球幕动感影院设计方案和对策.docx
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球幕动感影院设计方案和对策
球 幕 动 感 影 院
设
计
方
案
上海圣好信息科技有限公司
2011年7月
一、方案概述
1.1系统概述
近年来，电影播放技术不断更新，各种技术层出不穷，先后发展出了各式各样的沉浸式影院，有3D电影、动感电影、特效电影、球幕电影；作为播放载体的银幕也经历了一次次的变革，由平面幕发展出弧幕、环幕、球幕。
球形银幕是宽银幕发展到极限，转而又向天空发展而成的，它就像一口大锅一样把观众罩在下面。
因此，球幕电影具有超大的视角，超高的沉浸临场感觉。
心理学研究表明，就虚拟场景而言，当观察者的余光被场景全部包围后，观察者会自然地产生一种身临其境的感觉。
球幕电影系统正是利用了视觉的这一特点，采用大尺寸屏幕，利用图形服务器强大的图形能力及专业投影机的诸多特殊功能，实时地将大视场视景显示在观察者面前，从而使他们完全“沉浸”在虚拟场景之中，并能与之即时地交互。
由于屏幕尺寸很大，在普通显示器上不易展现的细节能够在此充分地展现。
对于观众而言，置身于这样一个影院无疑是一种非常独特的体验。
1.2设计说明
整套球幕系统主要由投影系统、球幕、音响系统、动感座椅、运动平台及综合控制系统组成。
图形系统实时生成多通道图像，投影系统负责将这些图像正确地投射到屏幕上，并保证多通道影像的正确融合。
音响系统带给观众完美的听觉感受。
综合控制系统用于保证整个系统运行稳定，同时包含一些附属设备一般包括信号转换接口、高质量信号线、矩阵交叉开关，负责保证信号在传输中的质量、信号的切换以及为系统提供音响、灯光控制等功能。
1.3设计依据
◆业主提供的文件和相关图纸；
◆《电影影视听环境技术标准》GB/T3557-94；
◆《厅堂扩声系统声学特性指标》GYJ25-86；
◆《厅堂扩声特性测量方法》GB/T4959-1995；
◆《声系统设备互连的优选配接值》GB14197-93；
◆《反射放映银幕》（GB／T13982—92）
1.4项目展示目的
通过极大超越常规感受的“沉浸式”虚拟影像，让观看节目的每位观众在获得极大视听和感官震撼的同时，把节目内容深刻的印入脑海，成为愉悦并且难忘的知识内容。
同时也让观众对于高科技技术产生浓厚的兴趣，由此激发出对科学知识的热爱和探索激情，达到寓教于乐的最高境界。
1.5项目所演示的科学技术原理
a）三维动画技术：
三维动画（3D动画）是相对于二维动画（2D动画）而言的，因其采用了立体空间的概念，所以更显真实，而且对空间操作的随意性也较强。
也更容易吸引人。
b）同步控制技术：
将多通道投影画面进行统一速率播放，使画面状态一致。
对于观众来说，优秀的同步控制技术可以让他们感觉不到所看的画面是由多台设备播放拼接而成，就是一个完整的巨大影像。
c）5.1环绕声技术：
人对可视物体具有立体感受是因人有双眼，当两只眼睛看该物体时、会产生视角差。
同样，人耳能辨别来自不同方位的声音，同样也是靠声源与双耳之间形成的相同或不同的角度。
由于角度的差距，使得声音由声源传到左、右耳的时间产生微小的时间差，而人耳的生理特性对这微小的时间差非常敏感，使人能够产生准确的方向感；同时又由于角度的差距，使声源到达左、右耳的距离产生微小的差距，人耳又可以通过声音强弱的微小差距产生距离感，从而使声像得到准确地定位。
从声像定位原理我们知道如果用一只音箱，只能产生“点”声源，点声源只能模拟声音的强弱并使人产生距离感，而不能产生不同声源在不同位置的位置感。
接着从声像定位原理我们可以知道使用两只音箱可以产生“立体声”，也就是所谓双声道立体声，并且我们必须位于两只音箱正前方等腰三角形顶点上的位置时，才能准确表现原来的声场。
但是两路音箱所能重现的声场只是我们前面的声场，对我们身边两侧和身后的声音就不能重现了。
4D影院在进行音响系统设计时，采用5.1环绕立体声系统，在剧场后方放置两路左后和右后音箱，在银幕方向放置前左、前中、前右三路音箱，并在环境中增加超低音音箱。
中间声道用以加强语言对白，超低音声道用以加强低频效果，共同增强声场的拟真程度。
d）球幕无缝拼接：
如果影像由多台投影机投射的影像组成，那么这些影像之间应该做到影像平滑过渡；上海圣好科技有限公司自主研制的无缝拼接技术进行多通道影片的拼接处理，使多通道影片在播放时无明显接缝存在，在很大程度上可以替代国外昂贵硬件接缝系统进行多通道影像的无缝拼接的工作。
具有良好的性价比。
e）实时曲面变形处理系统：
采用微软的DirectX8.1对影片进行实时变形处理，使得投影机可以适应不同形状的银幕形状，如平面幕、柱形幕（环幕）、穹幕等。
只需要一次调整到位，即可以在银幕上正常放映不同的影片。
如果由于更换灯泡、更换投影机等操作带来的投影位置改变，可以简单地通过调整软件参数设置的方法进行再次调整，无需改变影片本身即可以达到适合新的投影位置的需要。
二、方案细化
2.1系统示意图
a）系统连接图
b）平面图
c）立面图
2.2方案细化
整套球幕系统主要由投影系统、球幕、音响系统、4D动感特效系统及综合控制系统组成。
投影系统包括高亮度投影机。
银幕系统包括内投球幕和银幕固定架。
音响系统包括功放、主音箱、环绕音箱、和重低音音箱。
4D动感特效系统包括4D座椅、座椅动力源及特效、影院环境特效及其相关联接辅助件。
控制播放系统包括主控服务器、播放服务器、特效控制箱、伺服控制器、传感器、相应操作面板以及电缆连接、网络连接等。
三、系统说明
3.1投影系统
投影系统是在本项目视觉效果中起重要作用的一个部分，包括的设备有投影机、电动偏正镜、吊架、DVI信号线。
为满足项目需求，我公司采用６台三洋DHT8000CL双灯DLP高亮度工程投影机。
◆主要技术参数：
设备类型
三洋DHT8000cl
投影技术
DLP
亮度
8000流明
投影机分辨率
1920*1080
投影比例
16:
9
对比度
7500:
1
耗电量
423W
尺寸
400x242.2x523.5mm
重量
19.7KG
◆投影机特征：
3.2银幕系统
◆球幕影院内天幕的主要性能参数：
1、球幕半径：
SR=120000mm；局部球面误差（直径小于4M的圆内）为3mm，整个球幕的球面误差为正负10mm。
2、球幕面包含角度：
180度，其误差在0～+0.5度之间。
3、半球网壳：
由规格为40×20mm×2mm的矩形钢梁做成的复合梁，并采用上窄下宽的形式，从而形成对整个球幕的良好支撑，在主梁的设计时，根据天幕的总重量计算出每根主梁上所承受的重量，并得出主梁在该重量下的挠度，再设计出主梁的双曲线的曲率，从而在安装结束后，能保证整个天幕在设计的精确球面上，天幕的底圈支撑在倾斜的钢结构立柱上，这些立柱支撑起球幕的全部重量。
通过Solidworks集成的COSMOS计算分析，可保证在15年的使用期内，其变形量在正负10mm的范围内。
4、天幕面板：
蒙板为：
符合球幕影院电影声光学放映要求的微孔铝板，孔径1.2mm，尽量按声学的要求来设计孔的孔径与孔的分布，来满足关于影院声场的要求（关于声场的设计，我们参照关于甲方的影院要求及专家关于声场的相关要求）。
银幕的表面涂层各项（包括涂层的寿命、氧化程度、反射）均参照相关的国家标准来检测。
a）涂层的附着力：
涂层与底层的附着力不得低于3MPa（≈30kgfm）
b）柔韧性：
涂层在曲率半径为50MM的芯棒上弯曲后不得出现网纹、裂纹及剥落等现象
c）涂层的厚度：
0.05mm
d）亮度系数不小于2.3
e）视角为不小于45度
f）耐水性：
涂层经过25±l。
C的蒸馏水浸泡30天后，不得出现气泡、生锈及剥落等现象。
相关的检测方法如下：
涂层的附着力——通过漆膜附着力试验仪来检测表面涂层（GB／T1720-88-JTSK6894），涂层的厚度——参照国际标准涂层厚度试验（IS02808）；亮度系数——专用亮度系数的检测方法。
◆ 天幕网架部分设计制作与安装
采用SolidWOＲks建立3D数学模型，并用CAE的分析方法计算出它的自重变形量，并根据骨架与网架的联接方法来计算在增加了网架与面板后，它的变形量，从而在网架设计时，采用逆向消变形的方法，从而使之在安装网架时就使网架偏离理论球面一定的值，而加上面板后能正好因变形而形成了一个理想中的球面。
1、天幕钢骨架选用马鞍山钢铁厂产的优质国标加厚型钢材拼接牢固。
通过流体力学计算，避雷系统接地牢固，电阻值小于10欧姆的国家标准，安全可靠。
2、球幕钢架主梁采用多根4#角钢焊接成80×40的槽钢；片梁采用3#角钢，共60片。
主梁与片梁由多层环筋连接成一个正半球体，半球体与预埋钢板牢固焊接（预埋钢板与基础圈梁中的钢筋焊接）。
3、银幕用吸音微孔硬铝板拼成半球形，微孔直径Ф2mm，中心孔距2.5mm。
4、银幕微孔铝板通过30×25的木条与片梁钢架连接固定，微孔铝板拼接后用U形枪钉（13*10）将微孔铝板拼接处钉在木条上，以保证整个内天幕的平滑圆润。
5、银幕固定完成后再喷上专用的漫反射油漆，色泽均匀一致，并保证足够的表面漫反射系数。
6、银幕内外钢架之间用厚于30mm的石棉作为吸音、保温、隔热层，再用黑布固定并同时作为挡光层。
7、球幕整体采用线条式箱式钢架结构，钢架材料除主梁均为3、4角钢，每一搭接处均满焊以保证坚固耐用。
8、钢架结构与预埋钢板牢固焊接（预埋钢板与混凝土圈梁牢固焊接）。
9、整体天幕材料与球型网架材料连接考虑：
为了保证在矩形钢与铝合金因热膨胀系数不一致而引起整个球面的变形，我们拟采用的方法是：
计算出矩形钢梁的经线在环境温度为-10度与40度的自由变形的变形量，然后在计算出铝板的变形量，两者这间的温差引起的长度差来控制铆钉的数目与排列，网架的变形情况，面板的变形进行矢量叠加后，整个网架的变形量对整个误差影响程度必须保证在设计的允许值内。
10、选料：
选LY6，选料的原则是尽量与骨架的材料一致，它有与网架矩形钢梁相似的热膨胀系数，在网架因温差变化时面板的材料能与之一致，从而消除骨架与面板因变形不一致引起的隆起和收缩，这种变形天长日久后会使银幕的误差更大。
具体为华东铝业有限公司生产的牌号为LY6的0.8mm厚铝板，该铝板的状态为CZ，它即具有同于LYl2的高强度的特性，但也具有可模锻或冲压的良好加工性能。
11、现场安装：
铝板采用专用夹紧设备（由我方设计制造），既用来将铝板固定在矩形钢梁上，又能将铝板固定在SR8000的球面上，并能保证在打孔固定铆钉时，铝板没有大的变形量，铝板间采用搭接的方法。
主要是利用40mm宽的矩形钢梁，：
在上面打上螺纹孔，将微孔铝板固定在夹具上，并可与矩形梁保持有效的紧密接触，夹具成了一个可变靠模，并可通过适应变形，使得整个铝板处于处在理论球面上，然后固定铝板。
在固定铝板的过程中，因为夹具将铝板已经紧压在矩形钢梁上，并在打铆钉处用四周压紧，最后拉紧铆钉不会引起周边的铝板有局部变形（注：
专用夹具在设计过程中）。
在由上而下的安装过程中，上一根梁与铝板的上表面夹具的固定采用M3的螺钉连接，使得对微孔铝板的破坏减少到最少，最后该孔用3rnm的铆钉固定住，将螺孔封住（主要对背面夹具的固定还是在蒙板的背面）。
为了保证搭接缝顺着经纬梁的方向走，在安装时固定这一铝板前，用全站仪来检测这一条边，控制这个边上的两个点在理论的经线上，控制上下两条短边在纬线上，即可保证接缝不仅成一条线，还能有非常均匀的分布，线与线的角度误差可以控制在10个角秒的范围内。
12、现场检测：
采用精度等级为3mm级别的进口全站仪，通过其RS232接口，对每张铝板进行多点测量（测量点是偏心的），然后通过计算机程序来计算出其实际球面的位置，若其对应理论球面有大的偏差，立即在C型铝材上对铝板进行调整。
对安装到现场的铝板按顺序编号，对每一块铝板在安装过程的检测数据，安装结束后的检测数据均存成电子文档备查。
13、甲方检测：
甲方检测合格后，完成整个球幕的安装过程。
14、银幕安装时，首选选检测上下集束点，水平大圆上的联接板、上下球面上的各联接板相对于球心的距离，相对于球心的赤经、赤纬角度，然后安装经向梁，在经向梁上均匀贴上20个反光标签（反光标签是全站仪上专用的，从全站仪观测反光标签中心，其角度误差可达到6角秒），每根梁上的反光标签间距1.5米，测量反光标签的各个角度数据，输入测量程序，然后根据测出的数据对矩形钢梁作出调整。
将纬度梁如同经度梁一样进行安装及测量（注：
对经纬梁的经度与纬度方向的偏离量进行的检测，主要是为了在蒙板时，能让每两块微孔面板的接缝能保证在经纬梁的中心线上），最后再拉上斜粱，其测量方法同上。
最后，对整个球面进行测量，并根据测量的结果，对联接板后的调节板进行适当的调整，最后将整个网架结构调整到要求的误差范围内。
3.3立体眼镜
圣好立体镜的设计从根本上满足三维可视化集团的要求。
它们提供了在一个时尚，舒适，坚固的封装，密封，以便进行彻底清洁终极的3D体验。
3.4音响系统
音响系统是本项目听觉效果中重要的部分，音响系统是非常重要的，好的音响系统能够让观众具有身临其景的感觉。
本项目中，根据影厅较大、混响时间较短的建筑声学特点，在主扬声器选择上重点考虑音色和声像定位的准确，系统主扬声器采用JBL的4722三单元三分频全频音箱，该音箱的最大声压级高达130dB@1m，指向性因数为10.0，指向性指数10db具有适当的覆盖范围和非常清晰的边缘效应，能够很好地防止出现声干涉现象，能够满足电影数字还声声像定位准确的高要求。
为了得到130dB以上强大的声压级和非常浑厚的低频音效，系统选用了JBL专为影院设计的超次低音音箱4641。
4641内置1只18英寸高功率低音单元，灵敏度达97dB，额定功率600W，平滑的频率响应。
在电影还音时，能够使观众感受到浑厚低音所制造的山摇地动的效果。
为了营造具有强烈声音空间包围感的良好环绕声场，在大厅四周配置了环绕音箱JBL8320，该环绕音箱由1只8英寸低频驱动器和1英寸高频号角构成两分频系统，配合水平100、垂直90的宽指向号角取得良好的覆盖特性，8320这种可与普通主音箱比美的结构的技术性能，能给观众提供非常突出的环绕立体声效果和强烈的临场感。
a、主音箱JBL4722
4722音箱是一个能够顺利和准确地提供紧凑的电影原声音乐和极具成本效益的音箱。
该音箱喇叭设计，采用了喘息高频补偿蔓延，可以大大的提升观众的听觉效果。
提供卓越的覆盖面，最大功率，声功率输出和统一，以及极低的失真。
该音箱设计提供了理想的动力响应和指向性声部分之间的无缝转换控制。
◆技术参数：
名称
详细配置、主要技术指标及性能
频率范围
30Hz-20kHz（-10dB）
频率响应
40Hz-19kHz（±3dB）
指向性因数（Q）
10.0
指向性指数（DI）
10dB
最大声压级
130dB@1m
分频点频率
630Hz,[800Hz]
灵敏度
104dB,
阻抗
4欧姆
额定功率
LF：
800WHF：
85W
体积
1265mmx762mm x450mm
净重
55.8kg
主要特点
优化应用了孔隙波导技术及银幕扩展补偿
可选双功放驱动或全频驱动
◆频率响应：
b、低次音箱JBL4641
在美国JBL型号4641是一种高质量重低音扬声器系统，具有一先进的技术，460毫米（18英寸），低频换能器安装在一个直接的散热器，低音反射式音箱为顺利应对最低发声频率。
4641理想的低频增强可以应用在模拟或数字音轨电影剧院等。
◆技术参数：
名称
详细配置、主要技术指标及性能
频率范围
25Hz-500kHz
额定功率
600W
分频点频率
80to150Hz
灵敏度
97dB（40-100Hz）
阻抗
8欧姆
低频驱动
2241H
体积
999.6mmx467.7mm x450mm
净重
60kg
主要特点
性能价格比优越的次低频系统。
单460-mm（18英寸）JBL2441VGC（空隙冷却技术）2441H低频换能器。
◆频率响应：
4641频率响应，在1米1瓦，150赫兹Linkwitz-莱利四阶低通滤波器和二阶高通滤波器在25赫兹与Q=2。
4641频率响应和阻抗（底部曲线）
c、低次音箱JBL8320A
8320影院环绕音箱提供了一个非常紧凑的机箱高功率，高灵敏度和扩展的低音响应。
8320的可靠性和稳定性是理想的低频驱动，结构紧凑的环绕扩展动态范围满足数码声音格式要求。
8320具有高功率，200毫米（8英寸）的低频驱动器，扩展低频响应低频驱动程序。
高频部分结合了25毫米
（1）直径恒定覆盖号角软球顶高输出驱动能力和非常广泛，甚至高频率范围。
150瓦的连续功率（六百瓦特峰）提供扩展的动态范围，以绝对满足数字音轨的可靠性要求。
◆技术参数：
名称
详细配置、主要技术指标及性能
频率范围（-10db）
50Hz-20kHz
频率响应（±）3db
65Hz-18kHz
额定功率
150W连续粉红噪音
600W峰值
分频点
3KHz
灵敏度：
1W,1m
94dB
阻抗
8欧姆
低频单元
200mm
高频单元
25mm
体积
406mmx383mm x224mm
净重
5kg
主要特点
2分频单200mm（8寸）低频驱动器和25mm（1寸）软球顶高频组合的“Thermomaster*”技术提供150W的功率。
两路的8320定位为经济、可靠的环绕声扬声器。
紧凑的设计迎合今天数字影院的选择。
◆频率响应：
频率响应半空间（2，实线）和自由铿乪劳工处（4，虚线），和输入阻抗
波束宽度与频率的关系
水平离轴频率响应
垂直离轴频率响应（下）
d、功放QSCISA750
功放选择QSCISA系列，ISA系列工程安装系统功率放大器是专为满足全世界声音系统设计人员及工程商的需要而设计的。
3种T型功放可提供分配式声音系统所需的25V、70V和100V定压输出，另外四种型号均可提供2欧姆低阻抗输入。
名称
详细配置、主要技术指标及性能
立体声模式
4Ω20Hz-20kHz/0.1%THD
输出功率
650W
桥接单声道模式
4Ω1kHz/1%THD
平持续输出功率
2400W
失真（SMPTE-IM）
<0.02%
信噪比
（20Hz-20kHz）8Ω>-100分贝
高度
3U
主要特点
1）满足低阻抗应用要求。
2）立体声,桥接或并联操作模式。
3）后面板2分贝锁定式增益控制，重复的快速进行增益设置。
4）XLR和可拆卸欧式输入接口。
5）DPV2数据接口可选用XC-3电子分频器,SF-3次低音扬声器滤波器,LF-3低通滤波器信号处理附件。
6）独立可选的削波限制器,降低失真。
7）可选频率高通滤波器,已保护扬声器,防止扬声器变压器饱和,并尽量减少对节目素材的影响。
8）高效率H类互补的双极性输出电路,可减少交流输入电流和热量消耗40%。
9）前面板指示灯可显示电源,信号和削波状态。
10）封闭式条型端子输出接口,操作安全。
11）自动变速风扇,低噪音的,可最大程度满足冷却要求。
12）气流由后至前,保持功放及机柜的冷却。
13）直流电源,次声频、热过载及短路等综合保护措施。
安装方式
机架安装
e、专业5.1声道处理器GREATNESTVF-1
产品特征：
专业级24bit数码变调，数模转换电路，音乐更加丰富清晰。
360度数字编码器控制总音乐音量，
开机复位功能，用户可自行设定每次开机音乐的音量状态
音乐最大输出锁定功能
音乐采用数字高中低三段EQ音调控制
各模式参数具备开机记忆功能
智能超低音信号控制处理（适合无人化管理操作）
当话筒开关打开并有信号输入的同时，有源低音输出信号即被自动衰减，衰减音量由个人设定。
b的士高功能
只要关掉话筒开关，此时有源低音输出信号，在3~5秒时间内即时回复到设定输出值。
红外线无线遥控。
电脑RS232多功能控制端口，S端子线路遥控接口。
超低音电子分频功能。
6通道独立输出，每个通道独立调节，
中置同环绕可同时输出音乐同话筒，音乐同话筒音量都可独立调节。
中置同环绕的话筒可选择有混响同无混响输出。
6位密码锁定功能。
开关机次数设置
防啸叫功能F.B-EX
f、音响系统连接图示意图
3.５动感座椅系统
系统由动感座椅、座椅动力系统组成。
a、动感座椅
作为与一般影院相区别的标志性特征之一，4D动感座椅是能够实现三个自由度运动的特效座椅和特效设备，是4D动感影院不可或缺的因素，正是通过特效座椅和特效设备的共同作用，才能够实现在立体视觉基础上的“身临其境”。
特效座椅外观看起来是一个非常舒服的靠背椅，但其中暗藏机关，还可在计算机控制下配合影片中镜头的运动进行同步的上下、前后俯仰、左右滚转，如在画面表现一棵燃烧的大树向观众砸来时，座椅就会适时做上下震动和左右摆动。
在椅背靠近观众头部的位置，左右两边内置音效设备，配合影院音响制造特殊声音效果，如表现蜜蜂飞到观众耳边时发出的嗡嗡声，影院音响就做不到这种近距离音效。
我们提供的4D动感座椅为六个自由度,由泵站、传感器、伺服阀、座椅本体、真皮坐垫等组成。
座椅主体为钢结构支架，以人性舒适度设计为主。
通过ISO9001质量体系认证和3C认证，并将严格按照质量体系的要求和行业标准。
颜色可根据用户需要调整，长宽高尺寸合适600mm*550mm*1400mm，保证小孩和老年人的上下很方便具有有保护头部的功能，舒适安全安装方式：
地面或台阶安装固定。
具体参数：
序号
项目
具体参数
１
伺服油缸
缸径：
32mm；杆径：
22mm；行程：
200mm。
２
伺服阀
CSDY-1
分辨率≤0.25%；滞环≤3%；线性度≤7.5%；
各项零标≤2%；工作温度：
-30°—90°;
３
蓄能器
类型：
隔膜式；连接方式：
螺纹连接；
公称容积：
0.63L;工作压力：
6Mpa。
４
传感器
使用寿命＞1亿次；机械行程：
237±2mm；
５
振动效果
振动器无噪音，振感强烈而且能体会到震动的强弱变化，更增强了临场性，有深临其境的感受
座椅效果图
b、座椅动力系统
液压泵站我们设计采用台湾峰勤泵站、具有断电保护功能，在因供电突发中断时，若此时平台处于非中心位置上，就有可能平台因惯性冲向一边而导致产生无法预料的后果，此时断电保护器就能在断电瞬间执行卸载复位功能，使平台迅速回零。
当遇有观众突发性不适或其它急需暂停平台运动的紧急情况时，现场有紧急暂停的功能按钮，遇到紧急情况时工作人员按下急停装置按钮后，计算机在1/48秒钟内执行紧急卸载程序，使处在运动中的平台立即停止运动并迅速复位、泵站卸压，系统回到初始状态。
座椅动力系统结构图：
泵站配置表：
品名
数量
型号
备注
油箱
1
900L
FQS
电机
1
50HP*6P
FQS
钟型罩+联轴器
1
148
FQS
定量泵
1
250L/MIN
KCL
油面计
1
LS—3”
FQS
注油器
1
AB-1163
FQS
压力表
1
AT-63*150KG/CM
F
升级会员 