可编程三维威亚系统分析

最近几年演出行业开始多样化，涌现出了很多新颖的机械设备，如增加舞台动感效果的可编程矩阵球（见图1）、机械臂（见图2）、全向车台（见图3）等演出设备，极大地丰富了演出的方式和内容。

图1 矩阵球

图2 机械臂

图3 全向车台

三维威压

三维威亚也称三维飞行器，可将人、道具或摄像机快速移动到空间的任意位置，表演的空间维度更加灵活多样，是目前比较先进、科技含量较高的立体舞台展现的一种手段。

常规的威亚分为一维威亚和二维威亚。一维威亚主要用于表演人员或者物体的上升下降，表演形式比较单一；而二维威亚则可以在一个平面上进行表演，不光可以进行上升下降的动作，还可以进行左右移动的操作。两种威亚的表现形式都有一定的局限性，而三维威亚可以在空间的任意位置进行移动，实现立体舞台的效果，起到画龙点睛的效果。

对于三维威亚控制系统功能，一般有如下几种：

（1）手动操作，配置手柄等操作工具，可进行手动控制，一般配置多个维度的手柄，可同时控制三维威亚的上下、前后、左右的同时动作。

（2）轨迹离线编程，编辑轨迹，设定需要经过的轨迹点，通过轨迹自动平滑等方式处理需要运行的轨迹，同时可设定轨迹的运行时间等，并进行轨迹运行参数的设定和自检，支持轨迹离线仿真。

（3）示教功能，能将手动运行的轨迹进行记录，并能回放。可通过手柄先试运行轨迹，同时开启轨迹记录功能，记录完成后可将估计进行完整的重现。

（4）运行区域设定，可手动设置运行区域，保证系统在运行过程中不会运行过界和碰撞。

目前，国外的奥地利瓦格纳比罗、英国ST等公司拥有三维威亚技术。国内的一些公司也在开发三维威亚，但功能不够全面，四种功能中一般只实现了某一种或者两种功能。

ST公司的威压系统采用三维视图进行设计，可轻松实现三维仿真功能，通过计算机软件编程，可实现轨迹编程、记录、回放等功能（见图4）。系统采用了多种算法，如基于样条曲线的轨迹生成算法，基于S曲线的加减速控制算法，基于轨迹球控制的三维视图控制算法等。

图4 ST公司三维威亚软件视图

系统构成

三维威亚通常采用四根绳索牵引，作为柔索并联机器人的一个分支，空间有X、Y、Z三个自由度。舞台机械控制系统采用分层控制结构，分为三层，操作层、控制层、执行层。三层功能划分明确，进行不同的数据处理。

软件功能

人机交互通过计算机软件StageTour完成，StageTour主界面分为八个区域，标题栏：显示OEM厂家信息、本机软件的名称和系统时间；三维视图区：三维显示三维威亚的状态；设备监控区：三维威亚单个设备状态属性；操作区：设备、剧目选择的相关界面；信息提示栏：显示软件当前运行状态和用户的操作信息；状态栏：显示系统当前状态（系统状态是否正常）、显示用户属性（管理员、普通用户）和用户名称、软件工作模式；功能菜单按钮：剧目管理、设置配置、系统选项；模式切换区：StageTour的工作模式选择。

点击按钮可将软件切换到指定的工作模式，工作模式可分为手动模式、编辑模式、自动模式。

三维威亚可用于舞台表演，也可用于展览展示。其作为柔索并联机器人的一种方式，可应用于其他物体空间位置调整，如摄像机等。

由于三维威亚只有四根绳索，可采用类似单点吊机的布局方式，采用快拆的方式来进行四个点的固定。平时不用的情况下可当成单点吊机进行自由升降，不占用空间位置；需要用的时候可将四个点降到某个位置，进行快速连接即可。文中详述的系统已成功应用于多个剧场的观众厅以及部分婚庆场所。

节选自《演艺科技》2017年第11期侯鹏强，唐伟，向飞《可编程三维威亚系统分析 》，转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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