CN109064875A - 一种多轴大型阵列表演模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多轴大型阵列表演模拟系统及方法，系统包括：场景数据显示模块，用于建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；阵列效果仿真模块，用于接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将阵列元素位移数据发送至场景数据显示模块驱动阵列机构的三维模型动作模拟多轴大型阵列表演；数据输出回传模块，用于将阵列效果仿真模块得出的阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及用于将阵列机构的实际运行数据导回输入至场景数据显示模块建立的阵列机构的三维模型中。该系统能快速制作模拟多轴大型阵列表演动作方案，提高阵列机构效果调试速度，实现了在整个运动过程中各轴加速度变化的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及模拟系统，尤其涉及一种多轴大型阵列表演模拟系统及方法。
背景技术
在主题公园有大型阵列机构设备的舞台剧场类表演项目上，大型阵列动态变化的表现演绎方式可以增加项目观赏性。但这类项目场馆建设及机构设备初期调试周期长，而用户希望在项目策划阶段，能直观看到阵列整个表演模拟效果，但目前并没有能在这类项目策划阶段直观看到阵列整个表演模拟效果的系统，这是急需解决的问题。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种多轴大型阵列表演模拟系统及方法，能快速制作多轴大型阵列动作表演方案，并直接预览观看动画效果，方便在表演系统项目策划阶段，直观看到阵列整个表演模拟效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种多轴大型阵列表演模拟系统，包括：
场景数据显示模块，用于建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；
阵列效果仿真模块，用于接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至所述场景数据显示模块驱动所述阵列机构的三维模型动作模拟多轴大型阵列表演；
数据输出回传模块，用于将所述阵列效果仿真模块得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及用于将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示模块建立的阵列机构的三维模型中。
本发明实施例还提供一种多轴大型阵列表演模拟方法，采用本发明所述的系统，包括以下步骤：
场景数据显示步骤，建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；
阵列效果仿真步骤，接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型驱动所述三维模型进行多轴大型阵列表演；
数据输出回传步骤，将阵列效果仿真步骤得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型中。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的多轴大型阵列表演模拟系统，其有益效果为：
通过设置场景数据显示模块、阵列效果仿真模块和数据输出回传步骤，能实现对多轴大型阵列表演的模拟展示，直接预览多轴大型阵列表演的动画效果，方便在表演系统项目策划阶段，直观看到阵列整个表演模拟效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的多轴大型阵列表演模拟系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多轴大型阵列表演模拟方法流程图；
图1中：1-场景数据显示模块；2-阵列效果仿真模块；21-姿态参数编辑子模块；22-位移参数编辑子模块；23-姿态解算子模块；24-曲线规划子模块；3-数据输出回传模块；4-数据校验模块。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1所示，本发明实施例提供一种多轴大型阵列表演模拟系统，包括：
场景数据显示模块，用于建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；优选的，该场景数据显示模块可基于Maya软件制作生成；
阵列效果仿真模块，用于接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至所述场景数据显示模块驱动所述阵列机构的三维模型动作模拟多轴大型阵列表演；
数据输出回传模块，用于将所述阵列效果仿真模块得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及用于将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示模块建立的阵列机构的三维模型中。
上述表演模拟系统中，阵列效果仿真模块接收并处理阵列姿态参数和位移参数为：
接收输入的初始阵列姿态参数和位移参数，对所述初始阵列姿态参数和位移参数中的关键帧曲线进行重规划，以及实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数并计算所有阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。
上述表演模拟系统还包括：数据校验模块，用于校验外部的数据记录文件中阵列元素位移数据的运动学参数是否满足实际阵列机构的物理机构的限制要求。
上述表演模拟系统中，所述阵列效果仿真模块包括：姿态参数编辑子模块、位移参数编辑子模块、曲线规划子模块和姿态解算子模块；其中，
所述姿态参数编辑子模块，用于提供阵列姿态参数输入和编辑接口，以接收和编辑输入的初始阵列姿态参数；
所述位移参数编辑子模块，用于提供阵列位移参数输入和编辑接口，以接收和编辑输入的初始阵列元素位移参数；
所述曲线规划子模块，用于对所述姿态参数编辑子模块和所述位移参数编辑子模块生成的姿态参数关键帧曲线和位移参数关键帧曲线进行重规划；
所述姿态解算子模块，用于实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数，计算得出每帧每个阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。优选的，可使用mayaC++程序编程功能接口，编写姿态算法程序作为该姿态解算子模块，使用时，编译生成“.mll”插件使用。
上述表演模拟系统中，关键帧曲线由时间tk,k＝1,…,n及其对应的帧值xk,k＝1,…,n来确定，其中，x为姿态参数或位移参数。
上述表演模拟系统中，曲线规划子模块对所述姿态参数编辑子模块生成的姿态参数关键帧曲线和对所述位移参数编辑子模块生成的位移参数关键帧曲线进行重规划为：
用五次多项式作为构造函数，其中的待定系数A、、B、C、D E和F由待规划的姿态参数关键帧曲线和位移参数关键帧曲线中前后相邻时间段的起始值xk，起始一阶导数值起始二阶导数值终止值xk+1，终止一阶导数值终止二阶导数值来计算确定；其中，t表示时间；每个姿态参数关键帧曲线和位移参数关键帧曲线中的两相邻关键帧之间的曲线段，都用所求得的对应五次多项式重新计算相邻关键帧间每一帧的值。
上述表演模拟系统中，姿态解算子模块包括：由驱动阵列机构呈现不同姿态的计算程序集合而成的姿态库。
上述表演模拟系统能快速制作多轴大型阵列动作表演方案，高速输出阵列表演数据，提高阵列机构效果调试速度，并直接预览观看动画效果；同时，实现了在整个运动过程中各轴加速度变化的连续性，避免机构运动过程中产生抖动，使阵列元素位置规整、运行平稳且姿态优美；使机构按照规划的运动轨迹运动时无抖动，具有运行平稳，用户观赏体验佳的效果。
如图2所示，本发明实施例还提供一种多轴大型阵列表演模拟方法，采用上述的系统，包括以下步骤：
场景数据显示步骤，建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；
阵列效果仿真步骤，接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型驱动所述三维模型进行多轴大型阵列表演；
数据输出回传步骤，将阵列效果仿真步骤得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型中。
上述表演模拟方法中，阵列效果仿真步骤的接收并处理阵列姿态参数和位移参数为：
接收输入的初始阵列姿态参数和位移参数，对所述初始阵列姿态参数和位移参数中的关键帧曲线进行重规划，以及实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数并计算所有阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。
上述表演模拟方法还包括：
数据校验步骤，校验外部的数据记录文件中阵列元素位移数据的运动学参数是否满足实际阵列机构的物理机构的限制要求。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种多轴大型阵列表演模拟系统，包括：场景数据显示模块、阵列效果仿真模块、数据输出回传模块和数据校验模块；其中，
首先，采用maya三维软件三维建模制成显示模块作为系统场景数据显示模块；使用设备、建筑设计图纸文件，建立全范围仿真场景，包括：场馆、舞台、吊顶、阵列元素(球形机构或砖形机构)，设备的具体布局与现场一致。
对阵列造型姿态，运用数学方法分析其形成原理或规律，提取对应的姿态参数，将所有提取出来的阵列姿态参数属性归结到maya场景中一个新创建的节点，此节点即为姿态参数编辑子模块，用于提供阵列姿态参数输入和编辑接口；每个阵列元素三维模型节点作为各自位移参数编辑子模块，用于提供阵列元素位移参数输入和编辑接口；
姿态解算子模块，可采用计算机程序语言实现，进行解算处理，可编译形成“.mll”文件，用于实时接收姿态参数值，计算每帧时刻每个阵列元素的高度位移值，并通过maya数据接头发送至场景数据显示模块，驱动阵列机构的三维模型动作；
曲线规划子模块，可采用计算机程序语言实现，用于对姿态参数关键帧曲线和位移参数关键帧曲线进行重规划。具体地，对设置有关键帧的各个姿态参数，在每项姿态参数和位移参数的关键帧曲线上，依次取前后两两关键帧为一组，构造五次多项式函数其中的待定系数A、B、C、D、E及F由起始值xk，起始一阶导数值起始二阶导数值终止值xk+1，终止一阶导数值终止二阶导数值来计算确定，其中，t表示时间。特别地，本发明中对每一对前后关键帧构造五次多项式函数时，都设定起始一阶导数值、起始二阶导数值、终止一阶导数值、终止二阶导数值为零值。每一对前后关键帧组可求出一个对应的五次多项式，利用求出的五次多项式重新计算前后关键帧之间所有帧的参数值。
数据输出回传模块，可采用计算机程序语言实现，用于将阵列效果仿真模块计算得到的阵列元素位移数据输出至外部数据记录文件；用于将阵列机构实际运行数据导回输入至Maya阵列元素三维模型的位移属性；
数据校验模块，可采用计算机程序语言实现，用于校验数据记录文件中阵列元素位移数据的运动学参数是否满足物理机构限制要求，即是否超出实际的阵列机构物理限制。
本发明通过提供可编辑的阵列机构的三维模型，可实现丰富的表演效果，能灵活控制单个、单组、多组或全部的阵列机构，方便模拟展示多种的动、静态空间位置组合或转换，且能与灯光、音响及剧情同步配合，达到预先展示多轴大型阵列表演的效果。后期现场调试，阵列元素位移数据能快速输出，方便后续修改调整阵列表演动作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，包括：
场景数据显示模块，用于建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；
阵列效果仿真模块，用于接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至所述场景数据显示模块驱动所述阵列机构的三维模型动作模拟多轴大型阵列表演；
数据输出回传模块，用于将所述阵列效果仿真模块得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及用于将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示模块建立的阵列机构的三维模型中。
2.根据权利要求1所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，所述阵列效果仿真模块接收并处理阵列姿态参数和位移参数为：
接收输入的初始阵列姿态参数和位移参数，对所述初始阵列姿态参数和位移参数中的关键帧曲线进行重规划，以及实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数并计算所有阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。
3.根据权利要求1所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，还包括：数据校验模块，用于校验外部的数据记录文件中阵列元素位移数据的运动学参数是否满足实际阵列机构的物理机构的限制要求。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，所述阵列效果仿真模块包括：姿态参数编辑子模块、位移参数编辑子模块、曲线规划子模块和姿态解算子模块；其中，
所述姿态参数编辑子模块，用于提供阵列姿态参数输入和编辑接口，以接收和编辑输入的初始的阵列姿态参数；
所述位移参数编辑子模块，用于提供阵列位移参数输入和编辑接口，以接收和编辑输入的初始阵列元素位移参数；
所述曲线规划子模块，用于对所述姿态参数编辑子模块接收的阵列姿态参数中的关键帧曲线和高度位移关键帧曲线进行重规划；
所述姿态解算子模块，用于实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数，计算得出每帧每个阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。
5.根据权利要求4所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，所述关键帧曲线由时间tk,k＝1,…,n及其对应的帧值xk,k＝1,…,n来确定，其中，x为姿态参数或位移参数。
6.根据权利要求4所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，所述曲线规划子模块对所述姿态参数编辑子模块生成的姿态参数关键帧曲线和对所述位移参数编辑子模块生成的位移参数关键帧曲线进行重规划为：
用五次多项式作为构造函数，其中的待定系数A、、B、C、DE和F由待规划的姿态参数关键帧曲线和位移参数关键帧曲线中前后相邻时间段的起始值xk，起始一阶导数值起始二阶导数值终止值xk+1，终止一阶导数值终止二阶导数值来计算确定；其中，t表示时间；每个阵列姿态参数中两相邻关键帧之间的曲线段，都用所求得的对应五次多项式重新计算相邻关键帧之间每一帧的值。
7.根据权利要求2所述的一种多轴大型阵列表演模拟系统，其特征在于，所述姿态解算子模块包括：由驱动阵列机构呈现不同姿态的计算程序集合而成的姿态库。
8.一种多轴大型阵列表演模拟方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的系统，包括以下步骤：
场景数据显示步骤，建立多轴大型阵列表演的阵列机构和运动环境的三维模型；
阵列效果仿真步骤，接收并处理阵列姿态参数和位移参数，得出阵列元素位移数据，将所述阵列元素位移数据发送至场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型驱动所述三维模型进行多轴大型阵列表演；
数据输出回传步骤，将阵列效果仿真步骤得出的所述阵列元素位移数据输出至外部的数据记录文件中；以及将阵列机构的实际运行数据导回输入至所述场景数据显示步骤建立的阵列机构的三维模型中。
9.根据权利要求8所述的一种多轴大型阵列表演模拟方法，其特征在于，所述方法中，阵列效果仿真步骤的接收并处理阵列姿态参数和位移参数为：
接收输入的初始阵列姿态参数和位移参数，对所述初始阵列姿态参数和位移参数中的关键帧曲线进行重规划，以及实时接收所述场景数据显示模块的阵列机构的三维模型的阵列姿态参数并计算所有阵列元素的高度位移值作为阵列元素位移数据。
10.根据权利要求8或9所述的一种多轴大型阵列表演模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：
数据校验步骤，校验外部的数据记录文件中阵列元素位移数据的运动学参数是否满足实际阵列机构的物理机构的限制要求。
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