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15 D影院設備行業介紹

1.1 5D影院行業的起源

5D影院行業最早起源于2010年廣州的動漫行業，由于其新穎性以及投資門檻低回報率高等特點，在一年多的時間里面迅速風靡大陸。

5D影院的前身產品叫4D影院，觀眾可以坐在一個稱為動感座椅的椅子上來觀看電影，椅子可以根據影片中的場景運動，影片的故事情節以觀眾的視角來表述，觀眾恍如被帶進了影片的情境當中。我們生活的三維空間被稱為3D，而觀眾觀看5D電影時就猶如穿梭了空間進入了虛擬的影片場景之中。

5D電影與4D電影并無本質上的不同，唯一的區別在于5D影院將原本用在舞臺上的特效設備搬進了影院，營造了一個環境仿真系統。通過眾多的精心制造環境特效，讓觀影者的環境更接近影片中的環境，更進一步增強了觀眾的體驗感覺。

1.2 5D影院的發展趨勢

5D影院是跨界產品，既是影院，又是娛樂設備，其未來的發展也必將沿著這兩條主線發展。

電影是大家非常熟悉的文化載體，2019年中國大陸的電影票房已經突破600億，這些年電影票房一直呈快速發展的趨勢，而且未來幾年這個趨勢也不會改變。隨著國人收入水平的提高，在滿足了基本的物質消費后，人們會在文化消費上有更多個性化的需求。而現在的二、三線城市的文化設施還遠遠不足，5D影院剛好在這個時候填補了這方面的空缺。

1.3 5D影院設備簡介

5D影院其本質就是一套動態仿真系統，其設備主要分為四部分組成：視頻系統、音頻系統、環境特效、動感座椅。

視頻系統：5D影院的視頻系統的基礎就是3D立體投影。先利用計算機數字建模建立一個3D場景，在通過視覺特效渲染技術，將一個場景分成左眼畫面和右眼畫面，再將兩個畫面通過投影儀投射到熒幕上。然后在投影儀前放置單機偏光3D眼鏡，將投影儀的光進行分離，使得使用者左眼看到　預設的左眼畫面，右眼看到預設的右眼畫面，進而呈現出栩栩如生的光學立體影像。

音頻系統：音頻系統包括解碼器、功放和音箱。對于要求不高的場所解碼器一般內置在功放中。

環境特效：就是將現實環境營造成影片中的虛擬環境，讓觀眾有身臨其境的感覺。

動感座椅：動感座椅是5D影院最核心的設備,也是技術含量最高的設備。通過上位機的控制程序來實現座椅協同場景運動。座椅運動的協同性和跟隨性越好，觀眾的感覺就越逼真，體驗效果也就越好。

動感座椅的本質就是普通座椅和控制系統的結合體。而根據動力系統的不同，我們可以把動感座椅分為氣動、液壓、和電動的。氣動和液壓的動感座椅技術門檻低，容易開發和生產，但設備結構復雜，維護相對比較麻煩。且其仿真動作粗糙，設備故障率高，液壓系統還存在油污污染的隱患。故液壓和氣動的傳動方式逐漸被市場拋棄，而新一代的伺服傳動完美的解決了上一代傳動系統的所有問題，且設備簡單容易維護，仿真動作細膩，設備故障率極低。正因為有著如此眾多的優點，伺服傳動的動感座椅已成為市場的主流配置，且將5D影院行業推向了一個新的高度。

圖1.  5D影設備視頻系統

2 禾川5D影院行業解決方案介紹

2.1 目前市場主流解決方案

經過多年的發展當前5D行業的主流解決方案基本為：由運動控制卡和脈沖伺服構成5D影院的動力系統。通過上位機的播放器軟件將每個時刻的所有軸的運動位置通過udp協議發送到運動控制卡，再由運動控制卡將位置指令轉換成相應的脈沖數下發到對應的軸，從而實現和電影同步的動作。

此種方案雖能較好的適配10座及以下的小型影院，但是一旦遇到60座及以上的大型5D影院時，就會顯得力不從心。不僅接線極其復雜、通訊量龐大、對上位機的處理能力要求較高，且不能實時監控每個軸的狀態，后期的設備維護起來較為麻煩、維護成本高，故障率較高。這也是大中型5D影院發展較為緩慢的主要原因。

2.2 禾川5D影院解決方案

為了解決目前主流方案存在的問題，我們推出了一種全新的5D影院行業的解決方案：IOT-ADP以太網模塊加上支持CAN總線的X2E伺服。

這種全新的CAN總線方案通過普通RJ45的網線來通訊，徹底解決了傳統方案布線復雜，布線時間長的痛點。并且具備可靠性高，抗干擾能力強不會出現丟脈沖的優點。一個禾川IOT-ADP模塊最多可連接60臺伺服驅動器，且每個模塊間既能獨立組網，也能共同組網拓撲靈活、實用性強。

為了解決大型5D影院的通訊量大的問題，我們采用了存動作文件到模塊里的方式，讓上位機軟件在播放電影時只需要發送一條選擇電影名稱和開始播放的指令就可以實現影片的播放。其原理是先將廠商描述每個影片的JSON文件轉化成Bin文件存放在IOT模塊里面，當在播放器上鼠標選擇影片時，IOT模塊會根據上位機發下來的電影名稱找到對應的動作文件。而當鼠標點擊播放時，IOT模塊會率先和播放器進行時間同步，確保影片和動作同步進行，隨后會和上位機軟件同時開始播放影片和對應的動作文件。

整個解決方案總共分為三層，分別為上位機控制層、中間IOT模塊層、下位X2E驅動層。

圖2.禾川5D影院系統拓撲圖

● 控制層：設備廠商的研發人員只需要根據禾川提供的接口輕松實現影片的播放停止、發送回原指令、時間同步、實時查看每個軸的狀態和報警信息等眾多功能。且具有開發簡單、靈活度高等優勢。

● IOT層：IOT模塊的主要作用為存儲電影動作文件，接受和轉發驅動器定時發送上來軸狀態信息和控制命令。禾川IOT-ADP模塊相較于普通的脈沖控制卡不僅具有體積小，價格便宜等特點，且內部還支持256Mb的大容量存儲空間且支持內存擴展。其還支持TCP/IP、CAN、Modbus、萬能協議等眾多協議，內部還預留無線WIFI接口未來可實現更多功能。

● 驅動層：普通人生理上能感受到的畫面和動作不同步的時間大概為200ms，而禾川X2ECAN總線伺服采用的同步周期運動模式的周期為25ms。如此短的同步周期，不僅讓觀眾感受不到絲毫的延時而且能模擬出更多豐富的場景的變化，如過沙地的輕微細膩的抖動、崎嶇山路劇烈的抖動、坐滑滑梯時如水般的柔順等等。每個驅動器都會定時發送軸狀態和報警信息，便于上位機實時監控每個軸的具體運行情況，以及售后維護更加輕松快捷。

2.3 禾川5D影院解決方案拓展

由于禾川5D影院解決方案的高度的靈活性和可擴展性強，以及相較與主流的方案具有高性價比，故該方案從推出市場以來，也受到眾多中小型設備廠商的歡迎。5D影院行業乃至整個娛樂設備行業的所有設備根據功能性的不同基本上可以分為以下兩種：

● 電影設備：事先準備好電影、動作文件和環境特效。等觀眾坐到座位上，只需要將預先準備好的呈現給觀眾。該類設備可以是供兩個觀影的VR-蛋椅設備，也可以是可供60人同時觀影的大型5D影院。

● 游戲設備：整個設備帶給游客的感受全部通過游客的操作來完成，趣味性強、可玩性高。但是前期開發難度較大，投入成本較多。此類設備一般為賽車類設備。

無論是電影設備還是游戲設備，禾川5D影院解決方案憑借著它優秀的拓展性，目前均已適配絕大部分市場的主流設備，相信在未來禾川5D影院解決方案一定能在整個娛樂設備行業闖出自己的一片天空！

3 禾川X2E-CAN總線型伺服介紹

X2E-CAN總線型伺服是禾川科技最新推出的總線型伺服，兼具著功能豐富且搞性價比的優勢。且設計美觀，使用簡單易用性強，有著普通伺服驅動器無法比擬的優勢：

● 控制模式在線任意切換；

● 可內置工藝控制控制算法，刀塔、電子凸輪等；

● 兩組增益切換，響應快、停止穩；

● 完善的過流、過速、輸入缺相編碼器異常的保護；

● 重力負載補償功能；

● 可設置的寬電壓輸入、最低50%；

● 再生制動、動態制動功能；

● CAN總線組網、多軸互聯。

圖3.已量產的VR蛋椅設備

圖4.搭載禾川方案的卡丁車設備

圖5.X2E-CAN總線型伺服外觀

4 結束語

隨著國家逐步加大對文化領域的投資和建設，5D影院行業的前景也將會越來越好。

而這些年隨著行業的發展壯大，現在已經有專業的影視機構制作出高水準的5D影片。加之有著高性能搞拓展性的禾川5D影院解決方案的保駕護航，5D影院行業定會憑借著X2E-CAN總線伺服的翅膀展翅翱翔。