CN104699251B - 一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型及其连动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型及其连动方法，与现有技术相比解决了原始科技展示技术让人产生枯燥感的问题和多媒体展示技术让人产生不真实感的缺陷。本发明包括底板和顶板，幕墙垂直安装在底板和顶板之间，底板上设有展示平台，展示平台上垂直安装有模型固定板，还包括体感识别组件、多媒体组件和动作模型组件，所述的体感识别组件包括固定安装在幕墙上的体感摄像机和设置于底板上的感应位，所述体感摄像机的三维识别区域位于感应位上方。本发明通过多媒体与体感识别相结合技术，既能让观众体验到模型运动的真实感觉，又能让观众领略到虚幻的超刺激体验。

Description

一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作 模型及其连动方法

技术领域

本发明涉及协同动作展示技术领域，具体来说是一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型及其连动方法。

背景技术

科技创新是文化发展的重要动力，文化与科技融合是增强文化产业核心竞争力的重要途径。如何采用正确的科技展示技术把科学技术知识和文化知识表现出来是一个很重要的研究课题，诸如科技馆这样承担对观众灌输科技理念的场所都在不断追求科技展示方式的创新，科技展示技术的创新要求其可以让展示内容更为生动鲜活，增强展示的可看性和互动性，使展示不再说教和枯燥，使观众在快乐中体会科学技术的奥秘。

原始的科技展示技术是把科学技术知识融入一个生动的真实模型内，观众通过观察模型和阅读模型上的说明来学习，这种方式是受展示技术手段的缺乏所限制的，很多方面的技术难以用这种方式表达出来，并且这种方式很容易让人感到枯燥，提不起学习的兴趣，是一种展示手段限制下的妥协方式。

目前比较先进的科技展示技术是基于终端智能展示应用的多媒体展示方式，多是观众面对终端中的虚拟多媒体，多媒体中展示的内容丰富而且有趣，另外观众还可以通过外置设备如鼠标等触碰多媒体界面实现与虚拟场景的互动，这种展示技术可以大大提高观众的学习兴趣。然而这种方式过于虚幻化，会让人产生不真实的感觉，不能给观众一个真实的感受。

如何设计出一种合理的科技展示方式，它可以把原始展示技术的真实感和多媒体展示技术的虚幻和趣味相结合从而让观众从中体会到科技的真实和奥妙，是一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中原始科技展示技术让人产生枯燥感的问题和多媒体展示技术让人产生不真实感的缺陷，提供一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型及其连动方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，包括底板和顶板，幕墙垂直安装在底板和顶板之间，底板上设有展示平台，展示平台上垂直安装有模型固定板，

还包括体感识别组件、多媒体组件和动作模型组件，所述的体感识别组件包括固定安装在幕墙上的体感摄像机和设置于底板上的感应位，所述体感摄像机的三维识别区域位于感应位上方；所述的多媒体组件包括固定安装在顶板上的多媒体投影仪，所述多媒体投影仪的投影区域位于幕墙上；

所述的动作模型组件包括固定安装在顶板上的悬空固定板，展示平台上安装有长直导轨，悬空固定板上安装有惯性上升导轨，长直导轨的一端位于模型固定板处，长直导轨的另一端与惯性上升导轨相接，模型固定板上位于长直导轨上方安装有电磁铁A，悬空固定板上位于惯性上升导轨上方安装有电磁铁B，所述的长直导轨和惯性上升导轨的数量均为3个，展示平台上位于相邻的两个长直导轨之间均安装有线圈绕组，线圈绕组的数量为2个，线圈绕组的高度高于长直导轨；

运动模型的底部安装有与3条长直导轨相配合的3个滚轮，运动模型通过3个滚轮安装在3条长直导轨上，运动模型上安装有铁块A且当运动模型运动至模型固定板处时铁块A与电磁铁A相吸合，运动模型上安装有铁块B且当运动模型运动至悬空固定板时铁块B与电磁铁B相吸合，运动模型的底部固定安装有铜条且铜条与线圈绕组相垂直，铜条与线圈绕组之间的垂直距离为0.2-1.5mm。

还包括控制主机，所述的多媒体投影仪的控制线和体感摄像机的数据线均与控制主机相连，所述的电磁铁A、电磁铁B和线圈绕组的电源控制线均与控制主机相连。

所述线圈绕组的长度为长直导轨的五分之三。

所述的惯性上升导轨的滑动阻力小于长直导轨。

一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型的连动方法，包括以下步骤：

体感数据获取，体感摄像机监测人体是否进入感应位，并将监测信息发至控制主机；

体感动作提示，主机得到人体进入感应位的确认信息后，控制多媒体投影仪播放体感动作提示视频；

体感动作监测，体感摄像机监测人体是否在感应位做出提示动作，并将监测信息发至控制主机；

动作模型触发，主机得到人体做出提示动作的确认信息后，对电磁铁A断电，对线圈绕组和电磁铁B送电，运动模型在线圈绕组的作用下通过长直导轨和惯性上升导轨与电磁铁A脱离、与电磁铁B吸合；

触发多媒体投影仪，主机控制多媒体投影仪播放视频；

动作模型归位，主机控制线圈绕组和电磁铁B断电、电磁铁A送电，运动模型依靠自身重力从惯性上升导轨下滑至长直导轨并与电磁铁A相吸合。

有益效果

本发明的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型及其连动方法，与现有技术相比通过多媒体与体感识别相结合技术，既能让观众体验到模型运动的真实感觉，又能让观众领略到虚幻的超刺激体验，并且观众可以很好的参与互动，自己来控制模型的运动，解决了原始展示方式的枯燥问题和多媒体展示方式的不真实问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中动作模型的结构示意图；

图3为本发明中模型固定板的结构示意图；

图4为本发明中悬空固定板的结构示意图；

图5为本发明中动作模型与长直导轨安装的结构示意图；

图6为本发明控制主机电路连接框图；

图7为本发明的连动方法流程图；

其中，1-幕墙、2-底板、3-顶板、4-展示平台、5-控制主机、6-体感摄像机、7-模型固定板、8-电磁铁A、9-长直导轨、10-运动模型、11-铁块B、12-铁块A、13-铜条、14-线圈绕组、15-悬空固定板、16-电磁铁B、17-惯性上升导轨、18-感应位、19-多媒体投影仪、20-滚轮。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，包括底板2和顶板3，幕墙1垂直安装在底板2和顶板3之间。底板2和顶板3为现场模型布置需要，可以为地面和天花板，幕墙1用来投影多媒体，在实际应用中，可以根据展示模型的需要，设计成不同图案和颜色，如展示模型为飞行，幕墙1可以设计为海洋背景；展示模型为赛车，幕墙1可以设计为赛车场背景。底板2上设有展示平台4，展示平台4紧靠幕墙1，其高度不超过幕墙1的三分之一，与幕墙1同理，展示平台4也可以根据展示模型的需要，设计成不同图案和颜色，若幕墙1设计为海洋背景，则展示平台4可以设计成航母模型，若幕墙1设计为赛车场背景，则展示平台4可以设计成跑道模型。展示平台4上垂直安装有模型固定板7，模型固定板7用于固定处理初始状态时的运动模型10。

还包括体感识别组件、多媒体组件和动作模型组件，三个组件相互配合。体感识别组件包括固定安装在幕墙1上的体感摄像机6和设置于底板2上的感应位18，体感摄像机6用于感知人体信息，体感摄像机6的三维识别区域位于感应位18上方。体感摄像机6位于幕墙1的中心位置，安装在幕墙1上，带有摄像头的部分露出幕墙1少许，以便于采集视频信息。体感摄像机6包括了红外发射器和摄像头，红外发射器发出的光覆盖整个可视范围，其可视范围为感应位18，摄像头接收反射光线来识别。体感摄像机6捕捉人体动作的原理是：首先，通过黑白光谱的方式；来感知环境，纯黑代表无穷远，纯白代表无穷近，黑白间的灰色地带对应实际物体到摄像机的物理距离，收集视野范围内的每一点，实时3D再现周围环境，其次，它会在图像中寻找可能是人体的移动物体，即通过从噪音中提取出有用信号的方式，将人体从背景环境中区分出来，然后，人图像的每一个像素都被传送进一个辨别人体部位的机器学习系统中，以辨识某个特定像素属于哪个身体部位，最后，它根据追踪到的关节点来生成一副骨架系统，从而捕捉到人体动作。

多媒体组件包括固定安装在顶板3上的多媒体投影仪19，所述多媒体投影仪19的投影区域位于幕墙1上，多媒体投影仪19悬挂在顶板3上，可以位于感应位18正上方，在幕墙1上投影多媒体。

如图1所示，动作模型组件包括固定安装在顶板3上的悬空固定板15，悬空固定板15用于固定处理结束状态时的运动模型10。展示平台4上安装有长直导轨9，悬空固定板15上安装有惯性上升导轨17，长直导轨9和惯性上升导轨17可以为相同的导轨结构，运动模型10在其上运动。由于运动模型10在长直导轨9上依靠线圈绕组14的动力前进，在惯性上升导轨17上依靠惯性前进，因此，最好可以设计惯性上升导轨17的滑动阻力小于长直导轨9，便于惯性上升导轨17的惯性滑行。如图5所示，长直导轨9的一端位于模型固定板7处，长直导轨9的另一端与惯性上升导轨17相接，形成了从模型固定板7至悬空固定板15之间的导轨设计。如图3所示，模型固定板7上位于长直导轨9上方安装有电磁铁A8；如图4所示，悬空固定板15上位于惯性上升导轨17上方安装有电磁铁B16，电磁铁A8和电磁铁B16一样，在通电情况下具有磁性，在断电情况下失去磁性。长直导轨9和惯性上升导轨17的数量均为3个，用于配合运动模型10底部的3个滚轮。展示平台4上位于相邻的两个长直导轨9之间均安装有线圈绕组14，线圈绕组14的数量为2个，线圈绕组14位于两个长直导轨9之间用于配合运动模型10的运动控制。线圈绕组14的高度高于长直导轨9，用于和运动模型10的铜条13相配合。线圈绕组14能够接入交流电，从节约成本角度考虑，线圈绕组14的长度可以为长直导轨9的五分之三。

如图2所示，运动模型10的底部安装有与3条长直导轨9相配合的3个滚轮20，滚轮20按现有技术的方式安装于运动模型10的底部，并且与3条长直导轨9相对应，运动模型10通过3个滚轮20安装在3条长直导轨9上，运动模型10通过滚轮20在长直导轨9上运动。运动模型10的两个端部分别安装有铁块A12和铁块B11，铁块A12安装位置与电磁铁A8相对应，其也可以为与电磁铁A8能够吸合的磁铁，当运动模型10运动至模型固定板7处时铁块A12与电磁铁A8相吸合。铁块B11安装位置与电磁铁B16相对应，当运动模型10运动至悬空固定板15时铁块B11与电磁铁B16相吸合。运动模型10的底部固定安装有铜条13，铜条13质量较轻，铜条13与线圈绕组14相垂直，即均位于两个线圈绕组14上方。铜条13与线圈绕组14之间的垂直距离为0.2-1.5mm，线圈绕组14与运动模型10上的铜条13之间存在微小的高度差，即为两者之间存在微小空隙。线圈绕组14通入对称正弦交流电流后，会在与运动模型10相连的铜条13之间产生气隙磁场，这一磁场沿着直线方向按正弦规律分布，沿着直线平移，可以称为行波磁场。行波磁场切割铜条13，在铜条13中产生感应电动势和电流，铜条13的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，因为线圈绕组14为固定不动的，则铜条13会在这个电磁力的作用下向前运动，从而带动和它相连的运动模型10运动。

如图6所示，为了实现自动化控制，可以设置控制主机5，控制主机5可以安装于展示平台4内。多媒体投影仪19的控制线和体感摄像机6的数据线均与控制主机5相连，通过控制主机5可以控制多媒体投影仪19的播放，体感摄像机6采集信息也可以传至控制主机5。电磁铁A8、电磁铁B16和线圈绕组14的电源控制线均与控制主机5相连，通过控制主机5控制电磁铁A8、电磁铁B16和线圈绕组14的电源通断。

如图7所示，一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型的连动方法，包括以下步骤：

第一步，体感数据获取。体感摄像机6监测人体是否进入感应位18，并将监测信息发至控制主机5。感应位18为观众所占区域，观众在此区域作出相关动作，通过体感摄像机6获取后触发相关连动操作。如幕墙1为海洋背景，展示平台4为航母模型，运动模型10为飞机模型时，可以设计位于感应位18内的观众作出指挥飞机起步的造型，即触发相关连动操作。若幕墙1设计为赛车场背景，展示平台4为跑道模型，运动模型10为赛车时，可以设计位于感应位18内的观众作出赛车比赛的造型，即触发相关连动操作。在此步骤中，体感摄像机6的作用是监测感应位18内是否有人进入，若有则给出提示动作的演示。控制主机5控制体感摄像机6捕捉感应位18内的信息，反馈给控制主机5，如果控制主机5得到感应位18内没有人的信息，控制主机5控制体感摄像机6继续捕捉，如果控制主机5得到互动区域18内有人的信息，则将确认信息传至控制主机5。

第二步，体感动作提示。控制主机5得到人体进入感应位18的确认信息后，控制多媒体投影仪19播放体感动作提示视频。此时已确认感应位18内进入了观众，因此控制主机5触发多媒体投影仪19播放需要观众所做出的体感动作。

第三步，体感动作监测。体感摄像机6监测人体是否在感应位18做出提示动作，并将监测信息发至控制主机5。控制主机5在阈值时间内等待体感摄像机6的监测情况，若超过阈值时间未获得体感摄像机6做出提示动作的确认信息，则恢复初始状态。

第四步，动作模型触发，控制主机5得到人体做出提示动作的确认信息后，对电磁铁A8断电，对线圈绕组14和电磁铁B16送电，运动模型10在线圈绕组14的作用下通过长直导轨9和惯性上升导轨17与电磁铁A8脱离、与电磁铁B16吸合。控制主机5得到观众已做出确认信息后，即开始控制动作模型10的演示操作。动作模型10在初始状态下位于长直导轨9上，与电磁铁A8相吸合，在运动终止状态下位于惯性上升导轨17上，与电磁铁B16吸合。控制主机5先对电磁铁A8断电，电磁铁A8由原始的有磁性状态转变为无磁性状态，此时运动模型10后端的铁块A12被释放，即运动模型10被释放。控制主机5对线圈绕组14通上交流电、电磁铁B16送电具有磁性，运动模型10在线圈绕组14与铜条13的电磁力下向前移动，即向惯性上升导轨17上移动。当脱离长直导轨9后，凭借惯性在惯性上升导轨17上移动，并与电磁铁B16相吸合，从而固定在悬空固定板15上。在实际应用中，动作模型触发则相当于演示飞机起飞、赛车起步等，并让观众参与其中。

第五步，触发多媒体投影仪。控制主机5控制多媒体投影仪19播放视频，在运动模型10运动结束后，多媒体投影仪19播放飞机飞行或赛车驰骋的动画，给观众直观体验。

第六步，动作模型归位，视频播放结束后，控制主机5控制线圈绕组14和电磁铁B16断电，运动模型10被电磁铁B16释放，运动模型10在自身重力下回落至长直导轨9上(运动模型10也可以通过人工回复初始状态)。电磁铁A8送电，运动模型10依靠自身重力从惯性上升导轨17下滑至长直导轨9并与电磁铁A8相吸合，运动模型10回到初始位于模型固定板7处，运动模型10的演示结束。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，包括底板（2）和顶板（3），幕墙（1）垂直安装在底板（2）和顶板（3）之间，底板（2）上设有展示平台（4），展示平台（4）上垂直安装有模型固定板（7），

其特征在于：还包括体感识别组件、多媒体组件和动作模型组件，所述的体感识别组件包括固定安装在幕墙（1）上的体感摄像机（6）和设置于底板（2）上的感应位（18），所述体感摄像机（6）的三维识别区域位于感应位（18）上方；所述的多媒体组件包括固定安装在顶板（3）上的多媒体投影仪（19），所述多媒体投影仪（19）的投影区域位于幕墙（1）上；

所述的动作模型组件包括固定安装在顶板（3）上的悬空固定板（15），展示平台（4）上安装有长直导轨（9），悬空固定板（15）上安装有惯性上升导轨（17），长直导轨（9）的一端位于模型固定板（7）处，长直导轨（9）的另一端与惯性上升导轨（17）相接，模型固定板（7）上位于长直导轨（9）上方安装有电磁铁A（8），悬空固定板（15）上位于惯性上升导轨（17）上方安装有电磁铁B（16），所述的长直导轨（9）和惯性上升导轨（17）的数量均为3个，展示平台（4）上位于相邻的两个长直导轨（9）之间均安装有线圈绕组（14），线圈绕组（14）的数量为2个，线圈绕组（14）的高度高于长直导轨（9）；

运动模型（10）的底部安装有与3条长直导轨（9）相配合的3个滚轮（20），运动模型（10）通过3个滚轮（20）安装在3条长直导轨（9）上，运动模型（10）上安装有铁块A（12）且当运动模型（10）运动至模型固定板（7）处时铁块A（12）与电磁铁A（8）相吸合，运动模型（10）上安装有铁块B（11）且当运动模型（10）运动至悬空固定板（15）时铁块B（11）与电磁铁B（16）相吸合，运动模型（10）的底部固定安装有铜条（13）且铜条（13）与线圈绕组（14）相垂直，铜条（13）与线圈绕组（14）之间的垂直距离为0.2-1.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，其特征在于：还包括控制主机（5），所述的多媒体投影仪（19）的控制线和体感摄像机（6）的数据线均与控制主机（5）相连，所述的电磁铁A（8）、电磁铁B（16）和线圈绕组（14）的电源控制线均与控制主机（5）相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，其特征在于：所述线圈绕组（14）的长度为长直导轨（9）的五分之三。

4.根据权利要求1所述的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型，其特征在于：所述的惯性上升导轨（17）的滑动阻力小于长直导轨（9）。

5.根据权利要求2所述的一种基于多媒体影像和体感识别运动系统相结合的协同动作模型的连动方法，其特征在于，包括以下步骤：

51）体感数据获取，体感摄像机（6）监测人体是否进入感应位（18），并将监测信息发至控制主机（5）；

52）体感动作提示，控制主机（5）得到人体进入感应位（18）的确认信息后，控制多媒体投影仪（19）播放体感动作提示视频；

53）体感动作监测，体感摄像机（6）监测人体是否在感应位（18）做出提示动作，并将监测信息发至控制主机（5）；

54）动作模型触发，控制主机（5）得到人体做出提示动作的确认信息后，对电磁铁A（8）断电，对线圈绕组（14）和电磁铁B（16）送电，运动模型（10）在线圈绕组（14）的作用下通过长直导轨（9）和惯性上升导轨（17）与电磁铁A（8）脱离、与电磁铁B（16）吸合；

55）触发多媒体投影仪，控制主机（5）控制多媒体投影仪（19）播放视频；

56）动作模型归位，控制主机（5）控制线圈绕组（14）和电磁铁B（16）断电、电磁铁A（8）送电，运动模型（10）依靠自身重力从惯性上升导轨（17）下滑至长直导轨（9）并与电磁铁A（8）相吸合。