一种新型特种影视――仿真式体验影院的研制

摘 要 本研究题目为一种新型的特种影视――仿真式体验影院。该影院为七自由度高速运动的动感体验影院。同时具有4D影院、动感影院、过山车影院、XD影院的所有功能，能够逼真地模拟出高速快艇、高速越野车辆、飞船等运行效果，属国际首创。

关键词 特种影视；仿真式体验影院；7自由度平台

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）166-0117-03

仿真式体验影院是一种全新的特种影院，集4D影院、七自由度平台、高转向、大型机械控制、现场特效等多种高科技手段于一身，能够逼真地模拟出高速快艇、高速越野车辆、飞船等运行效果。从娱乐上能给游客带来更加震撼更加刺激的特种影视产品，代表了现代娱乐业的最新水平。

1 背景资料

特种影视系统[1]是指在特种的应用场所（非传统的影院、剧场）用特种传播设备来放映的特种影片（节目）的系统，其包括五大类约十几种类的影院系统（3D影院、4D影院、XD影院、飞行影院、真人表演的沉浸式影院、球幕影院、巨幕影院、动感影院、全息音响剧场等）。特种影视系统在国内外近年来得以快速应用。

由于特种影视的“技术+艺术”的复合特征使得该行业技术门槛高、投资大。我国的特种影视的系统起步晚，原创少，导致大量的中高档市场主要被几家国外大公司垄断。在我国，特种影视业的发展严重落后，大学无专业，技术无标准，远远滞后于巨大的市场需求。因此研发具有自主知识产权的核心技术和产品就变得十分迫切。

现有传统的4D电影的动感座椅只有上下、摇摆、翻滚3个自由度；其只能模拟具有这种3个自由度运动的简单场景；市场上还有一种采用六自由度平台[2-4]的动感影院，其具有前后、左右、上下、摇摆、翻滚、偏航进行六自由度运动，可以模拟较为复杂的运动场景，但对于模高速快艇、高速越野车辆、飞船等运行效果的场景来说，其运动轨迹不仅需要前后、左右、上下、摇摆、翻滚、偏航进行六自由度运动，还需要平台在六自由度运动的同时能够进行≥360°高速旋转运动。目前的4D电影和动感影院系统都不能实现该效果。因此，开发一款能够模拟类似激流勇进的具有这种七自由度体验平台的仿真式体验影院就具有重要的商业价值及研究意义。

2 技术方案

2.1 设计要求

本开发所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种适合模拟激流勇进的具有7自由度体验平台的仿真式体验影院，其设计要求如下：

1）模拟的场景为新西兰激流勇进的场景：游艇在峡谷漂流的场景。

2）体验平台为快速360°旋转的7自由度平台：能够实现前后、左右、上下、摇摆、翻滚、偏航及360°旋转。

3）环境特效系统，能根据影片情节实时模拟出风、水、雾、闪电等特效及音效效果，以仿真出真实的环境。

4）本影院适合多人参与，参与人数4～16人。

5）影片采用3D影片。播放设备能够播放3D影片。

6）安全保护要求：包括故障检测、运行检测、电气安全保护和紧急停止功能。

7）兼容性：兼容4D影院、XD影院和过山车影院。

2.2 体验式影院的架构及组成

根据以上设计要求，我们按照三特的特性进行设计。如下图1为体验式影院的框架图，主要由特种场所（影院建筑部分及环境搭建）、特种设备（七自由度体验平台、影片播放系统、音响系统、特效系统等）、特种影片组成。

2.2.1 特种场所

首先影院需要一个播放及运营的场所，该场所跟普通的影院不同。其建筑内部分隔成2个空间，一个为进场通道，另一个为观影间。观影间内部可以根据影片具体要表现的内容而装饰模拟成不同的场景，观影间内置有360°旋转的七自由度平台，观影间内位于七自由度平台的前方设有屏幕，观影间设有影片播放系统，观影间内还配置不同的音响系统，观众通过进场通道的机构进入到体验平台。根据情景观影间内的不同空间内设有特效设备，七自由度平台、影片播放系统、特效系统的控制部分放置在设备间内。

2.2.2 特种设备

1）7自由度体验平台。七自由度体验平台由七自由度平台和座舱组成。其中的七自由度平台是在六自由度平台的上面增加了一个360°旋转的平台，如图2所示。该旋转平台由伺服电机驱动而相对六自由度平台进行360°旋转，旋转平台的旋转平面与六自由度平台的上平台平行，这样该七自由度平台不仅具有传统六自由度平台在前后、左右、上下、摇摆、翻滚、偏航进行运动的自由度，还增加一个≥360°快速旋转的自由度，故该平台结构适合逼真模拟如激流勇进等需要旋转的多种惊险刺激的电影场景。座舱为观众参与体验的场所，其固定在七自由度平台之上，座舱内安装有16把专用座椅，座椅设有安全带及扶手。

平台控制系统由伺服运动控制器、信号调理单元、控制计算机及控制软件组成。伺服运动控制器和信号调理单元安装在控制柜中，是七自由度平台控制系统的核心，它是一种高性能闭环实时控制系统。

2）3D影片播放系统。采用被动立体播放方式。影片播放系统可兼容播放2D、3D和4D影片。播放系统包括播放计算机、投影机、偏振系统、金属银幕、眼镜。金属银幕采用增益≥2.4的金属银幕。

3）音响系统。包括位于屏幕左右两侧上部的2个主音箱、位于屏幕顶部中间位置的中置音箱、位于屏幕底部中间位置的低音音箱，及位于隔墙后侧左右上部的环绕音箱。该音箱布局方式使得影院5.1音响效果极佳，现场感极强。

4）特效系统。特效系统由模拟风、水、雾、闪电等特效设备以及特效控制柜组成。也可以根据影片及环境内容增加或减少特效设备。

2.2.3 特种影片

采用了实拍加后期三维处理的制作方法，输出为3D影片。

2.2.4 安全方面

1）平台安全方面：平台的安全保护要求包括故障检测、运行检测、电气安全保护和紧急停止功能。

故障检测：平台启动时，系统自动对主要部件进行检测，发现故障时通过屏幕或声音报警，经处置后方可运行。在平台运行中系统实时检测，当检测到故障时切入安全保护模式。

运行检测：平台运行平顺、连续，无尖点、跳跃和非正常抖动等现象，不会出现恶性冲击。平台在运行过程中，可实时检测电动缸行程，对于行程极限、速度极限、加速度极限以及可能出现的不良冲击实行限位和保护。

电气安全保护：具有过载保护、过流保护、过压保护和短路保护，若电源故障突然断电时，伺服电机可自动抱闸，使平台保持现有姿态静止，防止恶性冲击。恢复供电重新启动后保证可正常工作。

紧急停止功能：平台设置“紧急停止”功能，一旦实施紧急停止，则运动平台即刻停止运动，保持现有姿态静止

2）舱体安全：座椅设计有安全带及扶手；舱体除船头外其他三面装有栏杆。

3）通道安全：登舱机构的通道两边装有栏杆扶手，且当节目播放平台运行时，登舱机构升起，挡在入口上，防止平台运行时其他的人进入观影间，从机构上起到安全防护作用。

3 实验结果

在公司里进行了体验式影院的研制及实验。旋转的7自由度平台采用以下表1所示运动数据。

根据现场场地的实际情况，场景采用了手绘的方式绘出峡谷两岸的场景，投影幕采用了微弧幕，投影机采用了8 500流明的全高清可实现单机立体的投影机，采用被动立体播放形式，偏振系统和眼镜采用了圆偏；特效根据影片的特点添加了风机、喷水雾、频闪灯以及灯光特效；动力伺服机构采用了松下的伺服电机及伺服驱动器；运动控制器采用了一套专用的运动控制器；影片采用实拍国外激流勇进的场景进行后期处理而成。如图3～6为不同姿态下的实拍照片。

从该影院开放以来，至今已有300人左右的客户体验，从客户反馈意见统计，98%以上的客户反馈效果不错，达到了很好的效果，取得了预期效果。

4 结论

经过该影院的实验、实际体验效果及客户的反馈情况，得出如下结论：

1）该仿真式体验影院为国内外首创，为特种影视填增了一个新的成员。

2）本仿真式体验影院分隔成2个独立空间，一个为专门的观影间，一个为供观众出入的进场通道，影院布局合理，很好地模拟了峡谷漂流的场景。

3）七自由平台能够实现前后、左右、上下、摇摆、翻滚、偏航及360°旋转，很好地模拟了游艇在峡谷中穿越的运动轨迹，满足了体验式影院的要求，让观众不仅有动感的感觉，还直接体验到自己心跳加速、热血沸腾的感受，达到了预想目的。

4）影院设有环境特效系统，能根据影片情节实时模拟出风、水、雾、闪电等特效及音效效果，以仿真出真实的激流勇进环境，具有很强的沉浸感及刺激感，让观众如身临其境。

5）该影院可以很容易地移入互动射击的内容，可以很好的兼容XD影院、3D、4D、XD、过山车影院，做到一举多得，一次投资，多重收益。

6）从市场反馈来看，该体验式影院具有很好的推广意义及市场前景。

参考文献

[1]李刚.特种影视系统的现状及发展方向.2012甬港特种影视合作论坛发言，2012.

[2]魏春雨，周晓军.基于Vortex的6自由度平台洗出运动仿真[J].浙江大学学报：工学版，2012，46（8）：1390-1396.

[3]刘芳华，李滨城.6自由度船舶摇摆平台无奇异工作空间的分析[J].江苏大学学报：自然科学版，2012，33（6）：649-653.

[4]赵洁修.Stewart六自由度动感平台结构优化设计[J].机械工程与自动化，2014（5）：11-13.