第一篇：基于ProENGINEER系統的虛擬裝配技術應用研究

基于Pro/ENGINEER系統的虛擬裝配技術應用研究

【摘 要】虛擬裝配技術是一種全新的設計概念。它可有效支持自頂向下的并行產品設計以及與Master Model相關的可制造性設計和可裝配性設計，以縮短產品開發周期。本文在分析了虛擬裝配技術基本思想后，提出了在某型焊接小車設計中實施虛擬裝配技術應用的基礎環境以及具體的實施方法和途徑。

【關鍵詞】 虛擬裝配 主模型 并行設計 引言

近年來，世界機械制造業市場的競爭日趨激烈，為了適應變化迅速的市場需求，產品研制周期、質量、成本、服務成為每一個現代企業必須面對的問題。近20年來的實踐證明，將信息技術應用于新產品研制以及實施途徑的改造，是現代化企業生存、發展的必由之路。同時，先進的產品研制方法、手段以及實施途徑，實際上是產品研制質量、成本、設計周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數字化代表產品--波音777的展示中，不像以往那樣重點宣傳新型飛機本身性能如何優越，而是強調他們如何充分利用數字化研制技術以及產品研發人員的重新編隊等方面。波音777飛機項目順利完成的關鍵是依賴三維數字化設計與集成產品開發團隊IPT（Integrated Product Development Team）（238個Team）的有效實施，保證了飛機設計、裝配、測試以及試飛均在計算機上完成。研制周期從過去的8年時間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設計思想在研制過程中發揮了巨大的作用?！疤摂M裝配”（Virtual Assembly）是產品數字化定義中的一個重要環節，在虛擬技術領域和仿真領域中得到了廣泛的應用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。該定義強調虛擬裝配技術是一種模型重新進行定位、分析過程。

(2)虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

本文結合焊接小車研制的特點，給出如下的定義：虛擬裝配是在計算機上完成產品零部件的實體造型，并且進行計算機裝配、干涉分析等多次協調的設計過程，實現產品的三維設計過程與零部件裝配過程的高度統一。虛擬裝配技術在機械設計的應用研究中，是一種全新的設計概念，它為產品的研制提供了一種新的設計方法與實施途徑，它的成功依賴于對產品總體設計進程的控制。同時，產品的零部件模型數據的合理流動與彼此共享是實現虛擬裝配技術的基礎。虛擬裝配包括設計過程、過程控制和裝配仿真三部分。2 虛擬裝配基本設計思想及內涵

2.1 以設計為中心的虛擬裝配

以設計為中心的虛擬裝配（Design-Centered Virtual Assembly）是指在產品三維數字化定義應用于產品研制過程中，結合產品研制的具體情況，突出以設計為核心的應用思想，這表現在以下三個層次，如圖1所示。

圖1 虛擬裝配層次圖

2.1.1 面向裝配的設計（DFA）

即在設計初期把產品設計過程與制造裝配過程有機結合，從設計的角度來保證產品的可裝配性。引入面向產品裝配過程的設計思想，使設計的產品具有良好的結構，能高效地進行物理裝配，能在產品研制初期使設計部門與制造部門之間更有效地協同工作。

2.1.2 自頂向下（Top-down）的并行產品設計（CPD）

并行產品設計是對產品及其相關過程集成、并行地進行設計，強調開發人員從一開始就考慮產品從概念設計直至消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤和矛盾盡可能及早發現，以縮短產品開發周期，降低產品成本，提高產品質量。

2.1.3 與Master Model相關的可制造性設計和可裝配性設計

產品研制是多部門的協同工作過程，各部門間的合作往往受到各個企業的生產條件等方面的限制，結合各個企業的生產能力和生產特性，改進產品設計模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數量和特殊類型，減少材料種類，使用標準化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產品研制的不同階段數據結構完整一致，保證產品研制的各個部門協同工作，實現CAD/CAM/CAE系統的高度集成，有效提高產品的可制造性和可裝配性。

2.2 以過程控制為中心的虛擬裝配 以過程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內容。

2.2.1 實現對產品總體設計進程的控制

在產品數字化定義過程中，結合產品研制特點，人為地將虛擬裝配技術應用于產品設計過程，該過程可以劃分為三個階段：總體設計階段、裝配設計階段和詳細設計階段。通過對三個設計階段的控制，實現對產品總體設計進程的控制，以及虛擬裝配設計流程。

（1）總體設計階段?？傮w設計階段是產品研制的初期階段，在此階段進行產品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進行產品初步的結構、系統總體布局。

（2）裝配設計階段。裝配設計階段為產品研制的主要階段，在此階段產品三維實體模型設計已經基本完成，主要包括：產品模型空間分配（裝配區域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關系、三維實體模型等）以及應力控制。

（3）詳細設計階段。詳細設計階段為產品研制的完善階段，在此階段完成產品三維實體模型的最終設計，主要包括 ：完成產品三維實體模型的最終設計，進行產品模型的計算機裝配，進行全機干涉檢查。

2.2.2 過程控制管理

過程模型包含了產品開發的過程描述、過程內部相互關系和過程間的協作等方面內容。通過對過程模型的有效管理，實現對工程研制過程中各種產品設計結果和加工工藝等產品相關信息的管理，從而實現優化產品開發過程的目的。

2.3 仿真為中心的虛擬裝配

以仿真為中心的虛擬裝配（Simulate-Centered Virtual Assembly）是在產品裝配設計模型中，融入仿真技術，并以此來評估和優化裝配過程。其主要目標是評價產品的可裝配性。

2.3.1 優化裝配過程

目的是使產品能適應當地具體情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元能并行地進行裝配。

2.3.2 可裝配性評價 主要是評價產品裝配的相對難易程度，計算裝配費用，并以此決定產品設計是否需要修改。應用研究

3.1 基礎應用環境

虛擬裝配技術在焊接小車設計中的應用，需要以一定的基礎應用環境作為平臺，主要包括以下幾個方面：協同工作環境、統一的信息編碼系統以及機械通用基礎標準。

（1）協同工作環境。有一個協同工作的基礎環境，實現支持異地設計、異地裝配、異地測試的工作環境，特別是基于網絡的三維圖形的異地快速傳遞、過程控制、人機交互的基礎環境是非常必要的。

（2）統一的信息編碼系統。焊接小車的設計是一項復雜的系統工程，各項工程數據在IPT內部以及IPT之間進行合理流動，因此有效的管理是實現虛擬裝配技術的重要環節，必須能夠實現平臺的協同設計，又能對各種產品數據進行管理和傳遞，保證在正確的時間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統一的信息編碼系統是一項重要的應用基礎環節。

（3）機械通用基礎標準。虛擬裝配技術如果要實現行業CAD/CAE/CAPP/CAM技術的有效集成和廠所之間的數據交換，必須采用機械通用基礎標準。

3.2 焊接小車部件級產品實施方法及途徑

3.2.1 軟硬件環境

硬件：COMPAQ服務器一臺；P4，2.7G，1M內存的微機8臺。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環境。

3.2.2 焊接小車的傳動裝置虛擬裝配技術應用研究

我們選擇傳動裝置的虛擬裝配技術應用研究作為工程實例，對虛擬裝配技術的工程應用思想、方法、具體實施途徑作進一步研究，為下一階段整個小車的應用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設計階段。IPT根據小車總體設計要求以及基本的總體設計參數，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進行初步的總體布局?？傮w設計階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對系統構件進行初步布置、建立初始模型。

圖2 總體設計階段模型

本階段結束時，必須凍結已經建立的產品主模型空間，作為模型設計共享的基礎。

（2）裝配設計階段。這是小車模型具體建立階段。本階段主要包括以下基本步驟：建立各部件的實體模型；定義具體結構裝配的分解線路（建立裝配層次、裝配區域）；建立模型間的具體裝配約束（Constraints）關系；從共享數據庫中提取相應的結構模型； 進行計算機裝配（Computer Mock-Up，簡稱CMU），以及進行干涉檢查。

（3）詳細設計階段。本階段完成焊接小車所有零件的設計工作，保證小車內所有零件干涉自由，設計模型如圖3所示。

圖3 詳細設計階段模型 結束語

虛擬裝配的應用研究在國內研究所才剛剛起步，無論是在船舶、飛機、機械等領域的產品研制與開發中，還是在其他的輕工藝產品的開發中，人們已經逐漸地認識到虛擬裝配所能發揮的巨大作用和發展潛力。在焊接小車的設計過程中采用的裝配思想改變了產品研制人員的研制習慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應用方法、建立一定的組織機構是實現虛擬裝配的核心，產品數據在研制中的合理管理和流動是實現虛擬裝配的基礎。

第二篇：虛擬加工與裝配技術

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目 錄

摘要.......................................................................................................................Abstract.................................................................................................................第一章

緒論.....................................................................................................1.1虛擬裝配技術...........................................................................................................1.2虛擬制造技術...........................................................................................................第二章 虛擬加工技術及其應用.........................................................................2.1 虛擬加工系統體系結構..........................................................................................2.2 虛擬加工設備建模

..............................................................................................2.3 系統實現................................................................................................................2.4 結語......................................................................................................................第三章 虛擬裝配技術及其應用.......................................................................3.1 虛擬裝配基本設計思想及內涵............................................................................3.2應用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技術加工活塞...................................................................4.1活塞模型的創建.....................................................................................................結束語.................................................................................................................參考文獻.............................................................................................................2

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第一章 緒論

1.1虛擬裝配技術

近年來，世界機械制造業市場的競爭日趨激烈，為了適應變化迅速的市場需求，產品研制周期、質量、成本、服務成為每一個現代企業必須面對的問題。近20年來的實踐證明，將信息技術應用于新產品研制以及實施途徑的改造，是現代化企業生存、發展的必由之路。同時，先進的產品研制方法、手段以及實施途徑，實際上是產品研制質量、成本、設計周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數字化代表產品--波音777的展示中，不像以往那樣重點宣傳新型飛機本身性能如何優越，而是強調他們如何充分利用數字化研制技術以及產品研發人員的重新編隊等方面。波音777飛機項目順利完成的關鍵是依賴三維數字化設計與集成產品開發團隊IPT（Integrated Product Development Team）（238個Team）的有效實施，保證了飛機設計、裝配、測試以及試飛均在計算機上完成。研制周期從過去的8年時間縮減到5年，其中虛擬裝配的工程設計思想在研制過程中發揮了巨大的作用。“虛擬裝配”（Virtual Assembly）是產品數字化定義中的一個重要環節，在虛擬技術領域和仿真領域中得到了廣泛的應用研究。通常有2種定義：

(1)虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。該定義強調虛擬裝配技術是一種模型重新進行定位、分析過程。

(2)虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

1.2虛擬制造技術

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第二章 虛擬加工技術及其應用

2.1 虛擬加工系統體系結構

虛擬加工是現實加工過程在計算機上的映射，與真實制造過程相比，具有虛擬性、數字化集成性、依賴性。虛擬加工系統的建立必須基于現實的制造設備及其相關活動，并且可以隨著制造設備的改變對虛擬加工系統進行變更。由此，以現實制造過程為基礎，本課題組提出了一個開放的、可重組、可擴展的虛擬加工系統體系(圖1)。

圖1 虛擬加工系統體系結構

體系結構由界面層、功能層和數據層組成。界面層提供用戶與系統交互的界面，用戶通過該界面可以快速組裝一個虛擬加工環境并進行虛擬加工，直觀地觀看加工過程，對加工過程進行干預，并獲取分析結果。

虛擬加工設備建模

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圖2 虛擬加工設備模型類結構

虛擬機床是虛擬加工過程的具體實施者。根據機床信息的不同，機床模型分為幾何模型和仿真模型，其中幾何模型將虛擬機床看成是一個層次式的裝配體，包含多個部件和零件，且部件之間存在著相互裝配關系和約束條件，組成零部件的三維數字模型根據其實際形狀和大小分別建模;機床仿真模型是在NC代碼的驅動下，采用一種類似于NC加工插補算法實現各運動部件的平動與轉動，以此驅動虛擬機床的運動。本文將仿真模型作為機床的物理屬性依附在機床的幾何模型上，建立虛擬加工設備模型的類結構(圖2）。類結構建立床身、工作臺和導軌等基本類，在此基礎上建立零部件幾何模型類繼承基本類；零部件幾何模型類與零部件仿真模型類一起形成零件模型類，通過零件、部件之間的包含、聚合關系形成虛擬加工設備。

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特征類CGLFeatBlock記錄Block特征特有的參數長寬高。UG/Open API中獲取特征類型的函數為UF_MODL_ask_feat_type;獲取特征名的函數為UF_MODL_ask_feat_name;

獲取參考點坐標的函數，UF_MODL_ask_feat_location;獲取特征參數的函數，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具體的特征類型，如為Block，則函數表示獲取Block特征的參數。

Step4:應用獲取特征關系函數UF_MODL_ask_feat_relatives，獲取特征之間的關系，并根據該關系step3創建的各特征對象鏈接到零部件幾何模型對象的特征樹的對應位置

顯示幾何模型只包含三維顯示需要的一些數據(如點集、三角面片集、顏色、法矢等)。我們采用VRML文件作為中性文件獲得零件的顯示幾何模型，即在CAD軟件中通過對一些規則形狀的物體進行幾何運算，并導出形成STL、VRML格式的中性文件，記錄零部件幾何模型的三角面片數據。2.2.2 零件幾何模型的建立

獲取的顯示幾何模型實質是一系列離散的面集，而獲取的特征數據只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件幾何模型。需要根據特征數據來識別并重新組織面集以構造零部件幾何模型。

本文采用面向對象的思想分析零件幾何模型，為特征造型中常見的幾何表面類型及其約束方程分別設計類，利用類和對象間的繼承、聚合特性實現零件的可重構和重用性。圖4為本文建立的零件幾何模型對象結構，描述零件幾何模型與工程語義、形狀特征之間的對象關系以及該零部件與其它零部件之間的幾何約束關系。

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void Init();//零件的初始化，包括零件的空間位置、特征樹等相關信息

void PiekMesh();II進行特征匹配與模型重構

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//記錄特征信息的節點類型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征數組

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指針鏈表類型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件場景對象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征數組

CString m_PartName;//零(部)件名稱

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的參考點

float m_comparaCoord[4][4];//相對主零(部)件的坐標

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在裝配環境中的絕對坐標

BOOL m_CorP;//零件或部件

針對構成機床的零部件的樹狀層次結構，我們應用多叉樹來描述。在每一部件類中，有成員變量m_lPartPointList是一個指針鏈表，記錄所有該子裝配體中的零部件指針。如圖5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指針鏈表定義

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指針

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即表面上調用的都是CGLFeature類的繪制函數glDraw()，實際上在執行過程中會根據不同的指針類型調用相應的子類的、改寫過的繪制函數glDraw()，進而圓滿完成各特征的繪制任務。

圖6 虛擬設備幾何模型顯示流程

對于設備的屬性仿真模型而言，運動模型是最基本的。環境中物體運動時，通過運動關系模型計算相關運動物體的空間位姿，調用顯示方法不斷地刷新屏幕產生連續的動畫仿真。

2.3 系統實現

本文應用UG三維造型軟件對一套加工設備進行了幾何建模，通過文件輸

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圖8 虛擬加工環境

2.4 結語

虛擬加工系統是虛擬制造研究的主要內容之一，而環境建模是虛擬加工系統仿真、分析的基礎。本文通過三維實體建模構造出一套虛擬設備，使設計人員可以借助于一定的軟、硬件設備，在虛擬制造環境下對零件加工過程進行仿真，并對設備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產進程進行優化，從而提高生產效率和加工質量。該研究成果已經在某研究所應用，應用表明:本課題組建立的虛擬加工系統可根據實際加工情況快速構建虛擬加工環境，能夠有效提升該研究所產品設計制造效率，縮短產品研制時間。

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產品研制是多部門的協同工作過程，各部門間的合作往往受到各個企業的生產條件等方面的限制，結合各個企業的生產能力和生產特性，改進產品設計模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數量和特殊類型，減少材料種類，使用標準化、模塊化的零部件，是非常必要的。以不同階段的Master Model為核心，可以保證產品研制的不同階段數據結構完整一致，保證產品研制的各個部門協同工作，實現CAD/CAM/CAE系統的高度集成，有效提高產品的可制造性和可裝配性。

3.1.2以過程控制為中心的虛擬裝配

以過程控制為中心的虛擬裝配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內容。

（1）實現對產品總體設計進程的控制

在產品數字化定義過程中，結合產品研制特點，人為地將虛擬裝配技術應用于產品設計過程，該過程可以劃分為三個階段：總體設計階段、裝配設計階段和詳細設計階段。通過對三個設計階段的控制，實現對產品總體設計進程的控制，以及虛擬裝配設計流程。

1）總體設計階段?？傮w設計階段是產品研制的初期階段，在此階段進行產品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空間；進行產品初步的結構、系統總體布局。

2）裝配設計階段。裝配設計階段為產品研制的主要階段，在此階段產品三維實體模型設計已經基本完成，主要包括：產品模型空間分配（裝配區域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關系、三維實體模型等）以及應力控制。

3）詳細設計階段。詳細設計階段為產品研制的完善階段，在此階段完成產品三維實體模型的最終設計，主要包括 ：完成產品三維實體模型的最終設計，進行產品模型的計算機裝配，進行全機干涉檢查。

（2）過程控制管理

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進行管理和傳遞，保證在正確的時間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統一的信息編碼系統是一項重要的應用基礎環節。

（3）機械通用基礎標準。虛擬裝配技術如果要實現行業CAD/CAE/CAPP/CAM技術的有效集成和廠所之間的數據交換，必須采用機械通用基礎標準。

3.2.2 焊接小車部件級產品實施方法及途徑 1。軟硬件環境

硬件：COMPAQ服務器一臺；P4，2.7G，1M內存的微機8臺。

軟件：Pro/ENGINEER 2001及其支持環境。2.焊接小車的傳動裝置虛擬裝配技術應用研究

我們選擇傳動裝置的虛擬裝配技術應用研究作為工程實例，對虛擬裝配技術的工程應用思想、方法、具體實施途徑作進一步研究，為下一階段整個小車的應用提供一種基本的理論支持。

（1）總體設計階段。IPT根據小車總體設計要求以及基本的總體設計參數，建立蝸輪蝸桿和齒輪的主模型空間，并進行初步的總體布局?？傮w設計階段的模型如圖2所示。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據已有工程圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型（蝸輪、蝸桿、齒輪等）；對系統構件進行初步布置、建立初始模型。

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圖11 詳細設計階段模型

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第三步

第四步

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第七步

第八步

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結束語

虛擬加工系統是虛擬制造研究的主要內容之一，而環境建模是虛擬加工系統仿真、分析的基礎。本文通過三維實體建模構造出一套虛擬設備，使設計人員可以借助于一定的軟、硬件設備，在虛擬制造環境下對零件加工過程進行仿真，并對設備布局、加工過程等作出分析，以便對整個生產進程進行優化，從而提高生產效率和加工質量。該研究成果已經在某研究所應用，應用表明:本課題組建立的虛擬加工系統可根據實際加工情況快速構建虛擬加工環境，能夠有效提升該研究所產品設計制造效率，縮短產品研制時間。

虛擬裝配的應用研究在國內研究所才剛剛起步，無論是在船舶、飛機、機械等領域的產品研制與開發中，還是在其他的輕工藝產品的開發中，人們已經逐漸地認識到虛擬裝配所能發揮的巨大作用和發展潛力。在焊接小車的設計過程中采用的裝配思想改變了產品研制人員的研制習慣和觀念，采用合理的虛擬裝配應用方法、建立一定的組織機構是實現虛擬裝配的核心，產品數據在研制中的合理管理和流動是實現虛擬裝配的基礎。

第三篇：WiFi技術應用研究

英德市實驗小學存檔資料2013/4/21

Wi-Fi技術的應用研究

張華賓

摘要：無線網絡正快速進入社會各領域。本文通過對幾種無線組網技術的比較，說明了Wi-Fi在組建家庭無線網絡時所擁有的無可比擬的優勢。并詳細介紹了基于Wi-Fi技術、以家庭網關為核心的家庭無線網絡體系結構，并著重從家庭網關和信息家電方面對基于Wi-Fi的家庭無線網絡的應用架構和實現原理進行了分析，討論了一些具體實施時的關鍵技術。最后對基于Wi-Fi的無線網絡的發展和應用前景進行了展望。

關鍵詞：Wi-Fi家庭網絡家庭網關

英特網的迅速發展，使人們的生活發生了翻天覆地的變化。人們的日常生活已經越來越離不開網絡。現在，人們已經習慣了在網上炒股、購物、查詢賬目、繳費和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時間、在任何地方使用網絡。很顯然，無線網絡是最佳的選擇。

隨著電子技術的不斷發展，越來越多的手機、筆記本電腦等支持WiFi的終端產品越來越流行。而基于WiFi標準的無線網絡成為了最為普及的無線組網形式。在家庭中，如果我們能把現有的家用電器以及電子產品以某種形式連成無線網絡，進行統一的管理和控制，并將其連入Internet進行遠程調度，那將是多么令人愜意的事情??！

1．無線組網技術

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于實現無線組網的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開放，即不用申請就可以在世界的任何地方使用這一頻段進行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術)即IEEE802.11協議。是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。WiFi的第一個版本發表于1997年，其中定義了介質訪問接入控制層（MAC層）和物理層。規定了無線局域網的基本網絡結構和基本傳輸介質，規范了物理層(PHY)和介質訪問層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴頻)或FSSS(調頻擴頻)技術。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標準。其傳輸速率最高可達54Mbps。能夠廣泛支持數據、圖像、語音和多媒體等業務。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是專門為家庭用戶設計的無線局域網技術，由HomeRF工作組開發。能夠提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴譜方式、時分多址(TDMA)和載波監聽多重訪問沖突避免(CSMA/CA)等技術，通過家庭中的一臺主機在移動數據和語音設備之間實現通信。HomeRF提供了與TCP，IP良好的集成，支持廣播、多播和48位lP地址。但是HomeRF開放性不好，而且技術本身還存在抗干擾性差等缺點。

1.1.3 Bluetooth(藍牙)

Bluetooth（藍牙）是一種短距離無線通信技術，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動電話用無線網絡聯系起來，達到計算機和通信的更加緊密的連接，提供隨時隨地的數據信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和較小的傳輸距離無法滿足人們日常應用的需求。

1.2 WiFi的優勢

1)無線電波的覆蓋范圍廣。藍牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。

2)WiFi的傳輸速度很快，最高可達54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。在網絡覆蓋范圍內，允許用戶在任何時間、任何地點訪問網絡，隨時隨地享受諸如網上證券、視頻點播(VOD)、遠程教育、遠程醫療、視頻會議、網絡游戲等一系列寬帶信息增值服務，并實現移動辦公。

3)無須布線，可以不受現實地理條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。只要在需要的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入。這樣，在“熱點”所發射出的電波的覆蓋范圍內，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入因特網。4)健康安全。IEEE802.11規定的發射功率不可超過100毫瓦，實際發射功率約60毫瓦-70毫瓦，而手機的發射功率約200毫瓦--l瓦間，手持式對講機高達5瓦。與后者相比，WiFi產品的輻射更小。

5)WiFi應用現在已經非常普遍。支持WiFi的電子產品越來越多，像手機、MP4、電腦等，基本上已經成為了主流標準配置。而且由于WiFi網絡能夠很好地實現家庭范圍內的網絡覆蓋，適合充當家庭中的主導網絡，家里的其他具備WiFi功能的設備，如電視機、影碟機、數字音響、數碼相框、照相機等，都可以通過WiFi建立通信連接，實現整個家庭的數字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。

2．WiFil作方式

WiFi定義了兩種類型的設備。一種是無線站。通常通過一臺PC機加上一塊無線網卡構成。另一種稱為無線接入點(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供無線和有線網絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網絡接口（802.3接口）構成，橋接軟件符合802.ld橋接協議。接入點就像是無線網絡的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線的網絡上。

WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即無線網絡至少有一個和有線網絡連接的無線接入點，還包括一系列無線的終端站。由于很多用戶需要訪問有線網絡上的設備或服務，所以基本上都會采用這種模式。ad hoc模式，也稱為點對點模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭無線網絡中的WiFi的實現

3.1 以家庭網關為核心的家庭網絡結構

為了實現家庭內部網絡與外部Internet相連互通，在家庭內網和外部Internet之間需要一個家庭網關。該網關是整個家庭無線網絡系統的核心部分，它一方面完成家庭無線網絡中各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，并且同外部網絡進行數據交換，另一方面還負責對家庭中網絡終端進行管理和控制。家庭中的網絡終端也通過這個網關與外部網絡連通。實現交互和信息共享。同時，該網關還應有防火墻能力，能夠避免外界網絡對家庭內部網絡終端設備的非法訪問和攻擊。其結構如圖1所示。

3.2 WiFi技術在家庭無線網絡中的實現

在家庭網絡中，WiFi主要應用在各種信息家電和家庭網關上。我們可以使用個人電腦、手持網絡終端或者遙控器與家庭網關進行連接，并通過家庭網關對各種信息家電實施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務器體系結構。網關充當服務器的角色，控制設備對各種信息家電的控制也通過網關完成。這樣有利于實現胖服務器—瘦客戶端的結構。

3.2.1家庭網關模塊 家庭網關是我們整個網絡的核心部件。所有的信息家電以及控制設備都要連接到這個網關上。同時，網關還要與外部Intemet互連。那么網關需要實現WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應用和圖形用戶界面。完成此功能的協議結構如圖2所示。其應用層采用統一設備管理協議(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3來進行整個網絡中設備的添加、刪除、狀態查詢、參數配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務器結構，服務器端位各信息家電和控制設備，客戶為家庭網關。

家庭網關基于嵌入式Linux進行架構。由嵌入式Unux系統實現WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應用。用戶可以通過身份鑒別后登錄家庭網關，并使用系統提供的圖形控制界面對信息家電進行控制和管理。

家庭網關同時支持嵌入式Web服務器。當我們合法登錄后，就可以使用該服務器提供的Web頁面對網絡中的各種信息家電進行管理和控制。嵌入式的Web服務器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應用最為廣泛的HTTP服務器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術進行服務器端的擴展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語言來實現CCI程序。

家庭網關啟動后，完成系統的初始化，并加載相關的服務。將接收到的用戶的控制或查詢命令進行處理，CCI程序將命令轉換成為UDCP報文，通過WiFi模塊發送給網絡中的信息家電或控制設備。同時，家庭網關還通過WiFi來接收信息家電的當前狀態信息，通過處理后將其反饋給控制設備，以便用戶使用。

3.2.2信息家電模塊

信息家電上的WiFi功能有兩種實現模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態?，F在已經有很多家用電器比如電視機、DVD等都已經具備了此功能。第二種是對原本不帶WiFi功能的家用電器進行WiFi擴展?？蛇x用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應的開發包進行相關擴展。由于信息家電的高端功能都由家庭網關來完成，所以可以不用實現WiFi的上層協議，只實現對其的控制。

信息家電將自身采集到的各種狀態信息傳遞給其自身的或者是擴展的微控制器，微控制器接收到這些數據后將其轉換成UDCP報文，并通過WiFi模塊將其發送給家庭網關。同時，信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網關的信息，處理后轉換成對家電的控制或查詢，并將其隨后的狀態信息由WiFi模塊反饋給家庭網關。

4．結束語

現在越來越多的家用電器及電子產品開始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關軟件的發展將會使家用電器完成功能上的飛躍。通過網絡將各種家電連接，可實現功能上的重構和資源的再配置。

隨著網絡的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網絡功能的家用電器通過無線技術連接成局域網絡，并與外部Internet相連，構成智能化、多功能的現代家居智能系統將會成為新的流行趨勢。

參考文獻：

[1]唐思敏．WIFI技術及其應用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．

第四篇：虛擬演播室技術總結

擬演播室的前身今世

虛擬演播室是由傳統的色鍵技術發展而來。它可以把現場視頻與計算機影像實時地無縫地合成在一起，是對傳統的電視演播室技術的一次重大變革。本文討論了虛擬演播室系統的原理，技術途徑以及當前所面臨的問題。

在現代社會中，隨著電視成為最廣泛的大眾傳播媒介和娛樂工具，電視觀眾對于電視的欣賞口味正在不斷提高，而且，對于電視制作及電視技術也提出了更高的要求。為滿足這種電視制作的要求，電視技術迅速的向數字化、多媒體方向發展，虛擬演播室技術已成為近年來的新熱點。實際上，虛擬技術早已在軍事、科研、氣象、建筑等領域廣泛應用，而進入電視、電影制作領域還只是近幾年的事情。如電影《侏羅紀公園》、《阿甘正傳》，在其后期制作中，將實拍的人物與電腦繪制的虛擬景物有機地結合起來，給觀眾以全新的視覺享受。但這種需要大量時間進行后期合成的方式無法滿足現代電視生產周期短、時效性強的需求，因此虛擬演播室技術應運而生。

虛擬演播室技術一經問世，便被電視制作領域認可和接受。在韓國總統選舉和美國總統選舉的電視轉播中，電視觀眾已看到采用了RT-SET虛擬演播室所帶來的耳目一新的轉播效果?，F在，全球已有數十家電視臺及制作公司采用了虛擬演播室。這一技術使電視導演可以擺脫時間、空間及道具制作方面的限制，在廣泛的想象空間中進行自由創作。虛擬演播室是建立在高速圖形計算機和視頻色鍵基礎上發展起來的演播室技術。在虛擬演播室系統中，現場視頻可以實時地與計算機產生的三維圖形完美無缺地集成在一起，構成一個現實中不存在的，但是在電視畫面上卻又起到演播室作用的那種假想的新的環境和氣氛，并可極為靈活地根據用戶需求進行定制。一臺工作站可與多臺攝像機連接，攝像機可在虛擬演播室中隨意移動，它突破了傳統布景、道具、燈光、場地等演播室制作工藝的限制，虛擬模型可使用戶在布景、拆景及貯存道具方面節省大量開支。同時，用戶還可以通過建立三維模型得到真實道具所不能達到的特殊效果。技術制作人員可以利用鼠標器來激活或改變場景中的任何事物。虛擬演播室無需很大，可是卻為制作人員提供了無限的自由創造空間。無疑，虛擬演播室可以極大地提高電視臺對節目的創作和制作能力，對開拓電視節目空間，降低節目制作費用有著十分重要的意義。因此，受到了影視界，特別是電視節目制作人員的青睞。

二、虛擬演播室技術

虛擬演播室除了傳統演播室所具有的裝置外，還必須有能獲取攝像機運動參數的攝像機運動跟蹤系統以及能實時生成與前景圖像保持正確透視關系的背景圖像。最后，來自攝像機的前景和生成的背景在色鍵合成器中合成并輸出。攝像機運動參數的獲取

攝像機的運動參數包括鏡頭運動參數（變焦zoom；聚焦focus；光圈zris），機頭運動參數（搖移pan；俯仰tilt），及空間位置參數（地面位置X、Y和高度Z）等。這些參數的獲取對虛擬演播室系統來說是至關重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機的這些運動參數，即機械跟蹤方式和圖像分析識別方式。

1）機械跟蹤方式

這種攝像機跟蹤系統采集攝像機的位置及透視數據，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測量攝像機的鏡頭運動參數，需要在攝像機鏡頭上安裝附加裝置。這個裝置中包含有傳感器和有關電子裝置，稱為鏡頭運動參數編碼器。這是一種精確的旋轉編碼器。鏡頭編碼器通過托架與鏡頭上變焦環和聚焦環的齒輪緊密咬合。當變焦環或聚焦環發生位置變化時，編碼器能夠檢測出上、下、左、右擺動的細微角度并將其編碼輸出。信息數據通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計算機。

攝像機的地面位置X、Y及高度Z也可用類似的編碼器方式測量，即用相應的傳感器檢測攝像機的升降和云臺腳的轉動，并對其參數值進行編碼。X、Y及Z

跟蹤器允許傳感攝像機上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過，用這種方式測得的X、Y參數精度較低；另有一種測量X、Y參數的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺上安裝一個專用廣角攝像機，同時在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過廣角攝像機掃描條形碼可測量出攝像云臺在演播室中的絕對位置。這種方式精度較高，但缺點是必須保證條形碼處于廣角攝像機的視野范圍之內，否則就無法確定位置。有些系統可同時使用兩種方式確定X、Y位置，即當廣角攝像機能拍攝到條形碼時，采用讀條形碼法，而當廣角攝像機無法拍攝到條形碼時（例如中間有遮擋物），則自動轉到對云臺腳輪轉動的編碼方式。利用機械跟蹤方式有許多優點，主要有：

(1)測量攝像機參數可以達到非常精確，旋轉角度可以達到0.001°，移動距離可以達到0.01毫米的精確度，工作穩定，數據處理時間短。

2單顏色藍背景，無需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍色背景而不用擔心照亮網格。攝像機運動不受限制，因此允許攝像機有更好的拍攝角度；演員更容易接受虛擬場景。演員在藍色舞臺范圍內可以任意速度自由活動，不受限制；自由使用真實的藍色支持道具，不用擔心遮擋網格。

(3)跟蹤數據沒有延時?？梢?0Hz速率進行搖移、俯仰及變焦，無需額外的工作站處理跟蹤信息。

(4)在合成拍攝過程中可以很容易處理陰影，無需進行額外的修補不足之處。

同時機械跟蹤系統也有許多缺點，由于這種方式必須在攝像機鏡頭及云臺上安裝專用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機的種類及數量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺攝像機必須有一個跟蹤器；其次，不能使用手持式攝像機，因為攝像機的機械跟蹤系統部分過于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度；再次，機械跟蹤需要對攝像機的鏡頭進行精確的測量，校正困難；最后就是定位，在拍攝之前，需要一個非常耗時的過程來獲取攝像機的初始位置和方向。

2）圖像分析識別方式

機械跟蹤方式是直接對攝像機的各種運動參數進行測量，而圖像分析識別方式與之截然不同，是利用圖像分析識別技術在拍攝期間同步控制并檢測攝象機的各項運動參數，包括位置參數（X、Y、Z），水平轉動參數，垂直轉動參數和變焦參數，所有這些參數都被轉化成位置參數，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動攝象機，而且也不需要特殊的攝像機。目前已在使用的一種在藍箱正面有用淺藍色組成的網格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網格圖案以兩種不同的藍色形狀繪制于籃背景上，藍背景整體采用與傳統演播室相同的藍色，因此仍可利用色鍵合成技術。攝像機拍攝這種圖案后，與計算機跟蹤軟件及硬件預先確定的模型進行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關系及距離。所以，當啟動攝像機后，系統會對藍背景網格進行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測出其亮度的變化，通過計算機計算出每一幅圖像中由于攝象機運動而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數的變化。這些參數被送入圖形工作站中，控制著用計算機制作出的虛擬場景中的攝像機的運動，這樣，在虛擬的攝像機中看到的場景中的物體的位置及透視關系與實際拍攝的攝像機完全一致。這種圖像識別技術解決了用傳感器的攝像機系統所造成的限制及校準要求，便于攝影師能運用各種攝像機以不同的角度進行拍攝。數字視頻中包含有大量的數據流，需進行數億次的圖形計算，從而導致了圖形工作站產生的圖像滯后于現場攝象機拍攝畫面7～15個圖像幀的延遲。為了解決這個問題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達到攝象機圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。

采用圖像分析法有很多優點，最主要的是：

(1)不需要對攝像機進行改造，無需鏡頭校準。

(2)可直接使用演播室原有的攝像機，甚至是便攜式攝像機。

(3)同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝象機。

(4)攝像機可以不用軌道進行運動。

但這種方式也存在很多不足之處。

(1)由于這種方式要對圖像進行分析、計算，所以數據處理時間長，加大了視頻延時量。

(2)用這種方式獲得的攝像機運動參數的精度比機械傳感器的精度低。

(3)當參考點不在當前視野時，跟蹤系統有可能失去方向，必須準確知道參考點的坐標，使攝象機移動時維持住正確的相對位置。在藍室內標記參考點也不是一件容易的事情，這種精確的藍色圖案必須被繪制在藍背景之上，它必須有別于藍底，這種藍色網格圖案在制作色鍵過程的陰影很難處理，同時合成后又應該是不可見的。攝像機拍攝不能垂直于藍色網格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準確定位。另外，這種藍色網格圖案很難保持良好的鍵的質量。

(4)當攝像機散焦或者攝取畫面中圖像信息量過少時，系統無法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機的焦點必須始終保證在網格上，真實的演員有時會顯得模糊。

圖像分析識別方式和機械跟蹤方式是虛擬演播室常用的兩種獲得攝象機運動參數的方法，各有千秋。背景的生成1）虛擬場景的制作

在虛擬節目準備中的一個重要任務就是建立三維場景。虛擬演播室的背景圖像可以是來自錄像機或攝像機的活動視頻，也可以是靜止圖像等，但使用最多的是由計算機創作的二維或三維圖形CG（Computer Graphics），即虛擬場景。這些場景用三維軟件及材質完成。藝術導演可以用開放的平臺及軟件例如softimage、Wavefront、Alias或Multigen建立三維場景，并把它們直接送進系統，也可以在三維數據庫中選用，同時還可使用標準動畫軟件工具對三維模型進行修改處理。

2）實時生成背景

實時生成背景是指在攝像機運動參數控制下，背景生成裝置對制作好的背景信號進行處理，實時生成與前景有正確透視關系的背景圖像。所謂實時，是指生成速度可達到50場/秒。系統的用戶界面由安裝工具及現場制作工具組成1）安裝工具用于確定各種虛擬場景的部件、模型、材質、視頻物體、動畫等。另外，用戶可以預設許多表單，每一個表單都包括一系列的操作指令，用以在節目拍攝過程中進行演示。這些操作可包括攝像機的切換、三維場景的改變、觸發一個動畫等。這些表單存儲在內存中，每一個都可用鼠標按鈕一觸即發。事實上，這些表單組成節目制作的序列表。安裝工具完成的結果是一個數據庫，包括所有模型及序列信息。

2）現場工具可以合成來自安裝工具的信號及來自現場攝像機的信號。用戶通過用戶界面控制節目流程，這個用戶界面允許他們選擇所期望的任一時刻的特技及操作。另外，預定的序列表可以圖形化，并且用戶可以選擇任一預先確定的表單來完成自動運行的一系列操作。所有上述的步驟都可輕易地實時完成。藍室設計和光照

1）藍室設計

由于虛擬演播室系統允許攝像機運動，藍室設計變得非常重要。虛擬演播室的攝像室一般是由一面或多面藍墻和藍色的地板組成的“藍室”，對藍色舞臺沒有實際的物理尺寸限制，真實藍背景的大小可以決定有多少演員在虛擬場景中活動。如果制作是相當靜態的并只有極少的演員在活動，那真實舞臺就可以極??；如果制作需要在一個大的虛擬范圍中有許多演員活動，那真實的背景就應該非常大。演員背后的更大的藍色墻壁允許多種類型的攝象機進行盡可能的搖移。建立藍色的邊墻是另外一個得到更大視野范圍的辦法，可以因此得到最大的視角。有一件事需注意，正面臨近的墻的角度應大于90度，這將更容易打燈光，并且墻壁之間也不會互相反射。而且，當攝像機取遠景時，不僅需要播音員身后是藍色，地板也要求是藍色的。地板應該足夠大得包括陰影，否則落在真實背景之外的陰影將被剪除。有時這會為制作帶來一些麻煩。如果在真實布景中有折角，打光會非常困難，同時需要在鍵控器上進行額外的調整來均勻明暗差異，這將使保留陰影變得更困難。圓滑的角落可以幫助減少燈光的明暗差異。

2）燈光

對虛擬演播室來說燈光是最困難可又是最重要的問題之一。在一些制作中，需要一些經驗豐富的燈光導演來處理虛擬演播室的燈光問題是必不可少的。

在通常情況下，藍色舞臺需要被照得非常均勻。在虛擬演播室中通常用冷光。大多數經常使用的冷光類型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果沒有冷光，有時可以用蠟紙蓋住標準演播室的燈光來代替。建議亮度是120瓦左右。應有燈光測量來保證燈光的均勻。燈光越均勻，用戶就越少需要在鍵控器上完成“修飾”。最少的修飾可更為容易保留陰影。

燈光應經常保持足夠高的角度來使陰影落在地面上而不是背景墻上。在大多數情況下，陰影應該避免落在真實墻壁上，除非虛擬墻與真實墻的輪廓相似。這樣可以允許用戶制作虛擬演播室比真實演播室深得多的特技。地面上的陰影使觀眾看到真實的效果，真實物體與虛擬地面天衣無縫的聯接了起來。如果真實背景太小，真實陰影被突然剪掉會產生負面效果，小模型技術（例如在邊緣多邊形上利用透明度）可以幫助使陰影的邊緣平滑，有時這種方法可以解決上述問題。

我們也極力推薦地面的輔助光。如果沒有來自下面的燈光，只能靠藍背景對燈光的反射來照亮前景物體的下面部分。這將降低鍵的質量，并且藍色反射將會影響鍵的效果，同時還要注意下列一些問題：

(1)由于地板與墻相對于光源有不同的方向，因而會有不同的光強，沿邊界的部分將表現的最為明顯，前景的被攝物光強和色調應與背景協調。所以把墻與地板間設計成一個弧度，比起直角來，能減弱光線上的差異，以獲得更理想的效果。另外過多的藍光反射在物體上。這種藍溢出在合成時能去掉，卻損失了側光和背光。

(2)影子問題。演員及真實道具在藍室中投下的影子也要隨演員及道具一起進入虛擬空間。為了更好地提取陰影，燈光的設置應使陰影處的藍色電平與背景藍幕布的藍色電平有較大的區別。影子的方向也要和虛擬空間中的光源方向一致。

(3)為表現虛擬背景中反光地板上的影子效果，可在藍室地板上鋪設藍色透明塑料。虛擬演播室中的影子效果一般只限于地板，但如果要求演員或真實道具的影子投射到虛擬空間的墻壁上，就要在藍室中相應于墻壁的位置上放一個大的藍色物體以產生這種陰影效果；如果要求影子投射到虛擬空間的不規則物體上，實際很難在藍室中用燈光模擬出逼真的影子效果。另外，在藍室中可以放置藍色的物體，再用虛擬物體覆蓋它們，并要做到，允許虛擬物體支撐或碰撞實際的物體。

虛擬演播室系統雖然不局限于藍色，但藍色有幾個優點：一是藍色能更好地保護人體的皮膚顏色；其次，物體周圍的藍色弱色調沒有綠邊弱色調顯眼；三是演員們在藍色環境中工作要比綠或紅色環境中愉快。

三、幾種虛擬演播室系統簡介采用機械跟蹤方式的虛擬演播室系統

主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM兩種型號

1）RT-SETTM公司的Larus虛擬演播室系統適用于節目現場直播。它是在現場直播時能夠將現場視頻和三維虛擬場景進行實時合成的強有力的系統。三維圖形能在圖形制作中不斷地更新，并根據演播室攝像機運動的位置顯示出正確的透視圖，LarusTM虛擬演播室系統包括了一系列完整的制作工具，能確保連續不斷播出的質量。操作者能輕松地在制作過程中創建或修改場景、特技和動畫。它可使用任何當今通用的軟件包來建立數據庫；該系統的另一個特點是具有用燈光提示演員走位的功能。

2）RT-SET公司的OtusTM虛擬演播室系統是一種先進的現場視頻到母帶制作的虛擬技術。OtusTM通過RT-SET的先進技術，將標準播出和視頻制作演播室轉變成為一種經濟的應用方式――即現場視頻到母帶的應用方式。OtusTM具備有數據庫透視變化、不受限制的攝像機移動、可連接無數臺攝像機等先進的功能。

RT-SET的虛擬演播室系統有以下特點：

1）攝像機的運動不受任何約束和限制，可以X、Y運動、俯仰運動。沿X軸旋轉，提升，聚焦和變焦，而在聚焦和變焦時圖像處在正確的透視位置；對演播室的尺寸和形狀毫無限制。利用“演播室繪圖工具”可高效地虛擬物體放置在實際演播室界線內，可以與市場上任何軌跡傳感跟蹤器相連接，可實時操作活動視頻信號在虛擬物體上的投影。

2）RT-SET所有的系統配置都基于相同的源碼，一個系統可方便地升級至更高級的系統或進行單純的軟件升級，并可根據演播室已有設備、所需設備及系統的使用要求等情況重組配置。任一攝像機都可被安裝在一個具備搖移／俯仰等控制臺上或一個運動控制平臺上。這些配置可被分為三個類型：

(1)頂級配置包括RT-SET軟件及電路的最高、最新版本、全面的運動控制系統、不限數量的演播室攝像機、一臺帶兩個CPU（或更多）的SGI Onyx2、以及兩個（或更多）Sirius視頻板的工作站。這個配置的特點包括在攝像機或三維場景之間漸隱或切換、動畫、相互作用的視頻、特技及其它。系統可實時操作。

(2)高級配置與頂級有著相似特點，但是可以節省設備的數量。它可以使用一個帶Sirius板的單CPU Onyx，運動控制不再必須包括在內。另外，攝像機的運動及數量可以明顯少于那些在頂級配置中的要求。此系統也可實時進行操作。

(3)經濟型配置的最大不同之處在于它不以實時進行操作；它被設計成后期應用的系統。此配置使用價格低廉的電路及低檔計算機平臺，并只允許最多三個攝像機。同時也可以在這三種配置之間進行組合。SGI在拍攝過程中不斷跟蹤、接受攝像機位置信息，同時工作站中的圖形處理器實時處理三維場景，為攝像機提供一個新視角的三維畫面，處理的結果通過SGI視頻板以視頻格式輸出。虛擬演播室系統的視頻及鍵輸出到傳統的演播室切換臺及類似的設備中，同時提供一個視頻同步信號。在高級配置以上，允許現場視頻通過SGI Sirius送進虛擬演播室。這個視頻可做為背景或三維場景的一部分在虛擬演播室內重放，同時還可制作花樣繁多的特技效果。輸入的視頻可以是任何一種視頻格式。系統可以很容易地與演播室已有的設備進行合成。采用圖像分析識別方式的虛擬演播室系統主要有

1)ORAD公司（以色列）的Cyberset系統

該虛擬演播室系統依靠DVP處理器及一臺Ony×2個人工作站為基礎，再配以藍色背景網格及專用軟件，從而將被攝者與電腦制作的三維圖像融為一體。該虛擬演播室系統能夠與任何類型和任何數量攝像機配合使用，甚至能與任何數量的演播室，包括與異地演播室配合使用。攝像機的鏡頭可采用任何型號普通鏡頭，并且不必進行特別的調校。該虛擬演播室能與多種軟件配合使用。并且能夠在播出中進行布景、物體、燈光及特殊效果的修改。該虛擬演播室系統在帶有一堵“網格編碼墻”的演播室中工作，這種編碼模式由兩種不同亮度的藍色交叉排成網格組成。當啟動攝像機后，系統會對藍背景網格進行定位追蹤，進行精密計算，自動實時分析并調整虛擬背景，使它的視角與攝像機的視角完美配合。

2)RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統

RT-SET的Ibis是一種低價位的、易于維護的虛擬演潘室系統。它采用先進的2D即插即用式系統，只需最簡單的安裝。系統平臺是以SGI O2制圖工作站為基礎，以50Hz／60Hz速率進行操作，Ibis系統的所有硬件和軟件將來都可升級至RT-SET的Larus系統，而不會有損失和浪費。此系統不需要特殊培訓，甚至在制作中也無需專業的操作人員。它不需要復雜的3D模型工具，并且可以從任何標準的圖形軟件節目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的圖形。即便非常大的圖像也可在系統中被方便地合成及使用，并同時保持廣播級質量。

在使用Ibis進行制作的過程中，攝像機的運動不受限制，即在使用色鍵的同時，攝像機也可進行搖移、俯仰、快速變焦及聚焦運動。RT-SET的Ibis虛擬演潘室系統與傳統色鍵比較有許多不同之處。由于它的獨特性、極高分辨率的背景能力及逼真的邊緣效果，Ibis具有靈活、逼真特點的2D虛擬設置系統。對于象新聞和體育比賽這類節目來說，它尤為適用。

通過結合先進的技術并降低成本，RT-SET的Ibis可把標準的藍背景演播室轉換成動態虛擬演播室。IBIS這種經濟的、簡單易用的基本的虛擬演播室為攝像師、制片人及導演提供了一種增強功能的最佳選擇。

Ibis的主要特性

(1)無限制的攝像機運動，包括搖移、俯仰、快速聚焦及變焦；自動景深支持，提供真實復合圖像；背景圖像可比在屏幕上顯示的圖像大得多，可為4,096×4,096像素，可用虛擬背景擴大并覆蓋實景中的非藍背景，并且不會丟失逼真的背景圖像，這可支持很大范圍的搖移、俯仰及快速聚焦運動；可以方便地與RT-SET的Larus（3D直播虛擬演播室系統）進行連接。此優點極適合轉播車和小型演播室。

(2)帶劃像和DVE特點的現場視頻源的窗口可以任何尺寸被放置在設定中的任一位置。它可被劃像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系統接受高分辨率的圖像，前景和背景圖象可以與一個Alpha鍵控器連接以便使物體放在素材之前或之后。

(3)直觀的并可自己進行擴展的界面，可在一個窗口內連接所有功能；插入式界面可連接內部設備和制圖SFX；在虛擬設定中可選DVE界面用于多視頻窗口。

四、幾點考慮

虛擬演播室技術正處于發展階段，仍存在很多問題。例如，虛擬背景的逼真性還不能令人滿意。其原因除了軟件功能存在缺陷外，硬件的速度問題也是一個制約的因素。另外，對于攝像機運動參數的獲取，不論采用何種方式，都存在局限性，有待于改進。除了技術上的問題之外，虛擬演播室對節目制作人員也提出了新的要求。它的創作也更加復雜，不再是一兩個人就能充分使用好的系統，它需要導演、創意者、美術設計、二維建模者、三維建模者，演員及虛擬系統的操作者等人員的通力配合。能否真正發揮虛擬演播室的功能，創作出高質量的特技效果，還在于制作者的想象力和他們之間的配合。

盡管如此，虛擬演播室的優勢是顯而易見的，它可制作出實際不存在的或難以制作的場景，并可以在瞬間改變場景，因此可創作出更豐富、更吸引人的節目。另外，由于場景的制作、修改、保存等都在計算機上進行，因此可降低節目制作費用，節省空間，提高演播室的利用率等等。虛擬演播室雖然具有諸多的優越性，但它的普及和推廣仍有一定的難度。

虛擬機價格昂貴，設備一次性投資很大。比較先進的機型要近百萬美元，即使是入門機每套也要十幾萬美元，各地電視機構只能根據自己的經濟實力量力而行。但從長遠來看，這種技術不但能節約大量制作布景的投資，而且還能省掉布景和道具的存儲空間和外景場地。

虛擬演播室技術本身是一項不斷發展、不斷改進的新技術，具有旺盛的生命力，在日后的節目制作中，它將進一步體現其優越性，發揮更大的作用。

第五篇：醫院容災系統建設與虛擬化技術

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醫院容災系統建設與虛擬化技術

作者：王歡 高向濤

來源：《現代電子技術》2012年第08期

摘 要：醫院的醫療信息覆蓋面廣，數據量大，一旦數據破壞或丟失、就會給醫院造成不可估量的損失，但傳統的容災方案存在建設難度高、成本居高不下、后期系統維護成本高等問題。為了解決這些問題，利用虛擬化技術進行容災備份系統建設是降低建設成本、提高資源利用率的有效方法。采用持續數據保護和虛擬機技術共同構建醫院信息系統高可用集群，充分利用現有設備，可以有效地實現醫院信息系統的高可用性和數據的實時備份，同時節約了成本，保證工作的不間斷運行。

關鍵詞：容災； 虛擬化技術； 持續數據保護； 高可用集群； 實時備份