一種新型動感座椅設備

王紅州 占曉煌 鄒曉暉 陳潤六

改革開放40多年來，我國取得了舉世矚目的成就，國民生產總值保持強勁增長的態勢，人民的物質生活水平得到極大的提高。在經濟發展的同時，文化娛樂產業也在不斷地進行探索，且在形式和內容方面都融入了新的創意和高科技。電影作為一種文化傳播的載體，受到人們的青睞，特別是新興的動感電影。動感電影也叫4D電影，它在3D電影的基礎上增加了可隨電影情節運動的座椅，與傳統電影的不同之處在于，觀眾可以跟著劇情“動”起來。如果說傳統電影是“視”“聽”結合的藝術，那么動感電影還要加一個“動”的藝術。它能讓人坐在一個特殊的平臺上，跟隨著劇情動起來，通過升降、平移、俯沖等運動，讓觀眾真正投入地觀賞影片，身臨其境地體驗海底探險、太空旅行或陸上疾馳等帶來的驚心動魄。4D電影憑借其獨特而有魅力的演繹形式獲得了大量觀影者的喜愛，因此在國內快速走紅。

動感電影所運用的主要技術亮點是能跟隨劇情而移動的運動平臺或運動座椅，借助液壓傳動或其他傳動形式，使平臺或椅子移動，常見的動感座椅有三個或六個自由度。所謂三自由度動感座椅是指載體可做升降、俯仰、擺動三種運動，而六自由度動感座椅是指載體除了做升降、擺動這三種運動外，還增加了前后、左右和轉向三種運動，總共六種運動方式。平臺式動感座椅一般采用六自由度運動方式，可加裝6～30人的座椅，運動驅動和控制系統僅用一套，人均制造費用更低。但在同一平臺上，由于中間位置的運動幅度小，邊緣位置的運動幅度大，座位不同的人，感受到的感官刺激不同。座椅式動感電影一般采用三自由度運動方式，一張座椅可乘坐2或4人。動感影院的大小由安裝座椅的多少而定，組裝方便，動感效果好。可是由于每套座椅都有各自的運動驅動和控制系統，所以制造成本較高。

六自由度動感座椅與三自由度動感座椅相比有更強的模擬能力。但是，影院座椅需求數量較多，平臺式動感座椅難以在這樣的影廳中安裝。目前院線級別的4D影廳只能安裝三自由度動感座椅，而且大多是四位一體的動感座椅。

市面上動感影院的三自由度動感座椅將3-RPS并聯機構用作執行機構，該機構由3條可伸縮的主動支鏈與動平臺組成，主動支鏈一端通過轉動副與機架連接，另一端通過球鉸與動平臺連接，動平臺上可安裝2個或4個座位，3條主動支鏈的伸縮運動帶動動平臺實現“一平兩轉”的空間三自由度運動。六自由度動感平臺采用的是6-SPS并聯機構，該機構由6條可伸縮的主動支鏈與動平臺組成，主動支鏈兩端通過球鉸與機架、動平臺聯接，動平臺上可安裝6～30個座椅，6條主動支鏈的伸縮運動帶動動平臺實現“三平三轉”的空間六自由度運動。

在六自由度動感平臺上安裝座椅的成本較低，但由于其結構的特殊性，每個影廳只能安裝一套設備，因此，這類設備只適合在規模較小的動感影院中應用。三自由度動感座椅可以不受結構限制，能在一個影廳中布置多套設備，理論上根據需求，能布置任意數量的設備，但實際上，設備數量過多會造成計算機控制困難，使座椅運動的同步性變差。

隨著動感電影技術的發展，目前，動感影院對影廳的規模有了更大的需求，而市場上現有的設備已很難滿足這一需求。以一個布置了300個座椅的影廳為例，六自由度的動感平臺不能安裝如此多的座椅，所以必須采用三自由度的動感座椅，每安裝2個動感座椅，需要150套設備，每個設備需要控制3條主動支鏈，也就是說，一臺計算機要同時控制450條主動支鏈，這就造成了控制難度的大幅增加。因此，技術上的困難，加上高昂的成本，嚴重影響了動感座椅的擴張與普及。同時，由于聯排座椅在轉動過程中不同位置的運動幅度不同，造成每個觀影者的體感不同。實際上，不同座位上的觀眾看到的影片內容是相同的，所以每個座椅的運動應該也要同步。

本文介紹了一種新型動感座椅設備，該設備可實現一套運動輸入、多套運動輸出的功能，一套設備可以不限制座位數目，實現了一個影廳只需布置一套設備就能滿足所需的愿望。這樣可以大大降低設備的成本和控制難度。該設備座椅安裝在無驅動的3-RPS并聯機構的動平臺上，其運動性能與市場上的動感座椅完全相同。該設備動力源為一套三平動并聯機構，因此，整套設備只有3條主動支鏈。以設有200個座椅的影廳為例，計算機只需控制3條主動支鏈就可以讓200個座椅實現三自由度同步運動。目前該項技術已獲得兩項國家專利，名稱分別為三平動輸入多重3-RPS機構輸出的4D特效座椅和三平動輸入多重3-PRS機構輸出的4D特效座椅。

（作者單位：江西制造職業技術學院）