第一篇：基于ProENGINEER系統(tǒng)的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究

基于Pro/ENGINEER系統(tǒng)的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究

【摘 要】虛擬裝配技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)概念。它可有效支持自頂向下的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及與Master Model相關(guān)的可制造性設(shè)計(jì)和可裝配性設(shè)計(jì)，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。本文在分析了虛擬裝配技術(shù)基本思想后，提出了在某型焊接小車(chē)設(shè)計(jì)中實(shí)施虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)境以及具體的實(shí)施方法和途徑。

【關(guān)鍵詞】 虛擬裝配 主模型 并行設(shè)計(jì) 引言

近年來(lái)，世界機(jī)械制造業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為了適應(yīng)變化迅速的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品研制周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)成為每一個(gè)現(xiàn)代企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題。近20年來(lái)的實(shí)踐證明，將信息技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品研制以及實(shí)施途徑的改造，是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的必由之路。同時(shí)，先進(jìn)的產(chǎn)品研制方法、手段以及實(shí)施途徑，實(shí)際上是產(chǎn)品研制質(zhì)量、成本、設(shè)計(jì)周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數(shù)字化代表產(chǎn)品--波音777的展示中，不像以往那樣重點(diǎn)宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們?nèi)绾纬浞掷脭?shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊(duì)等方面。波音777飛機(jī)項(xiàng)目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)IPT（Integrated Product Development Team）（238個(gè)Team）的有效實(shí)施，保證了飛機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試以及試飛均在計(jì)算機(jī)上完成。研制周期從過(guò)去的8年時(shí)間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計(jì)思想在研制過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用?！疤摂M裝配”（Virtual Assembly）是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段。該定義強(qiáng)調(diào)虛擬裝配技術(shù)是一種模型重新進(jìn)行定位、分析過(guò)程。

(2)虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。

本文結(jié)合焊接小車(chē)研制的特點(diǎn)，給出如下的定義：虛擬裝配是在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品零部件的實(shí)體造型，并且進(jìn)行計(jì)算機(jī)裝配、干涉分析等多次協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)過(guò)程與零部件裝配過(guò)程的高度統(tǒng)一。虛擬裝配技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究中，是一種全新的設(shè)計(jì)概念，它為產(chǎn)品的研制提供了一種新的設(shè)計(jì)方法與實(shí)施途徑，它的成功依賴于對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制。同時(shí)，產(chǎn)品的零部件模型數(shù)據(jù)的合理流動(dòng)與彼此共享是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配技術(shù)的基礎(chǔ)。虛擬裝配包括設(shè)計(jì)過(guò)程、過(guò)程控制和裝配仿真三部分。2 虛擬裝配基本設(shè)計(jì)思想及內(nèi)涵

2.1 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配

以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配（Design-Centered Virtual Assembly）是指在產(chǎn)品三維數(shù)字化定義應(yīng)用于產(chǎn)品研制過(guò)程中，結(jié)合產(chǎn)品研制的具體情況，突出以設(shè)計(jì)為核心的應(yīng)用思想，這表現(xiàn)在以下三個(gè)層次，如圖1所示。

圖1 虛擬裝配層次圖

2.1.1 面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）

即在設(shè)計(jì)初期把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與制造裝配過(guò)程有機(jī)結(jié)合，從設(shè)計(jì)的角度來(lái)保證產(chǎn)品的可裝配性。引入面向產(chǎn)品裝配過(guò)程的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有良好的結(jié)構(gòu)，能高效地進(jìn)行物理裝配，能在產(chǎn)品研制初期使設(shè)計(jì)部門(mén)與制造部門(mén)之間更有效地協(xié)同工作。

2.1.2 自頂向下（Top-down）的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CPD）

并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程集成、并行地進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就考慮產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)直至消亡的整個(gè)生命周期里的所有相關(guān)因素的影響，把一切可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤和矛盾盡可能及早發(fā)現(xiàn)，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1.3 與Master Model相關(guān)的可制造性設(shè)計(jì)和可裝配性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品研制是多部門(mén)的協(xié)同工作過(guò)程，各部門(mén)間的合作往往受到各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)條件等方面的限制，結(jié)合各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數(shù)量和特殊類(lèi)型，減少材料種類(lèi)，使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產(chǎn)品研制的不同階段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整一致，保證產(chǎn)品研制的各個(gè)部門(mén)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的高度集成，有效提高產(chǎn)品的可制造性和可裝配性。

2.2 以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配 以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內(nèi)容。

2.2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制

在產(chǎn)品數(shù)字化定義過(guò)程中，結(jié)合產(chǎn)品研制特點(diǎn)，人為地將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，該過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段：總體設(shè)計(jì)階段、裝配設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。通過(guò)對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)階段的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制，以及虛擬裝配設(shè)計(jì)流程。

（1）總體設(shè)計(jì)階段。總體設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品研制的初期階段，在此階段進(jìn)行產(chǎn)品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進(jìn)行產(chǎn)品初步的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體布局。

（2）裝配設(shè)計(jì)階段。裝配設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的主要階段，在此階段產(chǎn)品三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，主要包括：產(chǎn)品模型空間分配（裝配區(qū)域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關(guān)系、三維實(shí)體模型等）以及應(yīng)力控制。

（3）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的完善階段，在此階段完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，主要包括 ：完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，進(jìn)行產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)裝配，進(jìn)行全機(jī)干涉檢查。

2.2.2 過(guò)程控制管理

過(guò)程模型包含了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程描述、過(guò)程內(nèi)部相互關(guān)系和過(guò)程間的協(xié)作等方面內(nèi)容。通過(guò)對(duì)過(guò)程模型的有效管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程研制過(guò)程中各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果和加工工藝等產(chǎn)品相關(guān)信息的管理，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的目的。

2.3 仿真為中心的虛擬裝配

以仿真為中心的虛擬裝配（Simulate-Centered Virtual Assembly）是在產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)模型中，融入仿真技術(shù)，并以此來(lái)評(píng)估和優(yōu)化裝配過(guò)程。其主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可裝配性。

2.3.1 優(yōu)化裝配過(guò)程

目的是使產(chǎn)品能適應(yīng)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元能并行地進(jìn)行裝配。

2.3.2 可裝配性評(píng)價(jià) 主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)品裝配的相對(duì)難易程度，計(jì)算裝配費(fèi)用，并以此決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否需要修改。應(yīng)用研究

3.1 基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境

虛擬裝配技術(shù)在焊接小車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要以一定的基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境作為平臺(tái)，主要包括以下幾個(gè)方面：協(xié)同工作環(huán)境、統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)以及機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）協(xié)同工作環(huán)境。有一個(gè)協(xié)同工作的基礎(chǔ)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)支持異地設(shè)計(jì)、異地裝配、異地測(cè)試的工作環(huán)境，特別是基于網(wǎng)絡(luò)的三維圖形的異地快速傳遞、過(guò)程控制、人機(jī)交互的基礎(chǔ)環(huán)境是非常必要的。

（2）統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)。焊接小車(chē)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)在IPT內(nèi)部以及IPT之間進(jìn)行合理流動(dòng)，因此有效的管理是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，必須能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)，又能對(duì)各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和傳遞，保證在正確的時(shí)間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

（3）機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬裝配技術(shù)如果要實(shí)現(xiàn)行業(yè)CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)的有效集成和廠所之間的數(shù)據(jù)交換，必須采用機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 焊接小車(chē)部件級(jí)產(chǎn)品實(shí)施方法及途徑

3.2.1 軟硬件環(huán)境

硬件：COMPAQ服務(wù)器一臺(tái)；P4，2.7G，1M內(nèi)存的微機(jī)8臺(tái)。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環(huán)境。

3.2.2 焊接小車(chē)的傳動(dòng)裝置虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究

我們選擇傳動(dòng)裝置的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究作為工程實(shí)例，對(duì)虛擬裝配技術(shù)的工程應(yīng)用思想、方法、具體實(shí)施途徑作進(jìn)一步研究，為下一階段整個(gè)小車(chē)的應(yīng)用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設(shè)計(jì)階段。IPT根據(jù)小車(chē)總體設(shè)計(jì)要求以及基本的總體設(shè)計(jì)參數(shù)，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進(jìn)行初步的總體布局?？傮w設(shè)計(jì)階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據(jù)已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行初步布置、建立初始模型。

圖2 總體設(shè)計(jì)階段模型

本階段結(jié)束時(shí)，必須凍結(jié)已經(jīng)建立的產(chǎn)品主模型空間，作為模型設(shè)計(jì)共享的基礎(chǔ)。

（2）裝配設(shè)計(jì)階段。這是小車(chē)模型具體建立階段。本階段主要包括以下基本步驟：建立各部件的實(shí)體模型；定義具體結(jié)構(gòu)裝配的分解線路（建立裝配層次、裝配區(qū)域）；建立模型間的具體裝配約束（Constraints）關(guān)系；從共享數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型； 進(jìn)行計(jì)算機(jī)裝配（Computer Mock-Up，簡(jiǎn)稱(chēng)CMU），以及進(jìn)行干涉檢查。

（3）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。本階段完成焊接小車(chē)所有零件的設(shè)計(jì)工作，保證小車(chē)內(nèi)所有零件干涉自由，設(shè)計(jì)模型如圖3所示。

圖3 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段模型 結(jié)束語(yǔ)

虛擬裝配的應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)研究所才剛剛起步，無(wú)論是在船舶、飛機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域的產(chǎn)品研制與開(kāi)發(fā)中，還是在其他的輕工藝產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，人們已經(jīng)逐漸地認(rèn)識(shí)到虛擬裝配所能發(fā)揮的巨大作用和發(fā)展?jié)摿ΑＴ诤附有≤?chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的裝配思想改變了產(chǎn)品研制人員的研制習(xí)慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應(yīng)用方法、建立一定的組織機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配的核心，產(chǎn)品數(shù)據(jù)在研制中的合理管理和流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配的基礎(chǔ)。

第二篇：虛擬加工與裝配技術(shù)

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目 錄

摘要.......................................................................................................................Abstract.................................................................................................................第一章

緒論.....................................................................................................1.1虛擬裝配技術(shù)...........................................................................................................1.2虛擬制造技術(shù)...........................................................................................................第二章 虛擬加工技術(shù)及其應(yīng)用.........................................................................2.1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)..........................................................................................2.2 虛擬加工設(shè)備建模

..............................................................................................2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)................................................................................................................2.4 結(jié)語(yǔ)......................................................................................................................第三章 虛擬裝配技術(shù)及其應(yīng)用.......................................................................3.1 虛擬裝配基本設(shè)計(jì)思想及內(nèi)涵............................................................................3.2應(yīng)用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技術(shù)加工活塞...................................................................4.1活塞模型的創(chuàng)建.....................................................................................................結(jié)束語(yǔ).................................................................................................................參考文獻(xiàn).............................................................................................................2

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第一章 緒論

1.1虛擬裝配技術(shù)

近年來(lái)，世界機(jī)械制造業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為了適應(yīng)變化迅速的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品研制周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)成為每一個(gè)現(xiàn)代企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題。近20年來(lái)的實(shí)踐證明，將信息技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品研制以及實(shí)施途徑的改造，是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的必由之路。同時(shí)，先進(jìn)的產(chǎn)品研制方法、手段以及實(shí)施途徑，實(shí)際上是產(chǎn)品研制質(zhì)量、成本、設(shè)計(jì)周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數(shù)字化代表產(chǎn)品--波音777的展示中，不像以往那樣重點(diǎn)宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們?nèi)绾纬浞掷脭?shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊(duì)等方面。波音777飛機(jī)項(xiàng)目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)IPT（Integrated Product Development Team）（238個(gè)Team）的有效實(shí)施，保證了飛機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試以及試飛均在計(jì)算機(jī)上完成。研制周期從過(guò)去的8年時(shí)間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計(jì)思想在研制過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用?！疤摂M裝配”（Virtual Assembly）是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段。該定義強(qiáng)調(diào)虛擬裝配技術(shù)是一種模型重新進(jìn)行定位、分析過(guò)程。

(2)虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。

1.2虛擬制造技術(shù)

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第二章 虛擬加工技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

虛擬加工是現(xiàn)實(shí)加工過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的映射，與真實(shí)制造過(guò)程相比，具有虛擬性、數(shù)字化集成性、依賴性。虛擬加工系統(tǒng)的建立必須基于現(xiàn)實(shí)的制造設(shè)備及其相關(guān)活動(dòng)，并且可以隨著制造設(shè)備的改變對(duì)虛擬加工系統(tǒng)進(jìn)行變更。由此，以現(xiàn)實(shí)制造過(guò)程為基礎(chǔ)，本課題組提出了一個(gè)開(kāi)放的、可重組、可擴(kuò)展的虛擬加工系統(tǒng)體系(圖1)。

圖1 虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

體系結(jié)構(gòu)由界面層、功能層和數(shù)據(jù)層組成。界面層提供用戶與系統(tǒng)交互的界面，用戶通過(guò)該界面可以快速組裝一個(gè)虛擬加工環(huán)境并進(jìn)行虛擬加工，直觀地觀看加工過(guò)程，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，并獲取分析結(jié)果。

虛擬加工設(shè)備建模

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圖2 虛擬加工設(shè)備模型類(lèi)結(jié)構(gòu)

虛擬機(jī)床是虛擬加工過(guò)程的具體實(shí)施者。根據(jù)機(jī)床信息的不同，機(jī)床模型分為幾何模型和仿真模型，其中幾何模型將虛擬機(jī)床看成是一個(gè)層次式的裝配體，包含多個(gè)部件和零件，且部件之間存在著相互裝配關(guān)系和約束條件，組成零部件的三維數(shù)字模型根據(jù)其實(shí)際形狀和大小分別建模;機(jī)床仿真模型是在NC代碼的驅(qū)動(dòng)下，采用一種類(lèi)似于NC加工插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)部件的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，以此驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。本文將仿真模型作為機(jī)床的物理屬性依附在機(jī)床的幾何模型上，建立虛擬加工設(shè)備模型的類(lèi)結(jié)構(gòu)(圖2）。類(lèi)結(jié)構(gòu)建立床身、工作臺(tái)和導(dǎo)軌等基本類(lèi)，在此基礎(chǔ)上建立零部件幾何模型類(lèi)繼承基本類(lèi)；零部件幾何模型類(lèi)與零部件仿真模型類(lèi)一起形成零件模型類(lèi)，通過(guò)零件、部件之間的包含、聚合關(guān)系形成虛擬加工設(shè)備。

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特征類(lèi)CGLFeatBlock記錄Block特征特有的參數(shù)長(zhǎng)寬高。UG/Open API中獲取特征類(lèi)型的函數(shù)為UF_MODL_ask_feat_type;獲取特征名的函數(shù)為UF_MODL_ask_feat_name;

獲取參考點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)，UF_MODL_ask_feat_location;獲取特征參數(shù)的函數(shù)，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具體的特征類(lèi)型，如為Block，則函數(shù)表示獲取Block特征的參數(shù)。

Step4:應(yīng)用獲取特征關(guān)系函數(shù)UF_MODL_ask_feat_relatives，獲取特征之間的關(guān)系，并根據(jù)該關(guān)系step3創(chuàng)建的各特征對(duì)象鏈接到零部件幾何模型對(duì)象的特征樹(shù)的對(duì)應(yīng)位置

顯示幾何模型只包含三維顯示需要的一些數(shù)據(jù)(如點(diǎn)集、三角面片集、顏色、法矢等)。我們采用VRML文件作為中性文件獲得零件的顯示幾何模型，即在CAD軟件中通過(guò)對(duì)一些規(guī)則形狀的物體進(jìn)行幾何運(yùn)算，并導(dǎo)出形成STL、VRML格式的中性文件，記錄零部件幾何模型的三角面片數(shù)據(jù)。2.2.2 零件幾何模型的建立

獲取的顯示幾何模型實(shí)質(zhì)是一系列離散的面集，而獲取的特征數(shù)據(jù)只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件幾何模型。需要根據(jù)特征數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別并重新組織面集以構(gòu)造零部件幾何模型。

本文采用面向?qū)ο蟮乃枷敕治隽慵缀文Ｐ?，為特征造型中常?jiàn)的幾何表面類(lèi)型及其約束方程分別設(shè)計(jì)類(lèi)，利用類(lèi)和對(duì)象間的繼承、聚合特性實(shí)現(xiàn)零件的可重構(gòu)和重用性。圖4為本文建立的零件幾何模型對(duì)象結(jié)構(gòu)，描述零件幾何模型與工程語(yǔ)義、形狀特征之間的對(duì)象關(guān)系以及該零部件與其它零部件之間的幾何約束關(guān)系。

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void Init();//零件的初始化，包括零件的空間位置、特征樹(shù)等相關(guān)信息

void PiekMesh();II進(jìn)行特征匹配與模型重構(gòu)

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//記錄特征信息的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征數(shù)組

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指針鏈表類(lèi)型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件場(chǎng)景對(duì)象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征數(shù)組

CString m_PartName;//零(部)件名稱(chēng)

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的參考點(diǎn)

float m_comparaCoord[4][4];//相對(duì)主零(部)件的坐標(biāo)

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在裝配環(huán)境中的絕對(duì)坐標(biāo)

BOOL m_CorP;//零件或部件

針對(duì)構(gòu)成機(jī)床的零部件的樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，我們應(yīng)用多叉樹(shù)來(lái)描述。在每一部件類(lèi)中，有成員變量m_lPartPointList是一個(gè)指針鏈表，記錄所有該子裝配體中的零部件指針。如圖5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指針鏈表定義

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指針

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即表面上調(diào)用的都是CGLFeature類(lèi)的繪制函數(shù)glDraw()，實(shí)際上在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)根據(jù)不同的指針類(lèi)型調(diào)用相應(yīng)的子類(lèi)的、改寫(xiě)過(guò)的繪制函數(shù)glDraw()，進(jìn)而圓滿完成各特征的繪制任務(wù)。

圖6 虛擬設(shè)備幾何模型顯示流程

對(duì)于設(shè)備的屬性仿真模型而言，運(yùn)動(dòng)模型是最基本的。環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)關(guān)系模型計(jì)算相關(guān)運(yùn)動(dòng)物體的空間位姿，調(diào)用顯示方法不斷地刷新屏幕產(chǎn)生連續(xù)的動(dòng)畫(huà)仿真。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文應(yīng)用UG三維造型軟件對(duì)一套加工設(shè)備進(jìn)行了幾何建模，通過(guò)文件輸

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圖8 虛擬加工環(huán)境

2.4 結(jié)語(yǔ)

虛擬加工系統(tǒng)是虛擬制造研究的主要內(nèi)容之一，而環(huán)境建模是虛擬加工系統(tǒng)仿真、分析的基礎(chǔ)。本文通過(guò)三維實(shí)體建模構(gòu)造出一套虛擬設(shè)備，使設(shè)計(jì)人員可以借助于一定的軟、硬件設(shè)備，在虛擬制造環(huán)境下對(duì)零件加工過(guò)程進(jìn)行仿真，并對(duì)設(shè)備布局、加工過(guò)程等作出分析，以便對(duì)整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。該研究成果已經(jīng)在某研究所應(yīng)用，應(yīng)用表明:本課題組建立的虛擬加工系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際加工情況快速構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，能夠有效提升該研究所產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造效率，縮短產(chǎn)品研制時(shí)間。

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產(chǎn)品研制是多部門(mén)的協(xié)同工作過(guò)程，各部門(mén)間的合作往往受到各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)條件等方面的限制，結(jié)合各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數(shù)量和特殊類(lèi)型，減少材料種類(lèi)，使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產(chǎn)品研制的不同階段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整一致，保證產(chǎn)品研制的各個(gè)部門(mén)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的高度集成，有效提高產(chǎn)品的可制造性和可裝配性。

3.1.2以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配

以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內(nèi)容。

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制

在產(chǎn)品數(shù)字化定義過(guò)程中，結(jié)合產(chǎn)品研制特點(diǎn)，人為地將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，該過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段：總體設(shè)計(jì)階段、裝配設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。通過(guò)對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)階段的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制，以及虛擬裝配設(shè)計(jì)流程。

1）總體設(shè)計(jì)階段。總體設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品研制的初期階段，在此階段進(jìn)行產(chǎn)品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進(jìn)行產(chǎn)品初步的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體布局。

2）裝配設(shè)計(jì)階段。裝配設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的主要階段，在此階段產(chǎn)品三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，主要包括：產(chǎn)品模型空間分配（裝配區(qū)域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關(guān)系、三維實(shí)體模型等）以及應(yīng)力控制。

3）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的完善階段，在此階段完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，主要包括 ：完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，進(jìn)行產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)裝配，進(jìn)行全機(jī)干涉檢查。

（2）過(guò)程控制管理

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進(jìn)行管理和傳遞，保證在正確的時(shí)間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

（3）機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬裝配技術(shù)如果要實(shí)現(xiàn)行業(yè)CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)的有效集成和廠所之間的數(shù)據(jù)交換，必須采用機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 焊接小車(chē)部件級(jí)產(chǎn)品實(shí)施方法及途徑 1。軟硬件環(huán)境

硬件：COMPAQ服務(wù)器一臺(tái)；P4，2.7G，1M內(nèi)存的微機(jī)8臺(tái)。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環(huán)境。2.焊接小車(chē)的傳動(dòng)裝置虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究

我們選擇傳動(dòng)裝置的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用研究作為工程實(shí)例，對(duì)虛擬裝配技術(shù)的工程應(yīng)用思想、方法、具體實(shí)施途徑作進(jìn)一步研究，為下一階段整個(gè)小車(chē)的應(yīng)用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設(shè)計(jì)階段。IPT根據(jù)小車(chē)總體設(shè)計(jì)要求以及基本的總體設(shè)計(jì)參數(shù)，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進(jìn)行初步的總體布局?？傮w設(shè)計(jì)階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據(jù)已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行初步布置、建立初始模型。

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圖11 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段模型

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第三步

第四步

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第七步

第八步

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結(jié)束語(yǔ)

虛擬加工系統(tǒng)是虛擬制造研究的主要內(nèi)容之一，而環(huán)境建模是虛擬加工系統(tǒng)仿真、分析的基礎(chǔ)。本文通過(guò)三維實(shí)體建模構(gòu)造出一套虛擬設(shè)備，使設(shè)計(jì)人員可以借助于一定的軟、硬件設(shè)備，在虛擬制造環(huán)境下對(duì)零件加工過(guò)程進(jìn)行仿真，并對(duì)設(shè)備布局、加工過(guò)程等作出分析，以便對(duì)整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。該研究成果已經(jīng)在某研究所應(yīng)用，應(yīng)用表明:本課題組建立的虛擬加工系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際加工情況快速構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，能夠有效提升該研究所產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造效率，縮短產(chǎn)品研制時(shí)間。

虛擬裝配的應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)研究所才剛剛起步，無(wú)論是在船舶、飛機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域的產(chǎn)品研制與開(kāi)發(fā)中，還是在其他的輕工藝產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，人們已經(jīng)逐漸地認(rèn)識(shí)到虛擬裝配所能發(fā)揮的巨大作用和發(fā)展?jié)摿?。在焊接小?chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的裝配思想改變了產(chǎn)品研制人員的研制習(xí)慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應(yīng)用方法、建立一定的組織機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配的核心，產(chǎn)品數(shù)據(jù)在研制中的合理管理和流動(dòng)是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配的基礎(chǔ)。

第三篇：WiFi技術(shù)應(yīng)用研究

英德市實(shí)驗(yàn)小學(xué)存檔資料2013/4/21

Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用研究

張華賓

摘要：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正快速進(jìn)入社會(huì)各領(lǐng)域。本文通過(guò)對(duì)幾種無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的比較，說(shuō)明了Wi-Fi在組建家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)所擁有的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。并詳細(xì)介紹了基于Wi-Fi技術(shù)、以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并著重從家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電方面對(duì)基于Wi-Fi的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了分析，討論了一些具體實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。最后對(duì)基于Wi-Fi的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：Wi-Fi家庭網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)關(guān)

英特網(wǎng)的迅速發(fā)展，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。人們的日常生活已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習(xí)慣了在網(wǎng)上炒股、購(gòu)物、查詢賬目、繳費(fèi)和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時(shí)間、在任何地方使用網(wǎng)絡(luò)。很顯然，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是最佳的選擇。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的手機(jī)、筆記本電腦等支持WiFi的終端產(chǎn)品越來(lái)越流行。而基于WiFi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為了最為普及的無(wú)線組網(wǎng)形式。在家庭中，如果我們能把現(xiàn)有的家用電器以及電子產(chǎn)品以某種形式連成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，并將其連入Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度，那將是多么令人愜意的事情啊！

1．無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍(lán)牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開(kāi)放，即不用申請(qǐng)就可以在世界的任何地方使用這一頻段進(jìn)行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，無(wú)線保真技術(shù))即IEEE802.11協(xié)議。是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。WiFi的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層（MAC層）和物理層。規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本傳輸介質(zhì)，規(guī)范了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴(kuò)頻)或FSSS(調(diào)頻擴(kuò)頻)技術(shù)。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標(biāo)準(zhǔn)。其傳輸速率最高可達(dá)54Mbps。能夠廣泛支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和多媒體等業(yè)務(wù)。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是專(zhuān)門(mén)為家庭用戶設(shè)計(jì)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，由HomeRF工作組開(kāi)發(fā)。能夠提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴(kuò)譜方式、時(shí)分多址(TDMA)和載波監(jiān)聽(tīng)多重訪問(wèn)沖突避免(CSMA/CA)等技術(shù)，通過(guò)家庭中的一臺(tái)主機(jī)在移動(dòng)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信。HomeRF提供了與TCP，IP良好的集成，支持廣播、多播和48位lP地址。但是HomeRF開(kāi)放性不好，而且技術(shù)本身還存在抗干擾性差等缺點(diǎn)。

1.1.3 Bluetooth(藍(lán)牙)

Bluetooth（藍(lán)牙）是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動(dòng)電話用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到計(jì)算機(jī)和通信的更加緊密的連接，提供隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和較小的傳輸距離無(wú)法滿足人們?nèi)粘?yīng)用的需求。

1.2 WiFi的優(yōu)勢(shì)

1)無(wú)線電波的覆蓋范圍廣。藍(lán)牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達(dá)100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。

2)WiFi的傳輸速度很快，最高可達(dá)54Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地享受諸如網(wǎng)上證券、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)游戲等一系列寬帶信息增值服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

3)無(wú)須布線，可以不受現(xiàn)實(shí)地理?xiàng)l件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要。只要在需要的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過(guò)高速線路將因特網(wǎng)接入。這樣，在“熱點(diǎn)”所發(fā)射出的電波的覆蓋范圍內(nèi)，用戶只要將支持無(wú)線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。4)健康安全。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過(guò)100毫瓦，實(shí)際發(fā)射功率約60毫瓦-70毫瓦，而手機(jī)的發(fā)射功率約200毫瓦--l瓦間，手持式對(duì)講機(jī)高達(dá)5瓦。與后者相比，WiFi產(chǎn)品的輻射更小。

5)WiFi應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍。支持WiFi的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，像手機(jī)、MP4、電腦等，基本上已經(jīng)成為了主流標(biāo)準(zhǔn)配置。而且由于WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠很好地實(shí)現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，適合充當(dāng)家庭中的主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，家里的其他具備WiFi功能的設(shè)備，如電視機(jī)、影碟機(jī)、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機(jī)等，都可以通過(guò)WiFi建立通信連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭的數(shù)字化與無(wú)線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。

2．WiFil作方式

WiFi定義了兩種類(lèi)型的設(shè)備。一種是無(wú)線站。通常通過(guò)一臺(tái)PC機(jī)加上一塊無(wú)線網(wǎng)卡構(gòu)成。另一種稱(chēng)為無(wú)線接入點(diǎn)(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)通常由一個(gè)無(wú)線輸出口和一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)接口（802.3接口）構(gòu)成，橋接軟件符合802.ld橋接協(xié)議。接入點(diǎn)就像是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)無(wú)線基站，將多個(gè)無(wú)線的接入站聚合到有線的網(wǎng)絡(luò)上。

WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)至少有一個(gè)和有線網(wǎng)絡(luò)連接的無(wú)線接入點(diǎn)，還包括一系列無(wú)線的終端站。由于很多用戶需要訪問(wèn)有線網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備或服務(wù)，所以基本上都會(huì)采用這種模式。ad hoc模式，也稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的WiFi的實(shí)現(xiàn)

3.1 以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部Internet相連互通，在家庭內(nèi)網(wǎng)和外部Internet之間需要一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)是整個(gè)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，并且同外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一方面還負(fù)責(zé)對(duì)家庭中網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行管理和控制。家庭中的網(wǎng)絡(luò)終端也通過(guò)這個(gè)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)連通。實(shí)現(xiàn)交互和信息共享。同時(shí)，該網(wǎng)關(guān)還應(yīng)有防火墻能力，能夠避免外界網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的非法訪問(wèn)和攻擊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 WiFi技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)

在家庭網(wǎng)絡(luò)中，WiFi主要應(yīng)用在各種信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)上。我們可以使用個(gè)人電腦、手持網(wǎng)絡(luò)終端或者遙控器與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)各種信息家電實(shí)施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)服務(wù)器的角色，控制設(shè)備對(duì)各種信息家電的控制也通過(guò)網(wǎng)關(guān)完成。這樣有利于實(shí)現(xiàn)胖服務(wù)器—瘦客戶端的結(jié)構(gòu)。

3.2.1家庭網(wǎng)關(guān)模塊 家庭網(wǎng)關(guān)是我們整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心部件。所有的信息家電以及控制設(shè)備都要連接到這個(gè)網(wǎng)關(guān)上。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還要與外部Intemet互連。那么網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應(yīng)用和圖形用戶界面。完成此功能的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。其應(yīng)用層采用統(tǒng)一設(shè)備管理協(xié)議(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3來(lái)進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的添加、刪除、狀態(tài)查詢、參數(shù)配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端位各信息家電和控制設(shè)備，客戶為家庭網(wǎng)關(guān)。

家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式Linux進(jìn)行架構(gòu)。由嵌入式Unux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應(yīng)用。用戶可以通過(guò)身份鑒別后登錄家庭網(wǎng)關(guān)，并使用系統(tǒng)提供的圖形控制界面對(duì)信息家電進(jìn)行控制和管理。

家庭網(wǎng)關(guān)同時(shí)支持嵌入式Web服務(wù)器。當(dāng)我們合法登錄后，就可以使用該服務(wù)器提供的Web頁(yè)面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各種信息家電進(jìn)行管理和控制。嵌入式的Web服務(wù)器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應(yīng)用最為廣泛的HTTP服務(wù)器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器端的擴(kuò)展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)CCI程序。

家庭網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)后，完成系統(tǒng)的初始化，并加載相關(guān)的服務(wù)。將接收到的用戶的控制或查詢命令進(jìn)行處理，CCI程序?qū)⒚钷D(zhuǎn)換成為UDCP報(bào)文，通過(guò)WiFi模塊發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的信息家電或控制設(shè)備。同時(shí)，家庭網(wǎng)關(guān)還通過(guò)WiFi來(lái)接收信息家電的當(dāng)前狀態(tài)信息，通過(guò)處理后將其反饋給控制設(shè)備，以便用戶使用。

3.2.2信息家電模塊

信息家電上的WiFi功能有兩種實(shí)現(xiàn)模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態(tài)?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多家用電器比如電視機(jī)、DVD等都已經(jīng)具備了此功能。第二種是對(duì)原本不帶WiFi功能的家用電器進(jìn)行WiFi擴(kuò)展?？蛇x用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應(yīng)的開(kāi)發(fā)包進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)展。由于信息家電的高端功能都由家庭網(wǎng)關(guān)來(lái)完成，所以可以不用實(shí)現(xiàn)WiFi的上層協(xié)議，只實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。

信息家電將自身采集到的各種狀態(tài)信息傳遞給其自身的或者是擴(kuò)展的微控制器，微控制器接收到這些數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換成UDCP報(bào)文，并通過(guò)WiFi模塊將其發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。同時(shí)，信息家電還通過(guò)WiFi模塊接受來(lái)自家庭網(wǎng)關(guān)的信息，處理后轉(zhuǎn)換成對(duì)家電的控制或查詢，并將其隨后的狀態(tài)信息由WiFi模塊反饋給家庭網(wǎng)關(guān)。

4．結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在越來(lái)越多的家用電器及電子產(chǎn)品開(kāi)始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關(guān)軟件的發(fā)展將會(huì)使家用電器完成功能上的飛躍。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各種家電連接，可實(shí)現(xiàn)功能上的重構(gòu)和資源的再配置。

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網(wǎng)絡(luò)功能的家用電器通過(guò)無(wú)線技術(shù)連接成局域網(wǎng)絡(luò)，并與外部Internet相連，構(gòu)成智能化、多功能的現(xiàn)代家居智能系統(tǒng)將會(huì)成為新的流行趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐思敏．WIFI技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．

第四篇：虛擬演播室技術(shù)總結(jié)

擬演播室的前身今世

虛擬演播室是由傳統(tǒng)的色鍵技術(shù)發(fā)展而來(lái)。它可以把現(xiàn)場(chǎng)視頻與計(jì)算機(jī)影像實(shí)時(shí)地?zé)o縫地合成在一起，是對(duì)傳統(tǒng)的電視演播室技術(shù)的一次重大變革。本文討論了虛擬演播室系統(tǒng)的原理，技術(shù)途徑以及當(dāng)前所面臨的問(wèn)題。

在現(xiàn)代社會(huì)中，隨著電視成為最廣泛的大眾傳播媒介和娛樂(lè)工具，電視觀眾對(duì)于電視的欣賞口味正在不斷提高，而且，對(duì)于電視制作及電視技術(shù)也提出了更高的要求。為滿足這種電視制作的要求，電視技術(shù)迅速的向數(shù)字化、多媒體方向發(fā)展，虛擬演播室技術(shù)已成為近年來(lái)的新熱點(diǎn)。實(shí)際上，虛擬技術(shù)早已在軍事、科研、氣象、建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而進(jìn)入電視、電影制作領(lǐng)域還只是近幾年的事情。如電影《侏羅紀(jì)公園》、《阿甘正傳》，在其后期制作中，將實(shí)拍的人物與電腦繪制的虛擬景物有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，給觀眾以全新的視覺(jué)享受。但這種需要大量時(shí)間進(jìn)行后期合成的方式無(wú)法滿足現(xiàn)代電視生產(chǎn)周期短、時(shí)效性強(qiáng)的需求，因此虛擬演播室技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

虛擬演播室技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世，便被電視制作領(lǐng)域認(rèn)可和接受。在韓國(guó)總統(tǒng)選舉和美國(guó)總統(tǒng)選舉的電視轉(zhuǎn)播中，電視觀眾已看到采用了RT-SET虛擬演播室所帶來(lái)的耳目一新的轉(zhuǎn)播效果?，F(xiàn)在，全球已有數(shù)十家電視臺(tái)及制作公司采用了虛擬演播室。這一技術(shù)使電視導(dǎo)演可以擺脫時(shí)間、空間及道具制作方面的限制，在廣泛的想象空間中進(jìn)行自由創(chuàng)作。虛擬演播室是建立在高速圖形計(jì)算機(jī)和視頻色鍵基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的演播室技術(shù)。在虛擬演播室系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)視頻可以實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維圖形完美無(wú)缺地集成在一起，構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)實(shí)中不存在的，但是在電視畫(huà)面上卻又起到演播室作用的那種假想的新的環(huán)境和氣氛，并可極為靈活地根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制。一臺(tái)工作站可與多臺(tái)攝像機(jī)連接，攝像機(jī)可在虛擬演播室中隨意移動(dòng)，它突破了傳統(tǒng)布景、道具、燈光、場(chǎng)地等演播室制作工藝的限制，虛擬模型可使用戶在布景、拆景及貯存道具方面節(jié)省大量開(kāi)支。同時(shí)，用戶還可以通過(guò)建立三維模型得到真實(shí)道具所不能達(dá)到的特殊效果。技術(shù)制作人員可以利用鼠標(biāo)器來(lái)激活或改變場(chǎng)景中的任何事物。虛擬演播室無(wú)需很大，可是卻為制作人員提供了無(wú)限的自由創(chuàng)造空間。無(wú)疑，虛擬演播室可以極大地提高電視臺(tái)對(duì)節(jié)目的創(chuàng)作和制作能力，對(duì)開(kāi)拓電視節(jié)目空間，降低節(jié)目制作費(fèi)用有著十分重要的意義。因此，受到了影視界，特別是電視節(jié)目制作人員的青睞。

二、虛擬演播室技術(shù)

虛擬演播室除了傳統(tǒng)演播室所具有的裝置外，還必須有能獲取攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以及能實(shí)時(shí)生成與前景圖像保持正確透視關(guān)系的背景圖像。最后，來(lái)自攝像機(jī)的前景和生成的背景在色鍵合成器中合成并輸出。攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獲取

攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)（變焦zoom；聚焦focus；光圈zris），機(jī)頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)（搖移pan；俯仰tilt），及空間位置參數(shù)（地面位置X、Y和高度Z）等。這些參數(shù)的獲取對(duì)虛擬演播室系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機(jī)的這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即機(jī)械跟蹤方式和圖像分析識(shí)別方式。

1）機(jī)械跟蹤方式

這種攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)采集攝像機(jī)的位置及透視數(shù)據(jù)，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測(cè)量攝像機(jī)的鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)，需要在攝像機(jī)鏡頭上安裝附加裝置。這個(gè)裝置中包含有傳感器和有關(guān)電子裝置，稱(chēng)為鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)編碼器。這是一種精確的旋轉(zhuǎn)編碼器。鏡頭編碼器通過(guò)托架與鏡頭上變焦環(huán)和聚焦環(huán)的齒輪緊密咬合。當(dāng)變焦環(huán)或聚焦環(huán)發(fā)生位置變化時(shí)，編碼器能夠檢測(cè)出上、下、左、右擺動(dòng)的細(xì)微角度并將其編碼輸出。信息數(shù)據(jù)通常通過(guò)一些串行接口類(lèi)型如RS-232或RS-422傳送給計(jì)算機(jī)。

攝像機(jī)的地面位置X、Y及高度Z也可用類(lèi)似的編碼器方式測(cè)量，即用相應(yīng)的傳感器檢測(cè)攝像機(jī)的升降和云臺(tái)腳的轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)其參數(shù)值進(jìn)行編碼。X、Y及Z

跟蹤器允許傳感攝像機(jī)上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過(guò)，用這種方式測(cè)得的X、Y參數(shù)精度較低；另有一種測(cè)量X、Y參數(shù)的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺(tái)上安裝一個(gè)專(zhuān)用廣角攝像機(jī)，同時(shí)在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過(guò)廣角攝像機(jī)掃描條形碼可測(cè)量出攝像云臺(tái)在演播室中的絕對(duì)位置。這種方式精度較高，但缺點(diǎn)是必須保證條形碼處于廣角攝像機(jī)的視野范圍之內(nèi)，否則就無(wú)法確定位置。有些系統(tǒng)可同時(shí)使用兩種方式確定X、Y位置，即當(dāng)廣角攝像機(jī)能拍攝到條形碼時(shí)，采用讀條形碼法，而當(dāng)廣角攝像機(jī)無(wú)法拍攝到條形碼時(shí)（例如中間有遮擋物），則自動(dòng)轉(zhuǎn)到對(duì)云臺(tái)腳輪轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼方式。利用機(jī)械跟蹤方式有許多優(yōu)點(diǎn)，主要有：

(1)測(cè)量攝像機(jī)參數(shù)可以達(dá)到非常精確，旋轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到0.001°，移動(dòng)距離可以達(dá)到0.01毫米的精確度，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理時(shí)間短。

2單顏色藍(lán)背景，無(wú)需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍(lán)色背景而不用擔(dān)心照亮網(wǎng)格。攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)不受限制，因此允許攝像機(jī)有更好的拍攝角度；演員更容易接受虛擬場(chǎng)景。演員在藍(lán)色舞臺(tái)范圍內(nèi)可以任意速度自由活動(dòng)，不受限制；自由使用真實(shí)的藍(lán)色支持道具，不用擔(dān)心遮擋網(wǎng)格。

(3)跟蹤數(shù)據(jù)沒(méi)有延時(shí)?？梢?0Hz速率進(jìn)行搖移、俯仰及變焦，無(wú)需額外的工作站處理跟蹤信息。

(4)在合成拍攝過(guò)程中可以很容易處理陰影，無(wú)需進(jìn)行額外的修補(bǔ)不足之處。

同時(shí)機(jī)械跟蹤系統(tǒng)也有許多缺點(diǎn)，由于這種方式必須在攝像機(jī)鏡頭及云臺(tái)上安裝專(zhuān)用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機(jī)的種類(lèi)及數(shù)量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺(tái)攝像機(jī)必須有一個(gè)跟蹤器；其次，不能使用手持式攝像機(jī)，因?yàn)閿z像機(jī)的機(jī)械跟蹤系統(tǒng)部分過(guò)于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度；再次，機(jī)械跟蹤需要對(duì)攝像機(jī)的鏡頭進(jìn)行精確的測(cè)量，校正困難；最后就是定位，在拍攝之前，需要一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程來(lái)獲取攝像機(jī)的初始位置和方向。

2）圖像分析識(shí)別方式

機(jī)械跟蹤方式是直接對(duì)攝像機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而圖像分析識(shí)別方式與之截然不同，是利用圖像分析識(shí)別技術(shù)在拍攝期間同步控制并檢測(cè)攝象機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置參數(shù)（X、Y、Z），水平轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)和變焦參數(shù)，所有這些參數(shù)都被轉(zhuǎn)化成位置參數(shù)，這就使得攝像師能夠在拍攝過(guò)程中隨意移動(dòng)攝象機(jī)，而且也不需要特殊的攝像機(jī)。目前已在使用的一種在藍(lán)箱正面有用淺藍(lán)色組成的網(wǎng)格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網(wǎng)格圖案以兩種不同的藍(lán)色形狀繪制于籃背景上，藍(lán)背景整體采用與傳統(tǒng)演播室相同的藍(lán)色，因此仍可利用色鍵合成技術(shù)。攝像機(jī)拍攝這種圖案后，與計(jì)算機(jī)跟蹤軟件及硬件預(yù)先確定的模型進(jìn)行對(duì)比，以確定物體與虛擬場(chǎng)景的透視關(guān)系及距離。所以，當(dāng)啟動(dòng)攝像機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)藍(lán)背景網(wǎng)格進(jìn)行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測(cè)出其亮度的變化，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出每一幅圖像中由于攝象機(jī)運(yùn)動(dòng)而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數(shù)的變化。這些參數(shù)被送入圖形工作站中，控制著用計(jì)算機(jī)制作出的虛擬場(chǎng)景中的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，這樣，在虛擬的攝像機(jī)中看到的場(chǎng)景中的物體的位置及透視關(guān)系與實(shí)際拍攝的攝像機(jī)完全一致。這種圖像識(shí)別技術(shù)解決了用傳感器的攝像機(jī)系統(tǒng)所造成的限制及校準(zhǔn)要求，便于攝影師能運(yùn)用各種攝像機(jī)以不同的角度進(jìn)行拍攝。數(shù)字視頻中包含有大量的數(shù)據(jù)流，需進(jìn)行數(shù)億次的圖形計(jì)算，從而導(dǎo)致了圖形工作站產(chǎn)生的圖像滯后于現(xiàn)場(chǎng)攝象機(jī)拍攝畫(huà)面7～15個(gè)圖像幀的延遲。為了解決這個(gè)問(wèn)題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達(dá)到攝象機(jī)圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機(jī)的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。

采用圖像分析法有很多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是：

(1)不需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行改造，無(wú)需鏡頭校準(zhǔn)。

(2)可直接使用演播室原有的攝像機(jī)，甚至是便攜式攝像機(jī)。

(3)同一個(gè)跟蹤器可同時(shí)用于一個(gè)以上的攝象機(jī)。

(4)攝像機(jī)可以不用軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

但這種方式也存在很多不足之處。

(1)由于這種方式要對(duì)圖像進(jìn)行分析、計(jì)算，所以數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng)，加大了視頻延時(shí)量。

(2)用這種方式獲得的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精度比機(jī)械傳感器的精度低。

(3)當(dāng)參考點(diǎn)不在當(dāng)前視野時(shí)，跟蹤系統(tǒng)有可能失去方向，必須準(zhǔn)確知道參考點(diǎn)的坐標(biāo)，使攝象機(jī)移動(dòng)時(shí)維持住正確的相對(duì)位置。在藍(lán)室內(nèi)標(biāo)記參考點(diǎn)也不是一件容易的事情，這種精確的藍(lán)色圖案必須被繪制在藍(lán)背景之上，它必須有別于藍(lán)底，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案在制作色鍵過(guò)程的陰影很難處理，同時(shí)合成后又應(yīng)該是不可見(jiàn)的。攝像機(jī)拍攝不能垂直于藍(lán)色網(wǎng)格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準(zhǔn)確定位。另外，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案很難保持良好的鍵的質(zhì)量。

(4)當(dāng)攝像機(jī)散焦或者攝取畫(huà)面中圖像信息量過(guò)少時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機(jī)的焦點(diǎn)必須始終保證在網(wǎng)格上，真實(shí)的演員有時(shí)會(huì)顯得模糊。

圖像分析識(shí)別方式和機(jī)械跟蹤方式是虛擬演播室常用的兩種獲得攝象機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，各有千秋。背景的生成1）虛擬場(chǎng)景的制作

在虛擬節(jié)目準(zhǔn)備中的一個(gè)重要任務(wù)就是建立三維場(chǎng)景。虛擬演播室的背景圖像可以是來(lái)自錄像機(jī)或攝像機(jī)的活動(dòng)視頻，也可以是靜止圖像等，但使用最多的是由計(jì)算機(jī)創(chuàng)作的二維或三維圖形CG（Computer Graphics），即虛擬場(chǎng)景。這些場(chǎng)景用三維軟件及材質(zhì)完成。藝術(shù)導(dǎo)演可以用開(kāi)放的平臺(tái)及軟件例如softimage、Wavefront、Alias或Multigen建立三維場(chǎng)景，并把它們直接送進(jìn)系統(tǒng)，也可以在三維數(shù)據(jù)庫(kù)中選用，同時(shí)還可使用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)畫(huà)軟件工具對(duì)三維模型進(jìn)行修改處理。

2）實(shí)時(shí)生成背景

實(shí)時(shí)生成背景是指在攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)控制下，背景生成裝置對(duì)制作好的背景信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)生成與前景有正確透視關(guān)系的背景圖像。所謂實(shí)時(shí)，是指生成速度可達(dá)到50場(chǎng)/秒。系統(tǒng)的用戶界面由安裝工具及現(xiàn)場(chǎng)制作工具組成1）安裝工具用于確定各種虛擬場(chǎng)景的部件、模型、材質(zhì)、視頻物體、動(dòng)畫(huà)等。另外，用戶可以預(yù)設(shè)許多表單，每一個(gè)表單都包括一系列的操作指令，用以在節(jié)目拍攝過(guò)程中進(jìn)行演示。這些操作可包括攝像機(jī)的切換、三維場(chǎng)景的改變、觸發(fā)一個(gè)動(dòng)畫(huà)等。這些表單存儲(chǔ)在內(nèi)存中，每一個(gè)都可用鼠標(biāo)按鈕一觸即發(fā)。事實(shí)上，這些表單組成節(jié)目制作的序列表。安裝工具完成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括所有模型及序列信息。

2）現(xiàn)場(chǎng)工具可以合成來(lái)自安裝工具的信號(hào)及來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的信號(hào)。用戶通過(guò)用戶界面控制節(jié)目流程，這個(gè)用戶界面允許他們選擇所期望的任一時(shí)刻的特技及操作。另外，預(yù)定的序列表可以圖形化，并且用戶可以選擇任一預(yù)先確定的表單來(lái)完成自動(dòng)運(yùn)行的一系列操作。所有上述的步驟都可輕易地實(shí)時(shí)完成。藍(lán)室設(shè)計(jì)和光照

1）藍(lán)室設(shè)計(jì)

由于虛擬演播室系統(tǒng)允許攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)，藍(lán)室設(shè)計(jì)變得非常重要。虛擬演播室的攝像室一般是由一面或多面藍(lán)墻和藍(lán)色的地板組成的“藍(lán)室”，對(duì)藍(lán)色舞臺(tái)沒(méi)有實(shí)際的物理尺寸限制，真實(shí)藍(lán)背景的大小可以決定有多少演員在虛擬場(chǎng)景中活動(dòng)。如果制作是相當(dāng)靜態(tài)的并只有極少的演員在活動(dòng)，那真實(shí)舞臺(tái)就可以極?。蝗绻谱餍枰谝粋€(gè)大的虛擬范圍中有許多演員活動(dòng)，那真實(shí)的背景就應(yīng)該非常大。演員背后的更大的藍(lán)色墻壁允許多種類(lèi)型的攝象機(jī)進(jìn)行盡可能的搖移。建立藍(lán)色的邊墻是另外一個(gè)得到更大視野范圍的辦法，可以因此得到最大的視角。有一件事需注意，正面臨近的墻的角度應(yīng)大于90度，這將更容易打燈光，并且墻壁之間也不會(huì)互相反射。而且，當(dāng)攝像機(jī)取遠(yuǎn)景時(shí)，不僅需要播音員身后是藍(lán)色，地板也要求是藍(lán)色的。地板應(yīng)該足夠大得包括陰影，否則落在真實(shí)背景之外的陰影將被剪除。有時(shí)這會(huì)為制作帶來(lái)一些麻煩。如果在真實(shí)布景中有折角，打光會(huì)非常困難，同時(shí)需要在鍵控器上進(jìn)行額外的調(diào)整來(lái)均勻明暗差異，這將使保留陰影變得更困難。圓滑的角落可以幫助減少燈光的明暗差異。

2）燈光

對(duì)虛擬演播室來(lái)說(shuō)燈光是最困難可又是最重要的問(wèn)題之一。在一些制作中，需要一些經(jīng)驗(yàn)豐富的燈光導(dǎo)演來(lái)處理虛擬演播室的燈光問(wèn)題是必不可少的。

在通常情況下，藍(lán)色舞臺(tái)需要被照得非常均勻。在虛擬演播室中通常用冷光。大多數(shù)經(jīng)常使用的冷光類(lèi)型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果沒(méi)有冷光，有時(shí)可以用蠟紙蓋住標(biāo)準(zhǔn)演播室的燈光來(lái)代替。建議亮度是120瓦左右。應(yīng)有燈光測(cè)量來(lái)保證燈光的均勻。燈光越均勻，用戶就越少需要在鍵控器上完成“修飾”。最少的修飾可更為容易保留陰影。

燈光應(yīng)經(jīng)常保持足夠高的角度來(lái)使陰影落在地面上而不是背景墻上。在大多數(shù)情況下，陰影應(yīng)該避免落在真實(shí)墻壁上，除非虛擬墻與真實(shí)墻的輪廓相似。這樣可以允許用戶制作虛擬演播室比真實(shí)演播室深得多的特技。地面上的陰影使觀眾看到真實(shí)的效果，真實(shí)物體與虛擬地面天衣無(wú)縫的聯(lián)接了起來(lái)。如果真實(shí)背景太小，真實(shí)陰影被突然剪掉會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果，小模型技術(shù)（例如在邊緣多邊形上利用透明度）可以幫助使陰影的邊緣平滑，有時(shí)這種方法可以解決上述問(wèn)題。

我們也極力推薦地面的輔助光。如果沒(méi)有來(lái)自下面的燈光，只能靠藍(lán)背景對(duì)燈光的反射來(lái)照亮前景物體的下面部分。這將降低鍵的質(zhì)量，并且藍(lán)色反射將會(huì)影響鍵的效果，同時(shí)還要注意下列一些問(wèn)題：

(1)由于地板與墻相對(duì)于光源有不同的方向，因而會(huì)有不同的光強(qiáng)，沿邊界的部分將表現(xiàn)的最為明顯，前景的被攝物光強(qiáng)和色調(diào)應(yīng)與背景協(xié)調(diào)。所以把墻與地板間設(shè)計(jì)成一個(gè)弧度，比起直角來(lái)，能減弱光線上的差異，以獲得更理想的效果。另外過(guò)多的藍(lán)光反射在物體上。這種藍(lán)溢出在合成時(shí)能去掉，卻損失了側(cè)光和背光。

(2)影子問(wèn)題。演員及真實(shí)道具在藍(lán)室中投下的影子也要隨演員及道具一起進(jìn)入虛擬空間。為了更好地提取陰影，燈光的設(shè)置應(yīng)使陰影處的藍(lán)色電平與背景藍(lán)幕布的藍(lán)色電平有較大的區(qū)別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。

(3)為表現(xiàn)虛擬背景中反光地板上的影子效果，可在藍(lán)室地板上鋪設(shè)藍(lán)色透明塑料。虛擬演播室中的影子效果一般只限于地板，但如果要求演員或真實(shí)道具的影子投射到虛擬空間的墻壁上，就要在藍(lán)室中相應(yīng)于墻壁的位置上放一個(gè)大的藍(lán)色物體以產(chǎn)生這種陰影效果；如果要求影子投射到虛擬空間的不規(guī)則物體上，實(shí)際很難在藍(lán)室中用燈光模擬出逼真的影子效果。另外，在藍(lán)室中可以放置藍(lán)色的物體，再用虛擬物體覆蓋它們，并要做到，允許虛擬物體支撐或碰撞實(shí)際的物體。

虛擬演播室系統(tǒng)雖然不局限于藍(lán)色，但藍(lán)色有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是藍(lán)色能更好地保護(hù)人體的皮膚顏色；其次，物體周?chē)乃{(lán)色弱色調(diào)沒(méi)有綠邊弱色調(diào)顯眼；三是演員們?cè)谒{(lán)色環(huán)境中工作要比綠或紅色環(huán)境中愉快。

三、幾種虛擬演播室系統(tǒng)簡(jiǎn)介采用機(jī)械跟蹤方式的虛擬演播室系統(tǒng)

主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM兩種型號(hào)

1）RT-SETTM公司的Larus虛擬演播室系統(tǒng)適用于節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)直播。它是在現(xiàn)場(chǎng)直播時(shí)能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)視頻和三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)合成的強(qiáng)有力的系統(tǒng)。三維圖形能在圖形制作中不斷地更新，并根據(jù)演播室攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的位置顯示出正確的透視圖，LarusTM虛擬演播室系統(tǒng)包括了一系列完整的制作工具，能確保連續(xù)不斷播出的質(zhì)量。操作者能輕松地在制作過(guò)程中創(chuàng)建或修改場(chǎng)景、特技和動(dòng)畫(huà)。它可使用任何當(dāng)今通用的軟件包來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)；該系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是具有用燈光提示演員走位的功能。

2）RT-SET公司的OtusTM虛擬演播室系統(tǒng)是一種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)視頻到母帶制作的虛擬技術(shù)。OtusTM通過(guò)RT-SET的先進(jìn)技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)播出和視頻制作演播室轉(zhuǎn)變成為一種經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用方式――即現(xiàn)場(chǎng)視頻到母帶的應(yīng)用方式。OtusTM具備有數(shù)據(jù)庫(kù)透視變化、不受限制的攝像機(jī)移動(dòng)、可連接無(wú)數(shù)臺(tái)攝像機(jī)等先進(jìn)的功能。

RT-SET的虛擬演播室系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

1）攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)不受任何約束和限制，可以X、Y運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)。沿X軸旋轉(zhuǎn)，提升，聚焦和變焦，而在聚焦和變焦時(shí)圖像處在正確的透視位置；對(duì)演播室的尺寸和形狀毫無(wú)限制。利用“演播室繪圖工具”可高效地虛擬物體放置在實(shí)際演播室界線內(nèi)，可以與市場(chǎng)上任何軌跡傳感跟蹤器相連接，可實(shí)時(shí)操作活動(dòng)視頻信號(hào)在虛擬物體上的投影。

2）RT-SET所有的系統(tǒng)配置都基于相同的源碼，一個(gè)系統(tǒng)可方便地升級(jí)至更高級(jí)的系統(tǒng)或進(jìn)行單純的軟件升級(jí)，并可根據(jù)演播室已有設(shè)備、所需設(shè)備及系統(tǒng)的使用要求等情況重組配置。任一攝像機(jī)都可被安裝在一個(gè)具備搖移／俯仰等控制臺(tái)上或一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)上。這些配置可被分為三個(gè)類(lèi)型：

(1)頂級(jí)配置包括RT-SET軟件及電路的最高、最新版本、全面的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、不限數(shù)量的演播室攝像機(jī)、一臺(tái)帶兩個(gè)CPU（或更多）的SGI Onyx2、以及兩個(gè)（或更多）Sirius視頻板的工作站。這個(gè)配置的特點(diǎn)包括在攝像機(jī)或三維場(chǎng)景之間漸隱或切換、動(dòng)畫(huà)、相互作用的視頻、特技及其它。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)操作。

(2)高級(jí)配置與頂級(jí)有著相似特點(diǎn)，但是可以節(jié)省設(shè)備的數(shù)量。它可以使用一個(gè)帶Sirius板的單CPU Onyx，運(yùn)動(dòng)控制不再必須包括在內(nèi)。另外，攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)及數(shù)量可以明顯少于那些在頂級(jí)配置中的要求。此系統(tǒng)也可實(shí)時(shí)進(jìn)行操作。

(3)經(jīng)濟(jì)型配置的最大不同之處在于它不以實(shí)時(shí)進(jìn)行操作；它被設(shè)計(jì)成后期應(yīng)用的系統(tǒng)。此配置使用價(jià)格低廉的電路及低檔計(jì)算機(jī)平臺(tái)，并只允許最多三個(gè)攝像機(jī)。同時(shí)也可以在這三種配置之間進(jìn)行組合。SGI在拍攝過(guò)程中不斷跟蹤、接受攝像機(jī)位置信息，同時(shí)工作站中的圖形處理器實(shí)時(shí)處理三維場(chǎng)景，為攝像機(jī)提供一個(gè)新視角的三維畫(huà)面，處理的結(jié)果通過(guò)SGI視頻板以視頻格式輸出。虛擬演播室系統(tǒng)的視頻及鍵輸出到傳統(tǒng)的演播室切換臺(tái)及類(lèi)似的設(shè)備中，同時(shí)提供一個(gè)視頻同步信號(hào)。在高級(jí)配置以上，允許現(xiàn)場(chǎng)視頻通過(guò)SGI Sirius送進(jìn)虛擬演播室。這個(gè)視頻可做為背景或三維場(chǎng)景的一部分在虛擬演播室內(nèi)重放，同時(shí)還可制作花樣繁多的特技效果。輸入的視頻可以是任何一種視頻格式。系統(tǒng)可以很容易地與演播室已有的設(shè)備進(jìn)行合成。采用圖像分析識(shí)別方式的虛擬演播室系統(tǒng)主要有

1)ORAD公司（以色列）的Cyberset系統(tǒng)

該虛擬演播室系統(tǒng)依靠DVP處理器及一臺(tái)Ony×2個(gè)人工作站為基礎(chǔ)，再配以藍(lán)色背景網(wǎng)格及專(zhuān)用軟件，從而將被攝者與電腦制作的三維圖像融為一體。該虛擬演播室系統(tǒng)能夠與任何類(lèi)型和任何數(shù)量攝像機(jī)配合使用，甚至能與任何數(shù)量的演播室，包括與異地演播室配合使用。攝像機(jī)的鏡頭可采用任何型號(hào)普通鏡頭，并且不必進(jìn)行特別的調(diào)校。該虛擬演播室能與多種軟件配合使用。并且能夠在播出中進(jìn)行布景、物體、燈光及特殊效果的修改。該虛擬演播室系統(tǒng)在帶有一堵“網(wǎng)格編碼墻”的演播室中工作，這種編碼模式由兩種不同亮度的藍(lán)色交叉排成網(wǎng)格組成。當(dāng)啟動(dòng)攝像機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)藍(lán)背景網(wǎng)格進(jìn)行定位追蹤，進(jìn)行精密計(jì)算，自動(dòng)實(shí)時(shí)分析并調(diào)整虛擬背景，使它的視角與攝像機(jī)的視角完美配合。

2)RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統(tǒng)

RT-SET的Ibis是一種低價(jià)位的、易于維護(hù)的虛擬演潘室系統(tǒng)。它采用先進(jìn)的2D即插即用式系統(tǒng)，只需最簡(jiǎn)單的安裝。系統(tǒng)平臺(tái)是以SGI O2制圖工作站為基礎(chǔ)，以50Hz／60Hz速率進(jìn)行操作，Ibis系統(tǒng)的所有硬件和軟件將來(lái)都可升級(jí)至RT-SET的Larus系統(tǒng)，而不會(huì)有損失和浪費(fèi)。此系統(tǒng)不需要特殊培訓(xùn)，甚至在制作中也無(wú)需專(zhuān)業(yè)的操作人員。它不需要復(fù)雜的3D模型工具，并且可以從任何標(biāo)準(zhǔn)的圖形軟件節(jié)目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的圖形。即便非常大的圖像也可在系統(tǒng)中被方便地合成及使用，并同時(shí)保持廣播級(jí)質(zhì)量。

在使用Ibis進(jìn)行制作的過(guò)程中，攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)不受限制，即在使用色鍵的同時(shí)，攝像機(jī)也可進(jìn)行搖移、俯仰、快速變焦及聚焦運(yùn)動(dòng)。RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統(tǒng)與傳統(tǒng)色鍵比較有許多不同之處。由于它的獨(dú)特性、極高分辨率的背景能力及逼真的邊緣效果，Ibis具有靈活、逼真特點(diǎn)的2D虛擬設(shè)置系統(tǒng)。對(duì)于象新聞和體育比賽這類(lèi)節(jié)目來(lái)說(shuō)，它尤為適用。

通過(guò)結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)并降低成本，RT-SET的Ibis可把標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)背景演播室轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)虛擬演播室。IBIS這種經(jīng)濟(jì)的、簡(jiǎn)單易用的基本的虛擬演播室為攝像師、制片人及導(dǎo)演提供了一種增強(qiáng)功能的最佳選擇。

Ibis的主要特性

(1)無(wú)限制的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)，包括搖移、俯仰、快速聚焦及變焦；自動(dòng)景深支持，提供真實(shí)復(fù)合圖像；背景圖像可比在屏幕上顯示的圖像大得多，可為4,096×4,096像素，可用虛擬背景擴(kuò)大并覆蓋實(shí)景中的非藍(lán)背景，并且不會(huì)丟失逼真的背景圖像，這可支持很大范圍的搖移、俯仰及快速聚焦運(yùn)動(dòng)；可以方便地與RT-SET的Larus（3D直播虛擬演播室系統(tǒng)）進(jìn)行連接。此優(yōu)點(diǎn)極適合轉(zhuǎn)播車(chē)和小型演播室。

(2)帶劃像和DVE特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)視頻源的窗口可以任何尺寸被放置在設(shè)定中的任一位置。它可被劃像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系統(tǒng)接受高分辨率的圖像，前景和背景圖象可以與一個(gè)Alpha鍵控器連接以便使物體放在素材之前或之后。

(3)直觀的并可自己進(jìn)行擴(kuò)展的界面，可在一個(gè)窗口內(nèi)連接所有功能；插入式界面可連接內(nèi)部設(shè)備和制圖SFX；在虛擬設(shè)定中可選DVE界面用于多視頻窗口。

四、幾點(diǎn)考慮

虛擬演播室技術(shù)正處于發(fā)展階段，仍存在很多問(wèn)題。例如，虛擬背景的逼真性還不能令人滿意。其原因除了軟件功能存在缺陷外，硬件的速度問(wèn)題也是一個(gè)制約的因素。另外，對(duì)于攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獲取，不論采用何種方式，都存在局限性，有待于改進(jìn)。除了技術(shù)上的問(wèn)題之外，虛擬演播室對(duì)節(jié)目制作人員也提出了新的要求。它的創(chuàng)作也更加復(fù)雜，不再是一兩個(gè)人就能充分使用好的系統(tǒng)，它需要導(dǎo)演、創(chuàng)意者、美術(shù)設(shè)計(jì)、二維建模者、三維建模者，演員及虛擬系統(tǒng)的操作者等人員的通力配合。能否真正發(fā)揮虛擬演播室的功能，創(chuàng)作出高質(zhì)量的特技效果，還在于制作者的想象力和他們之間的配合。

盡管如此，虛擬演播室的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，它可制作出實(shí)際不存在的或難以制作的場(chǎng)景，并可以在瞬間改變場(chǎng)景，因此可創(chuàng)作出更豐富、更吸引人的節(jié)目。另外，由于場(chǎng)景的制作、修改、保存等都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，因此可降低節(jié)目制作費(fèi)用，節(jié)省空間，提高演播室的利用率等等。虛擬演播室雖然具有諸多的優(yōu)越性，但它的普及和推廣仍有一定的難度。

虛擬機(jī)價(jià)格昂貴，設(shè)備一次性投資很大。比較先進(jìn)的機(jī)型要近百萬(wàn)美元，即使是入門(mén)機(jī)每套也要十幾萬(wàn)美元，各地電視機(jī)構(gòu)只能根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)實(shí)力量力而行。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種技術(shù)不但能節(jié)約大量制作布景的投資，而且還能省掉布景和道具的存儲(chǔ)空間和外景場(chǎng)地。

虛擬演播室技術(shù)本身是一項(xiàng)不斷發(fā)展、不斷改進(jìn)的新技術(shù)，具有旺盛的生命力，在日后的節(jié)目制作中，它將進(jìn)一步體現(xiàn)其優(yōu)越性，發(fā)揮更大的作用。

第五篇：醫(yī)院容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)與虛擬化技術(shù)

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醫(yī)院容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)與虛擬化技術(shù)

作者：王歡 高向濤

來(lái)源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2012年第08期

摘 要：醫(yī)院的醫(yī)療信息覆蓋面廣，數(shù)據(jù)量大，一旦數(shù)據(jù)破壞或丟失、就會(huì)給醫(yī)院造成不可估量的損失，但傳統(tǒng)的容災(zāi)方案存在建設(shè)難度高、成本居高不下、后期系統(tǒng)維護(hù)成本高等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行容災(zāi)備份系統(tǒng)建設(shè)是降低建設(shè)成本、提高資源利用率的有效方法。采用持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)和虛擬機(jī)技術(shù)共同構(gòu)建醫(yī)院信息系統(tǒng)高可用集群，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，可以有效地實(shí)現(xiàn)醫(yī)院信息系統(tǒng)的高可用性和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)備份，同時(shí)節(jié)約了成本，保證工作的不間斷運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：容災(zāi)； 虛擬化技術(shù)； 持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)； 高可用集群； 實(shí)時(shí)備份