滅火器自動化生產線幻影成像演示設備

韓甫來

本項目是滅火器自動化生產線幻影成像演示系統，用微控制器進行編程控制；運用四聯屏技術，并且專門開發了四聯屏播放軟件實現播放同步；用幻影成像技術、四聯屏顯像技術實現了角色與生產線的有機結合；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、電動系統、光學系統、聲音系統、模型系統、燈光系統和控制系統這7套系統有機結合，便于控制。為參觀學習者創造了一個清潔安全的展示環境。

研發思路

為了不影響生產單位的生產，還能使參觀者避開嘈雜、危險的生產環境，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線。

最初幻影成像的影像部分打算使用投影儀投影，但是經過考察與實驗，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屏技術，并且專門開發了四聯屏播放軟件實現播放音頻視頻的同步，用幻影成像技術、四聯屏顯像技術實現了角色與生產線的有機結合。

研究過程

實地調研

了解生產線上各種機械設備的生產流程，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線展示系統。采集生產線生產過程、工人人像照片。

制訂設計方案

設計規劃演示設備模型的尺寸、設計圖，挑選制作材料。經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打印），以及編程、聲控、光控、視頻傳輸系統等。

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線動畫故事情節流程可供參考的二維角色和場景，然后通過三維Maya軟件創建模型，接著賦予材質，打燈光，再建立好攝像機，調動畫，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試，最后還要和實景相結合再調試。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調一致（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，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、傳輸協議、連接復位、緊急復位及接收緩存大小；擠出頭水平移動速度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調，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。

運用四聯屏技術，并且專門開發了四聯屏播放軟件實現播放同步。

用幻影成像技術、四聯屏顯像技術實現了角色與生產線的有機結合。

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、電動系統、光學系統、聲音系統、模型系統、燈光系統和控制系統有機結合，便于控制。

該項目獲得第32屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創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造了一個清潔安全的演示環境。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，具有實質性創新，對傳統方法有突破。作品效果顯著，制作規范，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。