京航天時代光電科技有限公司