三維動態展示系統的製作方法

2023-05-27 16:14:11 1

專利名稱：三維動態展示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及三維投影技術領域，特別是涉及一種三維動態展示系統。
背景技術：
近年來，隨著投影儀技術的進步，以此為基礎的平面投影技術得到很大 發展。平面投影在解析度，色彩還原度以及亮度等方面質量的提升，使得平 面投影的效果取得了質的飛躍，被廣泛應用於會議報告、多媒體教學、文藝 節目等領域。
人們通過使用平面投影項技術，能夠根據自己的思路，將要展示的內容
進行投影內容的設定，剪輯，以達到更好的投影效果。然而隨著計算機3D技 術的發展，越來越多的場合要求所進行的各種展示、匯報能夠結合三維的實 體模型技術，給觀眾一個更為直觀、生動的視覺印象。
目前市場上的三維展示系統多為三維模型配以聲、光、電技術。其中， 三維模型多為手工堆砌，精度低，耗時長。近年來由於聲、光、電技術的引 進，使得三維模型的展示效果有了很大的提高，從而在園區宣傳，樓盤展示， 博物館展覽等領域得到了廣泛應用。
但是，由以上技術構成的三維展示系統，存在製作耗時長，成本高，維 護困難等缺點，而且這些系統一旦製作，只能用於一種用途，展示內容和形 式都無法修改，表現形式單一，不具備持續的生命力，導致往往在一個很短 的周期內，就會由於所需展示內容的變化而需要重新投入成本製作，使得三 維展示系統的成本增加。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種三維動態展示系統，其展示內容和 形式可以進行靈活調整，表現形式多樣化，且製作迅速、造價低廉，適合大 M^莫的推廣應用，具有重大的生產實踐意義。
為此，本發明提供了一種三維動態展示系統，包括有三維模型雕刻系統
4和三維動態投影系統，其中，
三維模型雕刻系統，用於在模型基材5上製作所需要的三維模型； 三維動態投影系統，用於製作所需投影的內容，並通過投影使得三維模 型雕刻系統所製作的三維模型上展現該投影內容。 優選地，所述三維模型雕刻系統，包括
三維雕刻計算機控制系統1,用於將所需加工的三維模型數據處理後實 時發送給龍門機器人系統4，控制龍門機器人系統4在模型基材上進行雕刻；
PCI多軸運動控制卡2，與三維雕刻計算機控制系統1相連接，用於計 算出龍門機器人系統4每一時拍的XYZ軸的電機轉數；
龍門機器人系統4，與多軸運動控制卡2通過排線相連接，用於在接收 到經過處理的三維模型數據後，控制其上的電機將夾持銑刀的機器人末端運 動到三維模型數據所指定的位置，對模型基材5進行雕刻，形成三維模型6。
優選地，所述龍門機器人系統4對模型基材5進行雕刻的方式為分層加 工方式。
優選地，所述PCI多軸運動控制卡2與三維雕刻計算機控制系統1通過 PCI插槽3相連接，所述龍門機器人系統4與多軸運動控制卡(2)通過排線 相連4妻。
優選地，所述三維模型雕刻系統還包括模型打磨裝置，該裝置採用與 模型基材相匹配的砂紙進行打磨，使三維模型的表面平整光滑；
以及單色處理裝置，該單色處理裝置用於對三維^t型6進行單色處理， 使得單色塗料均勻分布在在三維模型6的表面，形成經過單色處理後的三維 模型8。
優選地，所述單色塗料為以鈦白粉為基本材料的塗料。 優選地，所述三維動態投影系統包括
三維動態投影計算機控制系統9,用於根據三維模型表達的信息進行編 制，並根據所需要展示的內容進行修改，使三維投影的內容具備動態性；
投影設備ll,用於在啟動後，接收三維動態投影計算機控制系統9所發 送過來的投影內容信息，並將該內容投放到三維單色模型8上，使三維單色 模型8展示出立體的三維彩色信息，形成三維動態投影展示模型12。
優選地，所述三維單色模型8的正面必須與投影設備11的投射方向重合，其與投影設備11之間的距離根據投影的需要進行調整，投影設備11的投影 到三維模型的面積與三維模型的面積相等且在物理上重疊。
優選地，所述模型基材5為密度可調的聚乙烯樹脂基材。 由以上本發明提供的技術方案可見，本發明與現有技術相比，本發明提 供的三維動態展示系統的展示內容和形式可以進行靈活調整，表現形式多樣 化，且製作迅速、造價低廉，適合大規模的推廣應用，具有重大的生產實踐 意義。


圖1為本發明提供的三維動態展示系統的結構示意圖2為本發明提供的三維動態展示系統中三維模型雕刻系統的結構示意
圖3為本發明提供的三維動態展示系統中三維模型經過表面處理和單色 處理後的變化示意圖4為本發明提供的三維動態展示系統中三維動態投影系統的結構示意圖。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施
方式對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為本發明提供的三維動態展示系統的結構示意圖，參見圖1，本發
明的三維動態展示系統包括有三維模型雕刻系統和三維動態投影系統，其中 三維模型雕刻系統101，用於在^t型基材上製作所需要的三維^t型； 在本發明中，該模型基材優選為採用密度可調的聚乙烯樹脂基材。 三維動態投影系統102,用於製作所需投影的內容，並通過投影使得三
維模型雕刻系統101所製作的三維模型上展現該投影內容。
參見圖2，對於本發明所採用的三維模型雕刻系統101，包括有 三維雕刻計算機控制系統1，用於將所需加工的三維模型數據處理後實
時發送給龍門機器人系統4，控制龍門機器人系統4在模型基材上進行雕刻； 具體實現上，三維雕刻計算機控制系統1用於根據三維模型的數據進行
6龍門機器人系統4的軌跡規劃，通過PCI插槽3控制PCI多軸運動控制卡2 計算出龍門機器人系統4每一時拍的XYZ軸的電機轉數，並發送給龍門機 器人系統4;
PCI多軸運動控制卡2，與三維雕刻計算機控制系統1通過PCI插槽3 相連接，用於計算出龍門機器人系統4每一時拍的XYZ軸的電機轉數；
龍門機器人系統4，與多軸運動控制卡2通過排線相連接，用於在接收 到經過處理的三維模型數據後，控制其上的電機將夾持銑刀的機器人末端運 動到三維模型數據所指定的位置，對模型基材5進行雕刻，形成三維模型6。 需要說明的是，模型基材5在雕刻過程中固定在龍門機器人系統4的加工空 間內。
在本發明中，龍門機器人系統為三自由度機器人，在加工空間內由三個 電機控制及伺服系統可進行XYZ三個平面的精確運動。機器人末端的銑刀 由直流電機驅動，繞機器人Z軸旋轉。龍門機器人系統根據三維模型的高度 數據，通過末端銑刀對基材進行雕刻處理。為了保證三維模型的細節精度， 在雕刻過程中採用多種銑刀結合的方法，銑刀直徑有10mm、 5mm及3mm 三種。
本發明的三維模型雕刻系統結合了計算機控制系統、龍門機器人加工技 術、自動化控制技術，所採用的模型基材5為密度可調的聚乙烯樹脂基材， 由計算機控制控制龍門機器人系統，將所需加工的三維模型數據處理後實時 地發送給龍門機器人系統，龍門機器人接收到數據後，控制電機準確地將夾 持銑刀的機器人末端運動到數據所指定的位置進行加工。經過實驗證明，本 發明的三維模型雕刻系統101所製作的三維模型尺寸範圍可以達到 2500mm* 1200mm，高程落差可達500mm，加工時間不超過4小時。
參見圖2，具體實現上，例如，三維模型雕刻系統的加工平臺為龍門機 器人，模型的加工尺寸為2500mm* 1200mm*50mm,模型基材為聚乙烯樹脂， 基材的密度可調。運用上述的三維模型雕刻系統，具體的加工實現步驟為 三維雕刻計算機控制系統1根據三維模型的數據進行龍門機器人軌跡規劃， 通過PCI插槽3控制PCI多軸運動控制卡2計算出龍門機器人系統4每一時 拍XYZ軸的電機轉數。龍門機器人系統4接收PCI多軸運動控制卡2的命 令，控制電機工作，將機器人末端銑刀精確控制到三維模型點，對固定在其加工範圍中的模型基材5進行雕刻，在本發明中，龍門機器人系統4的雕刻 方式採用分層加工方式，並採用刀具為5mm以及2mm的銑刀進行雕刻，最 終形成三維模型6。
此外，在本發明三維模型雕刻系統製作的三維模型(6)中，由於銑刀的 加工尺寸所限，會產生與銑刀尺寸相同大小的道，道與道之間由於存在高度差 使得三維模型不太平整，影響視覺效果和三維動態展示效果。在本發明的三維 模型雕刻系統101中，還包括模型打磨裝置，該裝置採用與模型基材相匹配的 砂紙進行打磨，使三維模型的表面平整光滑，能夠準確地反映三維模型的細節 信息。
鑑於三維模型雕刻系統所製作的三維模型由於基材在空氣中易氧化，導致 表面顏色不一致，會影響投影的效果。同時，投影對被投影模型的表面平滑度 及光澤度也有嚴格的要求，為了使本發明中的三維模型表面顏色統一，並符合 投影相關要求。本系統的三維模型雕刻系統101中還包括單色處理裝置，該單 色處理裝置用於對三維模型6進行單色處理，使得單色塗料均勻分布在在三維 模型6的表面，形成經過單色處理後的三維-漠型8，如圖3所示。具體實現步 驟為採用了特殊的單色塗料處理配方，單色塗料配方以鈦白粉為基本原料， 並配合相應的輔助劑。為了使塗料配方均勻地分布在三維模型表面，在進行塗 料處理之前，在三維模型上先塗一層膩子膏，消除基材之間的縫隙。在塗料塗 刷之後，將三維模型放置在乾燥、通風的環境中自然風乾，形成單色處理後三 維模型(8)。該單色處理後三維模型具有細膩的紋理，光澤鮮豔，且具有很好 的光線表現力，可以生動地反映投影的細節信息。
參見圖4，本發明的三維動態投影系統102包括
三維動態投影計算機控制系統9:該系統在本發明中負責投影內容的制 作、播放。在物理上，本系統與投影設備相連接。投影內容與三維模型相結合， 用於根據三維模型表達的信息進行編制，並根據所需要展示的內容進行修改， 使三維投影的內容具備動態性。
所要進行編制的三維模型的表達內容可以是一 系列與三維模型相關的圖 片系列或者是PPT演示講稿以及與三維模型結合的視頻片段。演示者可以通 過計算機控制系統，運用有關圖像處理的軟體，對投影的內容進行實時地修改， 如改變顏色，增加指示線段等，從而使得三維投影的內容具備動態性。
8投影設備ll:該投影設備在本發明中負責投影內容的投影工作。在物理 上，與三維動態投影計算機控制系統9通過VGA (視頻圖形陣列)線10連 接。投影設備ll用於在啟動後，接收三維動態投影計算機控制系統9所發送 過來的投影內容信息，並將該內容^i文到三維單色模型8上，使三維單色模型 8表面具有顏色信息，展示所希望展示的內容，也就是使三維單色模型8展示 出立體的三維彩色信息，形成三維動態投影展示模型12。
經過上述單色處理後形成的三維單色模型8為表面平整，具備一定光澤度 的三維單色模型，在本發明中扮演投影內容載體的角色。它可根據具體的需要， 固定在牆壁上或平置在地板上。在本發明中，需要說明的是，所述三維單色才莫 型8的正面必須與投影設備11的投射方向重合，與投影設備11之間的距離根 據投影的需要進行調整，投影設備ll的投影到三維模型的面積與三維模型的 面積相等且在物理上重疊。本發明將三維單色模型8固定在需要投影的位置， 在其正前方放置投影設備，三維動態投影計算機控制系統9根據實時展示信息 控制投影設備11發出具有顏色信息的光束，該光束投影到三維單色模型8上， 展示出立體的三維彩色信息，形成三維動態投影展示模型12。
在本發明前兩項成果的基礎上，投影儀所投影範圍覆蓋整個三維模型。計 算機控制所需投影的內容，通過投影儀的投影使三維模型上出現投影內容，實 現三維投影技術。
綜上所述，本發明提供的三維動態展示系統的展示內容和形式可以進行 靈活調整，表現形式多樣化，且製作迅速、造價低廉，適合大規模的推廣應 用，具有重大的生產實踐意義。
本發明結合目前市場上已有的三維展示系統以及平面投影技術的優點，將 解決目前三維展示系統中的單一展示，生命力不強以及平面投影中存在的無立 體信息，展示內容不夠生動的問題，改變目前人們對投影展示的認識，引起相 關行業的技術變革。
本發明的應用場合包括軍事沙盤展示，博物館模型展示，產業園區宣傳， 匯報演講等。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾， 這些改進和潤飾也應^L為本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種三維動態展示系統，其特徵在於，包括有三維模型雕刻系統和三維動態投影系統，其中，三維模型雕刻系統，用於在模型基材(5)上製作所需要的三維模型；三維動態投影系統，用於製作所需投影的內容，並通過投影使得三維模型雕刻系統所製作的三維模型上展現該投影內容。
2、 如權利要求1所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述三維模型 雕刻系統，包括三維雕刻計算機控制系統(1),用於將所需加工的三維模型數據處理後 實時發送給龍門機器人系統(4)，控制龍門機器人系統(4)在模型基材上進 行雕刻；PCI多軸運動控制卡(2)，與三維雕刻計算機控制系統(1)相連接，用 於計算出龍門機器人系統(4)每一時拍的XYZ軸的電機轉數；龍門機器人系統(4),與多軸運動控制卡(2)相連接，用於在接收到經 過處理的三維模型數據後，控制其上的電機將夾持銑刀的機器人末端運動到 三維模型數據所指定的位置，對模型基材(5 )進行雕刻，形成三維模型(6 )。
3、 如權利要求2所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述龍門機器 人系統(4)對模型基材(5)進行雕刻的方式為分層加工方式。
4、 如權利要求2所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述PCI多 軸運動控制卡(2)與三維雕刻計算機控制系統(1 )通過PCI插槽(3 )相 連接，所述龍門機器人系統(4)與多軸運動控制卡(2)通過排線相連接。
5、 如權利要求2所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述三維模型 雕刻系統還包括模型打磨裝置，該裝置採用與模型基材相匹配的砂紙進行 打磨，使三維模型的表面平整光滑；以及單色處理裝置，該單色處理裝置用於對三維模型(6 )進行單色處理， 使得單色塗料均勻分布在在三維模型(6)的表面，形成經過單色處理後的三 維模型(8 )。
6、 如權利要求5所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述單色塗料 為以鈦白粉為基本材料的塗料。
7、 如權利要求1所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述三維動態投影系統包括三維動態投影計算機控制系統(9)，用於根據三維模型表達的信息進行 編制，並根據所需要展示的內容進行修改，使三維投影的內容具備動態性；投影設備(11 )，用於在啟動後，接收三維動態投影計算機控制系統(9) 所發送過來的投影內容信息，並將該內容投放到三維單色模型(8)上，使三 維單色模型(8)展示出立體的三維彩色信息，形成三維動態投影展示模型 (12)。
8、 如權利要求7所述的三維動態展示系統，其特徵在於，所述三維單色 模型(8 )的正面必須與投影設備(11)的投射方向重合，其與投影設備(11) 之間的距離根據投影的需要進行調整，投影設備(11)的投影到三維模型的 面積與三維;漠型的面積相等且在物理上重疊。
9、 如權利要求1至8中任一項所述的三維動態展示系統，其特徵在於， 所述模型基材(5)為密度可調的聚乙烯樹脂基材。
全文摘要
本發明公開了一種三維動態展示系統，包括有三維模型雕刻系統和三維動態投影系統，其中，三維模型雕刻系統，用於在模型基材(5)上製作所需要的三維模型；三維動態投影系統，用於製作所需投影的內容，並通過投影使得三維模型雕刻系統所製作的三維模型上展現該投影內容。本發明公開的三維動態展示系統的展示內容和形式可以進行靈活調整，表現形式多樣化，且製作迅速、造價低廉，適合大規模的推廣應用，具有重大的生產實踐意義。
文檔編號G09F19/18GK101494017SQ20091006796
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者劉景泰, 雷 孫, 陳新偉 申請人:南開大學