CN101494017B - 三维动态展示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维动态展示系统，包括有三维模型雕刻系统和三维动态投影系统，其中，三维模型雕刻系统，用于在模型基材(5)上制作所需要的三维模型；三维动态投影系统，用于制作所需投影的内容，并通过投影使得三维模型雕刻系统所制作的三维模型上展现该投影内容。本发明公开的三维动态展示系统的展示内容和形式可以进行灵活调整，表现形式多样化，且制作迅速、造价低廉，适合大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及三维投影技术领域，特别是涉及一种三维动态展示系统。
背景技术
近年来，随着投影仪技术的进步，以此为基础的平面投影技术得到很大发展。平面投影在分辨率，色彩还原度以及亮度等方面质量的提升，使得平面投影的效果取得了质的飞跃，被广泛应用于会议报告、多媒体教学、文艺节目等领域。
人们通过使用平面投影项技术，能够根据自己的思路，将要展示的内容进行投影内容的设定，剪辑，以达到更好的投影效果。然而随着计算机3D技术的发展，越来越多的场合要求所进行的各种展示、汇报能够结合三维的实体模型技术，给观众一个更为直观、生动的视觉印象。
目前市场上的三维展示系统多为三维模型配以声、光、电技术。其中，三维模型多为手工堆砌，精度低，耗时长。近年来由于声、光、电技术的引进，使得三维模型的展示效果有了很大的提高，从而在园区宣传，楼盘展示，博物馆展览等领域得到了广泛应用。
但是，由以上技术构成的三维展示系统，存在制作耗时长，成本高，维护困难等缺点，而且这些系统一旦制作，只能用于一种用途，展示内容和形式都无法修改，表现形式单一，不具备持续的生命力，导致往往在一个很短的周期内，就会由于所需展示内容的变化而需要重新投入成本制作，使得三维展示系统的成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种三维动态展示系统，其展示内容和形式可以进行灵活调整，表现形式多样化，且制作迅速、造价低廉，适合大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种三维动态展示系统，包括有三维模型雕刻系统和三维动态投影系统，其中，
三维模型雕刻系统，用于在模型基材5上制作所需要的三维模型；
三维动态投影系统，用于制作所需投影的内容，并通过投影使得三维模型雕刻系统所制作的三维模型上展现该投影内容。
优选地，所述三维模型雕刻系统，包括：
三维雕刻计算机控制系统1，用于将所需加工的三维模型数据处理后实时发送给龙门机器人系统4，控制龙门机器人系统4在模型基材上进行雕刻；
PCI多轴运动控制卡2，与三维雕刻计算机控制系统1相连接，用于计算出龙门机器人系统4每一时拍的XYZ轴的电机转数；
龙门机器人系统4，与多轴运动控制卡2通过排线相连接，用于在接收到经过处理的三维模型数据后，控制其上的电机将夹持铣刀的机器人末端运动到三维模型数据所指定的位置，对模型基材5进行雕刻，形成三维模型6。
优选地，所述龙门机器人系统4对模型基材5进行雕刻的方式为分层加工方式。
优选地，所述PCI多轴运动控制卡2与三维雕刻计算机控制系统1通过PCI插槽3相连接，所述龙门机器人系统4与多轴运动控制卡(2)通过排线相连接。
优选地，所述三维模型雕刻系统还包括：模型打磨装置，该装置采用与模型基材相匹配的砂纸进行打磨，使三维模型的表面平整光滑；
以及单色处理装置，该单色处理装置用于对三维模型6进行单色处理，使得单色涂料均匀分布在在三维模型6的表面，形成经过单色处理后的三维模型8。
优选地，所述单色涂料为以钛白粉为基本材料的涂料。
优选地，所述三维动态投影系统包括：
三维动态投影计算机控制系统9，用于根据三维模型表达的信息进行编制，并根据所需要展示的内容进行修改，使三维投影的内容具备动态性；
投影设备11，用于在启动后，接收三维动态投影计算机控制系统9所发送过来的投影内容信息，并将该内容投放到三维单色模型8上，使三维单色模型8展示出立体的三维彩色信息，形成三维动态投影展示模型12。
优选地，所述三维单色模型8的正面必须与投影设备11的投射方向重合，其与投影设备11之间的距离根据投影的需要进行调整，投影设备11的投影到三维模型的面积与三维模型的面积相等且在物理上重叠。
优选地，所述模型基材5为密度可调的聚乙烯树脂基材。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明与现有技术相比，本发明提供的三维动态展示系统的展示内容和形式可以进行灵活调整，表现形式多样化，且制作迅速、造价低廉，适合大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的三维动态展示系统的结构示意图；
图2为本发明提供的三维动态展示系统中三维模型雕刻系统的结构示意图；
图3为本发明提供的三维动态展示系统中三维模型经过表面处理和单色处理后的变化示意图；
图4为本发明提供的三维动态展示系统中三维动态投影系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明提供的三维动态展示系统的结构示意图，参见图1，本发明的三维动态展示系统包括有三维模型雕刻系统和三维动态投影系统，其中：
三维模型雕刻系统101，用于在模型基材上制作所需要的三维模型；
在本发明中，该模型基材优选为采用密度可调的聚乙烯树脂基材。
三维动态投影系统102，用于制作所需投影的内容，并通过投影使得三维模型雕刻系统101所制作的三维模型上展现该投影内容。
参见图2，对于本发明所采用的三维模型雕刻系统101，包括有：
三维雕刻计算机控制系统1，用于将所需加工的三维模型数据处理后实时发送给龙门机器人系统4，控制龙门机器人系统4在模型基材上进行雕刻；
具体实现上，三维雕刻计算机控制系统1用于根据三维模型的数据进行龙门机器人系统4的轨迹规划，通过PCI插槽3控制PCI多轴运动控制卡2计算出龙门机器人系统4每一时拍的XYZ轴的电机转数，并发送给龙门机器人系统4；
PCI多轴运动控制卡2，与三维雕刻计算机控制系统1通过PCI插槽3相连接，用于计算出龙门机器人系统4每一时拍的XYZ轴的电机转数；
龙门机器人系统4，与多轴运动控制卡2通过排线相连接，用于在接收到经过处理的三维模型数据后，控制其上的电机将夹持铣刀的机器人末端运动到三维模型数据所指定的位置，对模型基材5进行雕刻，形成三维模型6。需要说明的是，模型基材5在雕刻过程中固定在龙门机器人系统4的加工空间内。
在本发明中，龙门机器人系统为三自由度机器人，在加工空间内由三个电机控制及伺服系统可进行XYZ三个平面的精确运动。机器人末端的铣刀由直流电机驱动，绕机器人Z轴旋转。龙门机器人系统根据三维模型的高度数据，通过末端铣刀对基材进行雕刻处理。为了保证三维模型的细节精度，在雕刻过程中采用多种铣刀结合的方法，铣刀直径有10mm、5mm及3mm三种。
本发明的三维模型雕刻系统结合了计算机控制系统、龙门机器人加工技术、自动化控制技术，所采用的模型基材5为密度可调的聚乙烯树脂基材，由计算机控制控制龙门机器人系统，将所需加工的三维模型数据处理后实时地发送给龙门机器人系统，龙门机器人接收到数据后，控制电机准确地将夹持铣刀的机器人末端运动到数据所指定的位置进行加工。经过实验证明，本发明的三维模型雕刻系统101所制作的三维模型尺寸范围可以达到2500mm*1200mm，高程落差可达500mm，加工时间不超过4小时。
参见图2，具体实现上，例如，三维模型雕刻系统的加工平台为龙门机器人，模型的加工尺寸为2500mm*1200mm*50mm，模型基材为聚乙烯树脂，基材的密度可调。运用上述的三维模型雕刻系统，具体的加工实现步骤为：三维雕刻计算机控制系统1根据三维模型的数据进行龙门机器人轨迹规划，通过PCI插槽3控制PCI多轴运动控制卡2计算出龙门机器人系统4每一时拍XYZ轴的电机转数。龙门机器人系统4接收PCI多轴运动控制卡2的命令，控制电机工作，将机器人末端铣刀精确控制到三维模型点，对固定在其加工范围中的模型基材5进行雕刻，在本发明中，龙门机器人系统4的雕刻方式采用分层加工方式，并采用刀具为5mm以及2mm的铣刀进行雕刻，最终形成三维模型6。
此外，在本发明三维模型雕刻系统制作的三维模型(6)中，由于铣刀的加工尺寸所限，会产生与铣刀尺寸相同大小的道，道与道之间由于存在高度差使得三维模型不太平整，影响视觉效果和三维动态展示效果。在本发明的三维模型雕刻系统101中，还包括模型打磨装置，该装置采用与模型基材相匹配的砂纸进行打磨，使三维模型的表面平整光滑，能够准确地反映三维模型的细节信息。
鉴于三维模型雕刻系统所制作的三维模型由于基材在空气中易氧化，导致表面颜色不一致，会影响投影的效果。同时，投影对被投影模型的表面平滑度及光泽度也有严格的要求，为了使本发明中的三维模型表面颜色统一，并符合投影相关要求。本系统的三维模型雕刻系统101中还包括单色处理装置，该单色处理装置用于对三维模型6进行单色处理，使得单色涂料均匀分布在在三维模型6的表面，形成经过单色处理后的三维模型8，如图3所示。具体实现步骤为：采用了特殊的单色涂料处理配方，单色涂料配方以钛白粉为基本原料，并配合相应的辅助剂。为了使涂料配方均匀地分布在三维模型表面，在进行涂料处理之前，在三维模型上先涂一层腻子膏，消除基材之间的缝隙。在涂料涂刷之后，将三维模型放置在干燥、通风的环境中自然风干，形成单色处理后三维模型(8)。该单色处理后三维模型具有细腻的纹理，光泽鲜艳，且具有很好的光线表现力，可以生动地反映投影的细节信息。
参见图4，本发明的三维动态投影系统102包括：
三维动态投影计算机控制系统9：该系统在本发明中负责投影内容的制作、播放。在物理上，本系统与投影设备相连接。投影内容与三维模型相结合，用于根据三维模型表达的信息进行编制，并根据所需要展示的内容进行修改，使三维投影的内容具备动态性。
所要进行编制的三维模型的表达内容可以是一系列与三维模型相关的图片系列或者是PPT演示讲稿以及与三维模型结合的视频片段。演示者可以通过计算机控制系统，运用有关图像处理的软件，对投影的内容进行实时地修改，如改变颜色，增加指示线段等，从而使得三维投影的内容具备动态性。
投影设备11：该投影设备在本发明中负责投影内容的投影工作。在物理上，与三维动态投影计算机控制系统9通过VGA(视频图形阵列)线10连接。投影设备11用于在启动后，接收三维动态投影计算机控制系统9所发送过来的投影内容信息，并将该内容投放到三维单色模型8上，使三维单色模型8表面具有颜色信息，展示所希望展示的内容，也就是使三维单色模型8展示出立体的三维彩色信息，形成三维动态投影展示模型12。
经过上述单色处理后形成的三维单色模型8为表面平整，具备一定光泽度的三维单色模型，在本发明中扮演投影内容载体的角色。它可根据具体的需要，固定在墙壁上或平置在地板上。在本发明中，需要说明的是，所述三维单色模型8的正面必须与投影设备11的投射方向重合，与投影设备11之间的距离根据投影的需要进行调整，投影设备11的投影到三维模型的面积与三维模型的面积相等且在物理上重叠。本发明将三维单色模型8固定在需要投影的位置，在其正前方放置投影设备，三维动态投影计算机控制系统9根据实时展示信息控制投影设备11发出具有颜色信息的光束，该光束投影到三维单色模型8上，展示出立体的三维彩色信息，形成三维动态投影展示模型12。
在本发明前两项成果的基础上，投影仪所投影范围覆盖整个三维模型。计算机控制所需投影的内容，通过投影仪的投影使三维模型上出现投影内容，实现三维投影技术。
综上所述，本发明提供的三维动态展示系统的展示内容和形式可以进行灵活调整，表现形式多样化，且制作迅速、造价低廉，适合大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。
本发明结合目前市场上已有的三维展示系统以及平面投影技术的优点，将解决目前三维展示系统中的单一展示，生命力不强以及平面投影中存在的无立体信息，展示内容不够生动的问题，改变目前人们对投影展示的认识，引起相关行业的技术变革。
本发明的应用场合包括军事沙盘展示，博物馆模型展示，产业园区宣传，汇报演讲等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种三维动态展示系统，其特征在于，包括有三维模型雕刻系统和三维动态投影系统，其中，
三维模型雕刻系统，用于在模型基材(5)上制作所需要的三维模型；
三维动态投影系统，用于制作所需投影的内容，并通过投影使得三维模型雕刻系统所制作的三维模型上展现该投影内容；
所述三维模型雕刻系统，包括：
三维雕刻计算机控制系统(1)，用于将所需加工的三维模型数据处理后实时发送给龙门机器人系统(4)，控制龙门机器人系统(4)在模型基材上进行雕刻；
PCI多轴运动控制卡(2)，与三维雕刻计算机控制系统(1)相连接，用于计算出龙门机器人系统(4)每一时拍的XYZ轴的电机转数；
龙门机器人系统(4)，与多轴运动控制卡(2)相连接，用于在接收到经过处理的三维模型数据后，控制其上的电机将夹持铣刀的机器人末端运动到三维模型数据所指定的位置，对模型基材(5)进行雕刻，形成三维模型(6)；
所述三维模型雕刻系统还包括：模型打磨装置，该装置采用与模型基材相匹配的砂纸进行打磨，使三维模型的表面平整光滑；
以及单色处理装置，该单色处理装置用于对三维模型(6)进行单色处理，使得单色涂料均匀分布在在三维模型(6)的表面，形成经过单色处理后的三维模型(8)。
2.如权利要求1所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述龙门机器人系统(4)对模型基材(5)进行雕刻的方式为分层加工方式。
3.如权利要求1所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述PCI多轴运动控制卡(2)与三维雕刻计算机控制系统(1)通过PCI插槽(3)相连接，所述龙门机器人系统(4)与多轴运动控制卡(2)通过排线相连接。
4.如权利要求1所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述单色涂料为以钛白粉为基本材料的涂料。
5.如权利要求1所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述三维动态投影系统包括：
三维动态投影计算机控制系统(9)，用于根据三维模型表达的信息进行编制，并根据所需要展示的内容进行修改，使三维投影的内容具备动态性；
投影设备(11)，用于在启动后，接收三维动态投影计算机控制系统(9)所发送过来的投影内容信息，并将该内容投放到三维单色模型(8)上，使三维单色模型(8)展示出立体的三维彩色信息，形成三维动态投影展示模型(12)。
6.如权利要求5所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述三维单色模型(8)的正面必须与投影设备(11)的投射方向重合，其与投影设备(11)之间的距离根据投影的需要进行调整，投影设备(11)的投影到三维模型的面积与三维模型的面积相等且在物理上重叠。
7.如权利要求1至6中任一项所述的三维动态展示系统，其特征在于，所述模型基材(5)为密度可调的聚乙烯树脂基材。
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