王紅州 占曉煌 鄒曉暉 陳潤(rùn)六

改革開(kāi)放40多年來(lái)，我國(guó)取得了舉世矚目的成就，國(guó)民生產(chǎn)總值保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，人民的物質(zhì)生活水平得到極大的提高。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，文化娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)也在不斷地進(jìn)行探索，且在形式和內(nèi)容方面都融入了新的創(chuàng)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(dòng)感電影。動(dòng)感電影也叫4D電影，它在3D電影的基礎(chǔ)上增加了可隨電影情節(jié)運(yùn)動(dòng)的座椅，與傳統(tǒng)電影的不同之處在于，觀眾可以跟著劇情“動(dòng)”起來(lái)。如果說(shuō)傳統(tǒng)電影是“視”“聽(tīng)”結(jié)合的藝術(shù)，那么動(dòng)感電影還要加一個(gè)“動(dòng)”的藝術(shù)。它能讓人坐在一個(gè)特殊的平臺(tái)上，跟隨著劇情動(dòng)起來(lái)，通過(guò)升降、平移、俯沖等運(yùn)動(dòng)，讓觀眾真正投入地觀賞影片，身臨其境地體驗(yàn)海底探險(xiǎn)、太空旅行或陸上疾馳等帶來(lái)的驚心動(dòng)魄。4D電影憑借其獨(dú)特而有魅力的演繹形式獲得了大量觀影者的喜愛(ài)，因此在國(guó)內(nèi)快速走紅。

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

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

市面上動(dòng)感影院的三自由度動(dòng)感座椅將3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由3條可伸縮的主動(dòng)支鏈與動(dòng)平臺(tái)組成，主動(dòng)支鏈一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)連接，動(dòng)平臺(tái)上可安裝2個(gè)或4個(gè)座位，3條主動(dòng)支鏈的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“一平兩轉(zhuǎn)”的空間三自由度運(yùn)動(dòng)。六自由度動(dòng)感平臺(tái)采用的是6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由6條可伸縮的主動(dòng)支鏈與動(dòng)平臺(tái)組成，主動(dòng)支鏈兩端通過(guò)球鉸與機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，動(dòng)平臺(tái)上可安裝6～30個(gè)座椅，6條主動(dòng)支鏈的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“三平三轉(zhuǎn)”的空間六自由度運(yùn)動(dòng)。

在六自由度動(dòng)感平臺(tái)上安裝座椅的成本較低，但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，每個(gè)影廳只能安裝一套設(shè)備，因此，這類(lèi)設(shè)備只適合在規(guī)模較小的動(dòng)感影院中應(yīng)用。三自由度動(dòng)感座椅可以不受結(jié)構(gòu)限制，能在一個(gè)影廳中布置多套設(shè)備，理論上根據(jù)需求，能布置任意數(shù)量的設(shè)備，但實(shí)際上，設(shè)備數(shù)量過(guò)多會(huì)造成計(jì)算機(jī)控制困難，使座椅運(yùn)動(dòng)的同步性變差。

隨著動(dòng)感電影技術(shù)的發(fā)展，目前，動(dòng)感影院對(duì)影廳的規(guī)模有了更大的需求，而市場(chǎng)上現(xiàn)有的設(shè)備已很難滿(mǎn)足這一需求。以一個(gè)布置了300個(gè)座椅的影廳為例，六自由度的動(dòng)感平臺(tái)不能安裝如此多的座椅，所以必須采用三自由度的動(dòng)感座椅，每安裝2個(gè)動(dòng)感座椅，需要150套設(shè)備，每個(gè)設(shè)備需要控制3條主動(dòng)支鏈，也就是說(shuō)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)要同時(shí)控制450條主動(dòng)支鏈，這就造成了控制難度的大幅增加。因此，技術(shù)上的困難，加上高昂的成本，嚴(yán)重影響了動(dòng)感座椅的擴(kuò)張與普及。同時(shí)，由于聯(lián)排座椅在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不同位置的運(yùn)動(dòng)幅度不同，造成每個(gè)觀影者的體感不同。實(shí)際上，不同座位上的觀眾看到的影片內(nèi)容是相同的，所以每個(gè)座椅的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該也要同步。

本文介紹了一種新型動(dòng)感座椅設(shè)備，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)一套運(yùn)動(dòng)輸入、多套運(yùn)動(dòng)輸出的功能，一套設(shè)備可以不限制座位數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)影廳只需布置一套設(shè)備就能滿(mǎn)足所需的愿望。這樣可以大大降低設(shè)備的成本和控制難度。該設(shè)備座椅安裝在無(wú)驅(qū)動(dòng)的3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)上，其運(yùn)動(dòng)性能與市場(chǎng)上的動(dòng)感座椅完全相同。該設(shè)備動(dòng)力源為一套三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，因此，整套設(shè)備只有3條主動(dòng)支鏈。以設(shè)有200個(gè)座椅的影廳為例，計(jì)算機(jī)只需控制3條主動(dòng)支鏈就可以讓200個(gè)座椅實(shí)現(xiàn)三自由度同步運(yùn)動(dòng)。目前該項(xiàng)技術(shù)已獲得兩項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利，名稱(chēng)分別為三平動(dòng)輸入多重3-RPS機(jī)構(gòu)輸出的4D特效座椅和三平動(dòng)輸入多重3-PRS機(jī)構(gòu)輸出的4D特效座椅。

（作者單位：江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院）