基于ProENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

第一篇：基于ProENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

基于Pro/ENGINEER系统的虚拟装配技术应用研究

【摘 要】虚拟装配技术是一种全新的设计概念。它可有效支持自顶向下的并行产品设计以及与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计，以缩短产品开发周期。本文在分析了虚拟装配技术基本思想后，提出了在某型焊接小车设计中实施虚拟装配技术应用的基础环境以及具体的实施方法和途径。

【关键词】 虚拟装配 主模型 并行设计 引言

近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品--波音777的展示中，不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT（Integrated Product Development Team）（238个Team）的有效实施，保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”（Virtual Assembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

本文结合焊接小车研制的特点，给出如下的定义：虚拟装配是在计算机上完成产品零部件的实体造型，并且进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设计过程，实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。虚拟装配技术在机械设计的应用研究中，是一种全新的设计概念，它为产品的研制提供了一种新的设计方法与实施途径，它的成功依赖于对产品总体设计进程的控制。同时，产品的零部件模型数据的合理流动与彼此共享是实现虚拟装配技术的基础。虚拟装配包括设计过程、过程控制和装配仿真三部分。2 虚拟装配基本设计思想及内涵

2.1 以设计为中心的虚拟装配

以设计为中心的虚拟装配（Design-Centered Virtual Assembly）是指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的应用思想，这表现在以下三个层次，如图1所示。

图1 虚拟装配层次图

2.1.1 面向装配的设计（DFA）

即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想，使设计的产品具有良好的结构，能高效地进行物理装配，能在产品研制初期使设计部门与制造部门之间更有效地协同工作。

2.1.2 自顶向下（Top-down）的并行产品设计（CPD）

并行产品设计是对产品及其相关过程集成、并行地进行设计，强调开发人员从一开始就考虑产品从概念设计直至消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误和矛盾尽可能及早发现，以缩短产品开发周期，降低产品成本，提高产品质量。

2.1.3 与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计

产品研制是多部门的协同工作过程，各部门间的合作往往受到各个企业的生产条件等方面的限制，结合各个企业的生产能力和生产特性，改进产品设计模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料种类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的Master Model为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品研制的各个部门协同工作，实现CAD/CAM/CAE系统的高度集成，有效提高产品的可制造性和可装配性。

2.2 以过程控制为中心的虚拟装配 以过程控制为中心的虚拟装配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下两方面内容。

2.2.1 实现对产品总体设计进程的控制

在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程的控制，以及虚拟装配设计流程。

（1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空间；进行产品初步的结构、系统总体布局。

（2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等）以及应力控制。

（3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维实体模型的最终设计，主要包括 ：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。

2.2.2 过程控制管理

过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过程间的协作等方面内容。通过对过程模型的有效管理，实现对工程研制过程中各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的目的。

2.3 仿真为中心的虚拟装配

以仿真为中心的虚拟装配（Simulate-Centered Virtual Assembly）是在产品装配设计模型中，融入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程。其主要目标是评价产品的可装配性。

2.3.1 优化装配过程

目的是使产品能适应当地具体情况，合理划分成装配单元，使装配单元能并行地进行装配。

2.3.2 可装配性评价 主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计是否需要修改。应用研究

3.1 基础应用环境

虚拟装配技术在焊接小车设计中的应用，需要以一定的基础应用环境作为平台，主要包括以下几个方面：协同工作环境、统一的信息编码系统以及机械通用基础标准。

（1）协同工作环境。有一个协同工作的基础环境，实现支持异地设计、异地装配、异地测试的工作环境，特别是基于网络的三维图形的异地快速传递、过程控制、人机交互的基础环境是非常必要的。

（2）统一的信息编码系统。焊接小车的设计是一项复杂的系统工程，各项工程数据在IPT内部以及IPT之间进行合理流动，因此有效的管理是实现虚拟装配技术的重要环节，必须能够实现平台的协同设计，又能对各种产品数据进行管理和传递，保证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确使用的人。因此，采用统一的信息编码系统是一项重要的应用基础环节。

（3）机械通用基础标准。虚拟装配技术如果要实现行业CAD/CAE/CAPP/CAM技术的有效集成和厂所之间的数据交换，必须采用机械通用基础标准。

3.2 焊接小车部件级产品实施方法及途径

3.2.1 软硬件环境

硬件：COMPAQ服务器一台；P4，2.7G，1M内存的微机8台。

软件：Pro/ENGINEER 2001及其支持环境。

3.2.2 焊接小车的传动装置虚拟装配技术应用研究

我们选择传动装置的虚拟装配技术应用研究作为工程实例，对虚拟装配技术的工程应用思想、方法、具体实施途径作进一步研究，为下一阶段整个小车的应用提供一种基本的理论支持。

（1）总体设计阶段。IPT根据小车总体设计要求以及基本的总体设计参数，建立蜗轮蜗杆和齿轮的主模型空间，并进行初步的总体布局。总体设计阶段的模型如图2所示。在此阶段，主要包括以下基本步骤：根据已有工程图样建立粗糙模型；布置部分初始模型（蜗轮、蜗杆、齿轮等）；对系统构件进行初步布置、建立初始模型。

图2 总体设计阶段模型

本阶段结束时，必须冻结已经建立的产品主模型空间，作为模型设计共享的基础。

（2）装配设计阶段。这是小车模型具体建立阶段。本阶段主要包括以下基本步骤：建立各部件的实体模型；定义具体结构装配的分解线路（建立装配层次、装配区域）；建立模型间的具体装配约束（Constraints）关系；从共享数据库中提取相应的结构模型； 进行计算机装配（Computer Mock-Up，简称CMU），以及进行干涉检查。

（3）详细设计阶段。本阶段完成焊接小车所有零件的设计工作，保证小车内所有零件干涉自由，设计模型如图3所示。

图3 详细设计阶段模型 结束语

虚拟装配的应用研究在国内研究所才刚刚起步，无论是在船舶、飞机、机械等领域的产品研制与开发中，还是在其他的轻工艺产品的开发中，人们已经逐渐地认识到虚拟装配所能发挥的巨大作用和发展潜力。在焊接小车的设计过程中采用的装配思想改变了产品研制人员的研制习惯和观念，采用合理的虚拟装配应用方法、建立一定的组织机构是实现虚拟装配的核心，产品数据在研制中的合理管理和流动是实现虚拟装配的基础。

第二篇：虚拟加工与装配技术

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目 录

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

绪论.....................................................................................................1.1虚拟装配技术...........................................................................................................1.2虚拟制造技术...........................................................................................................第二章 虚拟加工技术及其应用.........................................................................2.1 虚拟加工系统体系结构..........................................................................................2.2 虚拟加工设备建模

..............................................................................................2.3 系统实现................................................................................................................2.4 结语......................................................................................................................第三章 虚拟装配技术及其应用.......................................................................3.1 虚拟装配基本设计思想及内涵............................................................................3.2应用研究.................................................................................................................第四章 用快速原型技术加工活塞...................................................................4.1活塞模型的创建.....................................................................................................结束语.................................................................................................................参考文献.............................................................................................................2

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第一章 绪论

1.1虚拟装配技术

近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。近20年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品--波音777的展示中，不像以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音777飞机项目顺利完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队IPT（Integrated Product Development Team）（238个Team）的有效实施，保证了飞机设计、装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的8年时间缩减到5年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚拟装配”（Virtual Assembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。

(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

1.2虚拟制造技术

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第二章 虚拟加工技术及其应用

2.1 虚拟加工系统体系结构

虚拟加工是现实加工过程在计算机上的映射，与真实制造过程相比，具有虚拟性、数字化集成性、依赖性。虚拟加工系统的建立必须基于现实的制造设备及其相关活动，并且可以随着制造设备的改变对虚拟加工系统进行变更。由此，以现实制造过程为基础，本课题组提出了一个开放的、可重组、可扩展的虚拟加工系统体系(图1)。

图1 虚拟加工系统体系结构

体系结构由界面层、功能层和数据层组成。界面层提供用户与系统交互的界面，用户通过该界面可以快速组装一个虚拟加工环境并进行虚拟加工，直观地观看加工过程，对加工过程进行干预，并获取分析结果。

虚拟加工设备建模

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图2 虚拟加工设备模型类结构

虚拟机床是虚拟加工过程的具体实施者。根据机床信息的不同，机床模型分为几何模型和仿真模型，其中几何模型将虚拟机床看成是一个层次式的装配体，包含多个部件和零件，且部件之间存在着相互装配关系和约束条件，组成零部件的三维数字模型根据其实际形状和大小分别建模;机床仿真模型是在NC代码的驱动下，采用一种类似于NC加工插补算法实现各运动部件的平动与转动，以此驱动虚拟机床的运动。本文将仿真模型作为机床的物理属性依附在机床的几何模型上，建立虚拟加工设备模型的类结构(图2）。类结构建立床身、工作台和导轨等基本类，在此基础上建立零部件几何模型类继承基本类；零部件几何模型类与零部件仿真模型类一起形成零件模型类，通过零件、部件之间的包含、聚合关系形成虚拟加工设备。

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特征类CGLFeatBlock记录Block特征特有的参数长宽高。UG/Open API中获取特征类型的函数为UF_MODL_ask_feat_type;获取特征名的函数为UF_MODL_ask_feat_name;

获取参考点坐标的函数，UF_MODL_ask_feat_location;获取特征参数的函数，UF_MODL_ask_*_parms,*代表具体的特征类型，如为Block，则函数表示获取Block特征的参数。

Step4:应用获取特征关系函数UF_MODL_ask_feat_relatives，获取特征之间的关系，并根据该关系step3创建的各特征对象链接到零部件几何模型对象的特征树的对应位置

显示几何模型只包含三维显示需要的一些数据(如点集、三角面片集、颜色、法矢等)。我们采用VRML文件作为中性文件获得零件的显示几何模型，即在CAD软件中通过对一些规则形状的物体进行几何运算，并导出形成STL、VRML格式的中性文件，记录零部件几何模型的三角面片数据。2.2.2 零件几何模型的建立

获取的显示几何模型实质是一系列离散的面集，而获取的特征数据只有外形尺寸等特征信息，都不足以表示零部件几何模型。需要根据特征数据来识别并重新组织面集以构造零部件几何模型。

本文采用面向对象的思想分析零件几何模型，为特征造型中常见的几何表面类型及其约束方程分别设计类，利用类和对象间的继承、聚合特性实现零件的可重构和重用性。图4为本文建立的零件几何模型对象结构，描述零件几何模型与工程语义、形状特征之间的对象关系以及该零部件与其它零部件之间的几何约束关系。

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void Init();//零件的初始化，包括零件的空间位置、特征树等相关信息

void PiekMesh();II进行特征匹配与模型重构

void glDraw();

private:

typedef struct FeatureNode

{

CGLFeature * m…pFeat;

CString m_featName;

CString m_featType;

} FEATNODE;//记录特征信息的节点类型

typedef vector < FEATNODE > VECTGLFeature;//零(部)件特征数组

typedef list < CVGeoPart* > CVGeoPartList;//零(部)件指针链表类型

CSceneGraph m_SceneGraph;//零(部)件场景对象

VECTGLFeature m_VectorFeature;//零(部)件特征数组

CString m_PartName;//零(部)件名称

CGLReferPoint m_ReferPoint;//零(部)件的参考点

float m_comparaCoord[4][4];//相对主零(部)件的坐标

float m_AbsoluteCoord[4][4];//在装配环境中的绝对坐标

BOOL m_CorP;//零件或部件

针对构成机床的零部件的树状层次结构，我们应用多叉树来描述。在每一部件类中，有成员变量m_lPartPointList是一个指针链表，记录所有该子装配体中的零部件指针。如图5所示。

Class CComponent;

{

PartList m_lPartPointList;//零部件指针链表定义

CPart* m_ParentPart;//父零(部)件指针

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即表面上调用的都是CGLFeature类的绘制函数glDraw()，实际上在执行过程中会根据不同的指针类型调用相应的子类的、改写过的绘制函数glDraw()，进而圆满完成各特征的绘制任务。

图6 虚拟设备几何模型显示流程

对于设备的属性仿真模型而言，运动模型是最基本的。环境中物体运动时，通过运动关系模型计算相关运动物体的空间位姿，调用显示方法不断地刷新屏幕产生连续的动画仿真。

2.3 系统实现

本文应用UG三维造型软件对一套加工设备进行了几何建模，通过文件输

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图8 虚拟加工环境

2.4 结语

虚拟加工系统是虚拟制造研究的主要内容之一，而环境建模是虚拟加工系统仿真、分析的基础。本文通过三维实体建模构造出一套虚拟设备，使设计人员可以借助于一定的软、硬件设备，在虚拟制造环境下对零件加工过程进行仿真，并对设备布局、加工过程等作出分析，以便对整个生产进程进行优化，从而提高生产效率和加工质量。该研究成果已经在某研究所应用，应用表明:本课题组建立的虚拟加工系统可根据实际加工情况快速构建虚拟加工环境，能够有效提升该研究所产品设计制造效率，缩短产品研制时间。

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产品研制是多部门的协同工作过程，各部门间的合作往往受到各个企业的生产条件等方面的限制，结合各个企业的生产能力和生产特性，改进产品设计模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料种类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的Master Model为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品研制的各个部门协同工作，实现CAD/CAM/CAE系统的高度集成，有效提高产品的可制造性和可装配性。

3.1.2以过程控制为中心的虚拟装配

以过程控制为中心的虚拟装配（Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下两方面内容。

（1）实现对产品总体设计进程的控制

在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程的控制，以及虚拟装配设计流程。

1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（Master Model）空间；进行产品初步的结构、系统总体布局。

2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等）以及应力控制。

3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产品三维实体模型的最终设计，主要包括 ：完成产品三维实体模型的最终设计，进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。

（2）过程控制管理

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进行管理和传递，保证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确使用的人。因此，采用统一的信息编码系统是一项重要的应用基础环节。

（3）机械通用基础标准。虚拟装配技术如果要实现行业CAD/CAE/CAPP/CAM技术的有效集成和厂所之间的数据交换，必须采用机械通用基础标准。

3.2.2 焊接小车部件级产品实施方法及途径 1。软硬件环境

硬件：COMPAQ服务器一台；P4，2.7G，1M内存的微机8台。

软件：Pro/ENGINEER 2001及其支持环境。2.焊接小车的传动装置虚拟装配技术应用研究

我们选择传动装置的虚拟装配技术应用研究作为工程实例，对虚拟装配技术的工程应用思想、方法、具体实施途径作进一步研究，为下一阶段整个小车的应用提供一种基本的理论支持。

（1）总体设计阶段。IPT根据小车总体设计要求以及基本的总体设计参数，建立蜗轮蜗杆和齿轮的主模型空间，并进行初步的总体布局。总体设计阶段的模型如图2所示。在此阶段，主要包括以下基本步骤：根据已有工程图样建立粗糙模型；布置部分初始模型（蜗轮、蜗杆、齿轮等）；对系统构件进行初步布置、建立初始模型。

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图11 详细设计阶段模型

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第三步

第四步

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第七步

第八步

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结束语

虚拟加工系统是虚拟制造研究的主要内容之一，而环境建模是虚拟加工系统仿真、分析的基础。本文通过三维实体建模构造出一套虚拟设备，使设计人员可以借助于一定的软、硬件设备，在虚拟制造环境下对零件加工过程进行仿真，并对设备布局、加工过程等作出分析，以便对整个生产进程进行优化，从而提高生产效率和加工质量。该研究成果已经在某研究所应用，应用表明:本课题组建立的虚拟加工系统可根据实际加工情况快速构建虚拟加工环境，能够有效提升该研究所产品设计制造效率，缩短产品研制时间。

虚拟装配的应用研究在国内研究所才刚刚起步，无论是在船舶、飞机、机械等领域的产品研制与开发中，还是在其他的轻工艺产品的开发中，人们已经逐渐地认识到虚拟装配所能发挥的巨大作用和发展潜力。在焊接小车的设计过程中采用的装配思想改变了产品研制人员的研制习惯和观念，采用合理的虚拟装配应用方法、建立一定的组织机构是实现虚拟装配的核心，产品数据在研制中的合理管理和流动是实现虚拟装配的基础。

第三篇：WiFi技术应用研究

英德市实验小学存档资料2013/4/21

Wi-Fi技术的应用研究

张华宾

摘要：无线网络正快速进入社会各领域。本文通过对几种无线组网技术的比较，说明了Wi-Fi在组建家庭无线网络时所拥有的无可比拟的优势。并详细介绍了基于Wi-Fi技术、以家庭网关为核心的家庭无线网络体系结构，并着重从家庭网关和信息家电方面对基于Wi-Fi的家庭无线网络的应用架构和实现原理进行了分析，讨论了一些具体实施时的关键技术。最后对基于Wi-Fi的无线网络的发展和应用前景进行了展望。

关键词：Wi-Fi家庭网络家庭网关

英特网的迅速发展，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。人们的日常生活已经越来越离不开网络。现在，人们已经习惯了在网上炒股、购物、查询账目、缴费和搜索资料。人们迫切希望能够任何时间、在任何地方使用网络。很显然，无线网络是最佳的选择。

随着电子技术的不断发展，越来越多的手机、笔记本电脑等支持WiFi的终端产品越来越流行。而基于WiFi标准的无线网络成为了最为普及的无线组网形式。在家庭中，如果我们能把现有的家用电器以及电子产品以某种形式连成无线网络，进行统一的管理和控制，并将其连入Internet进行远程调度，那将是多么令人惬意的事情啊！

1．无线组网技术

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于实现无线组网的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（蓝牙）。它们都工作在2.4CHz频段。该频段全球开放，即不用申请就可以在世界的任何地方使用这一频段进行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，无线保真技术)即IEEE802.11协议。是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。WiFi的第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层（MAC层）和物理层。规定了无线局域网的基本网络结构和基本传输介质，规范了物理层(PHY)和介质访问层(MAC)的特性l21。物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频)或FSSS(调频扩频)技术。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg标准。其传输速率最高可达54Mbps。能够广泛支持数据、图像、语音和多媒体等业务。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是专门为家庭用户设计的无线局域网技术，由HomeRF工作组开发。能够提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳频扩谱方式、时分多址(TDMA)和载波监听多重访问冲突避免(CSMA/CA)等技术，通过家庭中的一台主机在移动数据和语音设备之间实现通信。HomeRF提供了与TCP，IP良好的集成，支持广播、多播和48位lP地址。但是HomeRF开放性不好，而且技术本身还存在抗干扰性差等缺点。

1.1.3 Bluetooth(蓝牙)

Bluetooth（蓝牙）是一种短距离无线通信技术，可把各种便携式电脑和蜂窝式移动电话用无线网络联系起来，达到计算机和通信的更加紧密的连接，提供随时随地的数据信息的交换和传输。传输速率lMbps。它有限的带宽和较小的传输距离无法满足人们日常应用的需求。

1.2 WiFi的优势

1)无线电波的覆盖范围广。蓝牙的电波覆盖范围很小，半径大约只有15米左右，而WiFi的半径可达100米。甚至可以覆盖整栋大楼。

2)WiFi的传输速度很快，最高可达54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。

3)无须布线，可以不受现实地理条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。只要在需要的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入。这样，在“热点”所发射出的电波的覆盖范围内，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。4)健康安全。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60毫瓦-70毫瓦，而手机的发射功率约200毫瓦--l瓦间，手持式对讲机高达5瓦。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。

5)WiFi应用现在已经非常普遍。支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。而且由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。

2．WiFil作方式

WiFi定义了两种类型的设备。一种是无线站。通常通过一台PC机加上一块无线网卡构成。另一种称为无线接入点(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.ld桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。

WiFi定义了两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。由于很多用户需要访问有线网络上的设备或服务，所以基本上都会采用这种模式。ad hoc模式，也称为点对点模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭无线网络中的WiFi的实现

3.1 以家庭网关为核心的家庭网络结构

为了实现家庭内部网络与外部Internet相连互通，在家庭内网和外部Internet之间需要一个家庭网关。该网关是整个家庭无线网络系统的核心部分，它一方面完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，并且同外部网络进行数据交换，另一方面还负责对家庭中网络终端进行管理和控制。家庭中的网络终端也通过这个网关与外部网络连通。实现交互和信息共享。同时，该网关还应有防火墙能力，能够避免外界网络对家庭内部网络终端设备的非法访问和攻击。其结构如图1所示。

3.2 WiFi技术在家庭无线网络中的实现

在家庭网络中，WiFi主要应用在各种信息家电和家庭网关上。我们可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与家庭网关进行连接，并通过家庭网关对各种信息家电实施有效的管理和控制。因此，可以采用客户一服务器体系结构。网关充当服务器的角色，控制设备对各种信息家电的控制也通过网关完成。这样有利于实现胖服务器—瘦客户端的结构。

3.2.1家庭网关模块 家庭网关是我们整个网络的核心部件。所有的信息家电以及控制设备都要连接到这个网关上。同时，网关还要与外部Intemet互连。那么网关需要实现WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高层应用和图形用户界面。完成此功能的协议结构如图2所示。其应用层采用统一设备管理协议(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3来进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等管理和控制。UDPC采用客户一服务器结构，服务器端位各信息家电和控制设备，客户为家庭网关。

家庭网关基于嵌入式Linux进行架构。由嵌入式Unux系统实现WiFi功能，并提供图形用户界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高层应用。用户可以通过身份鉴别后登录家庭网关，并使用系统提供的图形控制界面对信息家电进行控制和管理。

家庭网关同时支持嵌入式Web服务器。当我们合法登录后，就可以使用该服务器提供的Web页面对网络中的各种信息家电进行管理和控制。嵌入式的Web服务器可选用boa，它是嵌入式Lmux下应用最为广泛的HTTP服务器程序，功能全面。并且能够很好的支持CGI技术进行服务器端的扩展。而且boa支持大家广泛熟悉的C语言来实现CCI程序。

家庭网关启动后，完成系统的初始化，并加载相关的服务。将接收到的用户的控制或查询命令进行处理，CCI程序将命令转换成为UDCP报文，通过WiFi模块发送给网络中的信息家电或控制设备。同时，家庭网关还通过WiFi来接收信息家电的当前状态信息，通过处理后将其反馈给控制设备，以便用户使用。

3.2.2信息家电模块

信息家电上的WiFi功能有两种实现模式。一种是信息家电自身带有WiFi功能。这是理想的状态。现在已经有很多家用电器比如电视机、DVD等都已经具备了此功能。第二种是对原本不带WiFi功能的家用电器进行WiFi扩展。可选用Rabbit公司的WiFi核心模块和其相应的开发包进行相关扩展。由于信息家电的高端功能都由家庭网关来完成，所以可以不用实现WiFi的上层协议，只实现对其的控制。

信息家电将自身采集到的各种状态信息传递给其自身的或者是扩展的微控制器，微控制器接收到这些数据后将其转换成UDCP报文，并通过WiFi模块将其发送给家庭网关。同时，信息家电还通过WiFi模块接受来自家庭网关的信息，处理后转换成对家电的控制或查询，并将其随后的状态信息由WiFi模块反馈给家庭网关。

4．结束语

现在越来越多的家用电器及电子产品开始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相关软件的发展将会使家用电器完成功能上的飞跃。通过网络将各种家电连接，可实现功能上的重构和资源的再配置。

随着网络的普及和推广，将家庭中的各种带有网络功能的家用电器通过无线技术连接成局域网络，并与外部Internet相连，构成智能化、多功能的现代家居智能系统将会成为新的流行趋势。

参考文献：

[1]唐思敏．WIFI技术及其应用研究[J]，福建电脑．2009，(10):59-60．

第四篇：虚拟演播室技术总结

拟演播室的前身今世

虚拟演播室是由传统的色键技术发展而来。它可以把现场视频与计算机影像实时地无缝地合成在一起，是对传统的电视演播室技术的一次重大变革。本文讨论了虚拟演播室系统的原理，技术途径以及当前所面临的问题。

在现代社会中，随着电视成为最广泛的大众传播媒介和娱乐工具，电视观众对于电视的欣赏口味正在不断提高，而且，对于电视制作及电视技术也提出了更高的要求。为满足这种电视制作的要求，电视技术迅速的向数字化、多媒体方向发展，虚拟演播室技术已成为近年来的新热点。实际上，虚拟技术早已在军事、科研、气象、建筑等领域广泛应用，而进入电视、电影制作领域还只是近几年的事情。如电影《侏罗纪公园》、《阿甘正传》，在其后期制作中，将实拍的人物与电脑绘制的虚拟景物有机地结合起来，给观众以全新的视觉享受。但这种需要大量时间进行后期合成的方式无法满足现代电视生产周期短、时效性强的需求，因此虚拟演播室技术应运而生。

虚拟演播室技术一经问世，便被电视制作领域认可和接受。在韩国总统选举和美国总统选举的电视转播中，电视观众已看到采用了RT-SET虚拟演播室所带来的耳目一新的转播效果。现在，全球已有数十家电视台及制作公司采用了虚拟演播室。这一技术使电视导演可以摆脱时间、空间及道具制作方面的限制，在广泛的想象空间中进行自由创作。虚拟演播室是建立在高速图形计算机和视频色键基础上发展起来的演播室技术。在虚拟演播室系统中，现场视频可以实时地与计算机产生的三维图形完美无缺地集成在一起，构成一个现实中不存在的，但是在电视画面上却又起到演播室作用的那种假想的新的环境和气氛，并可极为灵活地根据用户需求进行定制。一台工作站可与多台摄像机连接，摄像机可在虚拟演播室中随意移动，它突破了传统布景、道具、灯光、场地等演播室制作工艺的限制，虚拟模型可使用户在布景、拆景及贮存道具方面节省大量开支。同时，用户还可以通过建立三维模型得到真实道具所不能达到的特殊效果。技术制作人员可以利用鼠标器来激活或改变场景中的任何事物。虚拟演播室无需很大，可是却为制作人员提供了无限的自由创造空间。无疑，虚拟演播室可以极大地提高电视台对节目的创作和制作能力，对开拓电视节目空间，降低节目制作费用有着十分重要的意义。因此，受到了影视界，特别是电视节目制作人员的青睐。

二、虚拟演播室技术

虚拟演播室除了传统演播室所具有的装置外，还必须有能获取摄像机运动参数的摄像机运动跟踪系统以及能实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。最后，来自摄像机的前景和生成的背景在色键合成器中合成并输出。摄像机运动参数的获取

摄像机的运动参数包括镜头运动参数（变焦zoom；聚焦focus；光圈zris），机头运动参数（摇移pan；俯仰tilt），及空间位置参数（地面位置X、Y和高度Z）等。这些参数的获取对虚拟演播室系统来说是至关重要的，它可直接影响到虚拟背景的生成。目前有两种方式可获得摄像机的这些运动参数，即机械跟踪方式和图像分析识别方式。

1）机械跟踪方式

这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据，它通常被安装在三角架或基座之上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装置。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头运动参数编码器。这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合。当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。信息数据通常通过一些串行接口类型如RS-232或RS-422传送给计算机。

摄像机的地面位置X、Y及高度Z也可用类似的编码器方式测量，即用相应的传感器检测摄像机的升降和云台脚的转动，并对其参数值进行编码。X、Y及Z

跟踪器允许传感摄像机上、下、左、右全方位的信息，可以装在滑轨或升降架上。不过，用这种方式测得的X、Y参数精度较低；另有一种测量X、Y参数的方法是读条码法。这种方法要求在云台上安装一个专用广角摄像机，同时在演播室一面墙的底边安装有条形码板，通过广角摄像机扫描条形码可测量出摄像云台在演播室中的绝对位置。这种方式精度较高，但缺点是必须保证条形码处于广角摄像机的视野范围之内，否则就无法确定位置。有些系统可同时使用两种方式确定X、Y位置，即当广角摄像机能拍摄到条形码时，采用读条形码法，而当广角摄像机无法拍摄到条形码时（例如中间有遮挡物），则自动转到对云台脚轮转动的编码方式。利用机械跟踪方式有许多优点，主要有：

(1)测量摄像机参数可以达到非常精确，旋转角度可以达到0.001°，移动距离可以达到0.01毫米的精确度，工作稳定，数据处理时间短。

2单颜色蓝背景，无需用户绘制背景墙，很容易照亮蓝色背景而不用担心照亮网格。摄像机运动不受限制，因此允许摄像机有更好的拍摄角度；演员更容易接受虚拟场景。演员在蓝色舞台范围内可以任意速度自由活动，不受限制；自由使用真实的蓝色支持道具，不用担心遮挡网格。

(3)跟踪数据没有延时。可以60Hz速率进行摇移、俯仰及变焦，无需额外的工作站处理跟踪信息。

(4)在合成拍摄过程中可以很容易处理阴影，无需进行额外的修补不足之处。

同时机械跟踪系统也有许多缺点，由于这种方式必须在摄像机镜头及云台上安装专用编码器，使得演播室中可使用的摄像机的种类及数量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每台摄像机必须有一个跟踪器；其次，不能使用手持式摄像机，因为摄像机的机械跟踪系统部分过于庞大、笨重，增加了摄影师灵活使用的难度；再次，机械跟踪需要对摄像机的镜头进行精确的测量，校正困难；最后就是定位，在拍摄之前，需要一个非常耗时的过程来获取摄像机的初始位置和方向。

2）图像分析识别方式

机械跟踪方式是直接对摄像机的各种运动参数进行测量，而图像分析识别方式与之截然不同，是利用图像分析识别技术在拍摄期间同步控制并检测摄象机的各项运动参数，包括位置参数（X、Y、Z），水平转动参数，垂直转动参数和变焦参数，所有这些参数都被转化成位置参数，这就使得摄像师能够在拍摄过程中随意移动摄象机，而且也不需要特殊的摄像机。目前已在使用的一种在蓝箱正面有用浅蓝色组成的网格图案，而且正面是倾斜放置的。这种精确的网格图案以两种不同的蓝色形状绘制于篮背景上，蓝背景整体采用与传统演播室相同的蓝色，因此仍可利用色键合成技术。摄像机拍摄这种图案后，与计算机跟踪软件及硬件预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟场景的透视关系及距离。所以，当启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，利用图像分析的方法检测出其亮度的变化，通过计算机计算出每一幅图像中由于摄象机运动而引起的水平位移、垂直位移及镜头变焦参数的变化。这些参数被送入图形工作站中，控制着用计算机制作出的虚拟场景中的摄像机的运动，这样，在虚拟的摄像机中看到的场景中的物体的位置及透视关系与实际拍摄的摄像机完全一致。这种图像识别技术解决了用传感器的摄像机系统所造成的限制及校准要求，便于摄影师能运用各种摄像机以不同的角度进行拍摄。数字视频中包含有大量的数据流，需进行数亿次的图形计算，从而导致了图形工作站产生的图像滞后于现场摄象机拍摄画面7～15个图像帧的延迟。为了解决这个问题，虚拟演播室使用视频和音频延迟硬件以达到摄象机图像和图形工作站制作的背景图像间的同步。传输中的延迟量取决于摄像机的跟踪方法和图形工作站的处理能力。

采用图像分析法有很多优点，最主要的是：

(1)不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准。

(2)可直接使用演播室原有的摄像机，甚至是便携式摄像机。

(3)同一个跟踪器可同时用于一个以上的摄象机。

(4)摄像机可以不用轨道进行运动。

但这种方式也存在很多不足之处。

(1)由于这种方式要对图像进行分析、计算，所以数据处理时间长，加大了视频延时量。

(2)用这种方式获得的摄像机运动参数的精度比机械传感器的精度低。

(3)当参考点不在当前视野时，跟踪系统有可能失去方向，必须准确知道参考点的坐标，使摄象机移动时维持住正确的相对位置。在蓝室内标记参考点也不是一件容易的事情，这种精确的蓝色图案必须被绘制在蓝背景之上，它必须有别于蓝底，这种蓝色网格图案在制作色键过程的阴影很难处理，同时合成后又应该是不可见的。摄像机拍摄不能垂直于蓝色网格图案，必须偏离30度角以上，否则不能准确定位。另外，这种蓝色网格图案很难保持良好的键的质量。

(4)当摄像机散焦或者摄取画面中图像信息量过少时，系统无法正常工作。为了保持精确的跟踪，摄像机的焦点必须始终保证在网格上，真实的演员有时会显得模糊。

图像分析识别方式和机械跟踪方式是虚拟演播室常用的两种获得摄象机运动参数的方法，各有千秋。背景的生成1）虚拟场景的制作

在虚拟节目准备中的一个重要任务就是建立三维场景。虚拟演播室的背景图像可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像等，但使用最多的是由计算机创作的二维或三维图形CG（Computer Graphics），即虚拟场景。这些场景用三维软件及材质完成。艺术导演可以用开放的平台及软件例如softimage、Wavefront、Alias或Multigen建立三维场景，并把它们直接送进系统，也可以在三维数据库中选用，同时还可使用标准动画软件工具对三维模型进行修改处理。

2）实时生成背景

实时生成背景是指在摄像机运动参数控制下，背景生成装置对制作好的背景信号进行处理，实时生成与前景有正确透视关系的背景图像。所谓实时，是指生成速度可达到50场/秒。系统的用户界面由安装工具及现场制作工具组成1）安装工具用于确定各种虚拟场景的部件、模型、材质、视频物体、动画等。另外，用户可以预设许多表单，每一个表单都包括一系列的操作指令，用以在节目拍摄过程中进行演示。这些操作可包括摄像机的切换、三维场景的改变、触发一个动画等。这些表单存储在内存中，每一个都可用鼠标按钮一触即发。事实上，这些表单组成节目制作的序列表。安装工具完成的结果是一个数据库，包括所有模型及序列信息。

2）现场工具可以合成来自安装工具的信号及来自现场摄像机的信号。用户通过用户界面控制节目流程，这个用户界面允许他们选择所期望的任一时刻的特技及操作。另外，预定的序列表可以图形化，并且用户可以选择任一预先确定的表单来完成自动运行的一系列操作。所有上述的步骤都可轻易地实时完成。蓝室设计和光照

1）蓝室设计

由于虚拟演播室系统允许摄像机运动，蓝室设计变得非常重要。虚拟演播室的摄像室一般是由一面或多面蓝墙和蓝色的地板组成的“蓝室”，对蓝色舞台没有实际的物理尺寸限制，真实蓝背景的大小可以决定有多少演员在虚拟场景中活动。如果制作是相当静态的并只有极少的演员在活动，那真实舞台就可以极小；如果制作需要在一个大的虚拟范围中有许多演员活动，那真实的背景就应该非常大。演员背后的更大的蓝色墙壁允许多种类型的摄象机进行尽可能的摇移。建立蓝色的边墙是另外一个得到更大视野范围的办法，可以因此得到最大的视角。有一件事需注意，正面临近的墙的角度应大于90度，这将更容易打灯光，并且墙壁之间也不会互相反射。而且，当摄像机取远景时，不仅需要播音员身后是蓝色，地板也要求是蓝色的。地板应该足够大得包括阴影，否则落在真实背景之外的阴影将被剪除。有时这会为制作带来一些麻烦。如果在真实布景中有折角，打光会非常困难，同时需要在键控器上进行额外的调整来均匀明暗差异，这将使保留阴影变得更困难。圆滑的角落可以帮助减少灯光的明暗差异。

2）灯光

对虚拟演播室来说灯光是最困难可又是最重要的问题之一。在一些制作中，需要一些经验丰富的灯光导演来处理虚拟演播室的灯光问题是必不可少的。

在通常情况下，蓝色舞台需要被照得非常均匀。在虚拟演播室中通常用冷光。大多数经常使用的冷光类型是KINO FLO及VIDESSENCE。如果没有冷光，有时可以用蜡纸盖住标准演播室的灯光来代替。建议亮度是120瓦左右。应有灯光测量来保证灯光的均匀。灯光越均匀，用户就越少需要在键控器上完成“修饰”。最少的修饰可更为容易保留阴影。

灯光应经常保持足够高的角度来使阴影落在地面上而不是背景墙上。在大多数情况下，阴影应该避免落在真实墙壁上，除非虚拟墙与真实墙的轮廓相似。这样可以允许用户制作虚拟演播室比真实演播室深得多的特技。地面上的阴影使观众看到真实的效果，真实物体与虚拟地面天衣无缝的联接了起来。如果真实背景太小，真实阴影被突然剪掉会产生负面效果，小模型技术（例如在边缘多边形上利用透明度）可以帮助使阴影的边缘平滑，有时这种方法可以解决上述问题。

我们也极力推荐地面的辅助光。如果没有来自下面的灯光，只能靠蓝背景对灯光的反射来照亮前景物体的下面部分。这将降低键的质量，并且蓝色反射将会影响键的效果，同时还要注意下列一些问题：

(1)由于地板与墙相对于光源有不同的方向，因而会有不同的光强，沿边界的部分将表现的最为明显，前景的被摄物光强和色调应与背景协调。所以把墙与地板间设计成一个弧度，比起直角来，能减弱光线上的差异，以获得更理想的效果。另外过多的蓝光反射在物体上。这种蓝溢出在合成时能去掉，却损失了侧光和背光。

(2)影子问题。演员及真实道具在蓝室中投下的影子也要随演员及道具一起进入虚拟空间。为了更好地提取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。影子的方向也要和虚拟空间中的光源方向一致。

(3)为表现虚拟背景中反光地板上的影子效果，可在蓝室地板上铺设蓝色透明塑料。虚拟演播室中的影子效果一般只限于地板，但如果要求演员或真实道具的影子投射到虚拟空间的墙壁上，就要在蓝室中相应于墙壁的位置上放一个大的蓝色物体以产生这种阴影效果；如果要求影子投射到虚拟空间的不规则物体上，实际很难在蓝室中用灯光模拟出逼真的影子效果。另外，在蓝室中可以放置蓝色的物体，再用虚拟物体覆盖它们，并要做到，允许虚拟物体支撑或碰撞实际的物体。

虚拟演播室系统虽然不局限于蓝色，但蓝色有几个优点：一是蓝色能更好地保护人体的皮肤颜色；其次，物体周围的蓝色弱色调没有绿边弱色调显眼；三是演员们在蓝色环境中工作要比绿或红色环境中愉快。

三、几种虚拟演播室系统简介采用机械跟踪方式的虚拟演播室系统

主要有RT-SET公司的LarusTM和OtusTM两种型号

1）RT-SETTM公司的Larus虚拟演播室系统适用于节目现场直播。它是在现场直播时能够将现场视频和三维虚拟场景进行实时合成的强有力的系统。三维图形能在图形制作中不断地更新，并根据演播室摄像机运动的位置显示出正确的透视图，LarusTM虚拟演播室系统包括了一系列完整的制作工具，能确保连续不断播出的质量。操作者能轻松地在制作过程中创建或修改场景、特技和动画。它可使用任何当今通用的软件包来建立数据库；该系统的另一个特点是具有用灯光提示演员走位的功能。

2）RT-SET公司的OtusTM虚拟演播室系统是一种先进的现场视频到母带制作的虚拟技术。OtusTM通过RT-SET的先进技术，将标准播出和视频制作演播室转变成为一种经济的应用方式――即现场视频到母带的应用方式。OtusTM具备有数据库透视变化、不受限制的摄像机移动、可连接无数台摄像机等先进的功能。

RT-SET的虚拟演播室系统有以下特点：

1）摄像机的运动不受任何约束和限制，可以X、Y运动、俯仰运动。沿X轴旋转，提升，聚焦和变焦，而在聚焦和变焦时图像处在正确的透视位置；对演播室的尺寸和形状毫无限制。利用“演播室绘图工具”可高效地虚拟物体放置在实际演播室界线内，可以与市场上任何轨迹传感跟踪器相连接，可实时操作活动视频信号在虚拟物体上的投影。

2）RT-SET所有的系统配置都基于相同的源码，一个系统可方便地升级至更高级的系统或进行单纯的软件升级，并可根据演播室已有设备、所需设备及系统的使用要求等情况重组配置。任一摄像机都可被安装在一个具备摇移／俯仰等控制台上或一个运动控制平台上。这些配置可被分为三个类型：

(1)顶级配置包括RT-SET软件及电路的最高、最新版本、全面的运动控制系统、不限数量的演播室摄像机、一台带两个CPU（或更多）的SGI Onyx2、以及两个（或更多）Sirius视频板的工作站。这个配置的特点包括在摄像机或三维场景之间渐隐或切换、动画、相互作用的视频、特技及其它。系统可实时操作。

(2)高级配置与顶级有着相似特点，但是可以节省设备的数量。它可以使用一个带Sirius板的单CPU Onyx，运动控制不再必须包括在内。另外，摄像机的运动及数量可以明显少于那些在顶级配置中的要求。此系统也可实时进行操作。

(3)经济型配置的最大不同之处在于它不以实时进行操作；它被设计成后期应用的系统。此配置使用价格低廉的电路及低档计算机平台，并只允许最多三个摄像机。同时也可以在这三种配置之间进行组合。SGI在拍摄过程中不断跟踪、接受摄像机位置信息，同时工作站中的图形处理器实时处理三维场景，为摄像机提供一个新视角的三维画面，处理的结果通过SGI视频板以视频格式输出。虚拟演播室系统的视频及键输出到传统的演播室切换台及类似的设备中，同时提供一个视频同步信号。在高级配置以上，允许现场视频通过SGI Sirius送进虚拟演播室。这个视频可做为背景或三维场景的一部分在虚拟演播室内重放，同时还可制作花样繁多的特技效果。输入的视频可以是任何一种视频格式。系统可以很容易地与演播室已有的设备进行合成。采用图像分析识别方式的虚拟演播室系统主要有

1)ORAD公司（以色列）的Cyberset系统

该虚拟演播室系统依靠DVP处理器及一台Ony×2个人工作站为基础，再配以蓝色背景网格及专用软件，从而将被摄者与电脑制作的三维图像融为一体。该虚拟演播室系统能够与任何类型和任何数量摄像机配合使用，甚至能与任何数量的演播室，包括与异地演播室配合使用。摄像机的镜头可采用任何型号普通镜头，并且不必进行特别的调校。该虚拟演播室能与多种软件配合使用。并且能够在播出中进行布景、物体、灯光及特殊效果的修改。该虚拟演播室系统在带有一堵“网格编码墙”的演播室中工作，这种编码模式由两种不同亮度的蓝色交叉排成网格组成。当启动摄像机后，系统会对蓝背景网格进行定位追踪，进行精密计算，自动实时分析并调整虚拟背景，使它的视角与摄像机的视角完美配合。

2)RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统

RT-SET的Ibis是一种低价位的、易于维护的虚拟演潘室系统。它采用先进的2D即插即用式系统，只需最简单的安装。系统平台是以SGI O2制图工作站为基础，以50Hz／60Hz速率进行操作，Ibis系统的所有硬件和软件将来都可升级至RT-SET的Larus系统，而不会有损失和浪费。此系统不需要特殊培训，甚至在制作中也无需专业的操作人员。它不需要复杂的3D模型工具，并且可以从任何标准的图形软件节目（例如Photoshop,Photopaint等）中接受高分辨率的图形。即便非常大的图像也可在系统中被方便地合成及使用，并同时保持广播级质量。

在使用Ibis进行制作的过程中，摄像机的运动不受限制，即在使用色键的同时，摄像机也可进行摇移、俯仰、快速变焦及聚焦运动。RT-SET的Ibis虚拟演潘室系统与传统色键比较有许多不同之处。由于它的独特性、极高分辨率的背景能力及逼真的边缘效果，Ibis具有灵活、逼真特点的2D虚拟设置系统。对于象新闻和体育比赛这类节目来说，它尤为适用。

通过结合先进的技术并降低成本，RT-SET的Ibis可把标准的蓝背景演播室转换成动态虚拟演播室。IBIS这种经济的、简单易用的基本的虚拟演播室为摄像师、制片人及导演提供了一种增强功能的最佳选择。

Ibis的主要特性

(1)无限制的摄像机运动，包括摇移、俯仰、快速聚焦及变焦；自动景深支持，提供真实复合图像；背景图像可比在屏幕上显示的图像大得多，可为4,096×4,096像素，可用虚拟背景扩大并覆盖实景中的非蓝背景，并且不会丢失逼真的背景图像，这可支持很大范围的摇移、俯仰及快速聚焦运动；可以方便地与RT-SET的Larus（3D直播虚拟演播室系统）进行连接。此优点极适合转播车和小型演播室。

(2)带划像和DVE特点的现场视频源的窗口可以任何尺寸被放置在设定中的任一位置。它可被划像或淡人淡出，并可被放在素材之前或之后；系统接受高分辨率的图像，前景和背景图象可以与一个Alpha键控器连接以便使物体放在素材之前或之后。

(3)直观的并可自己进行扩展的界面，可在一个窗口内连接所有功能；插入式界面可连接内部设备和制图SFX；在虚拟设定中可选DVE界面用于多视频窗口。

四、几点考虑

虚拟演播室技术正处于发展阶段，仍存在很多问题。例如，虚拟背景的逼真性还不能令人满意。其原因除了软件功能存在缺陷外，硬件的速度问题也是一个制约的因素。另外，对于摄像机运动参数的获取，不论采用何种方式，都存在局限性，有待于改进。除了技术上的问题之外，虚拟演播室对节目制作人员也提出了新的要求。它的创作也更加复杂，不再是一两个人就能充分使用好的系统，它需要导演、创意者、美术设计、二维建模者、三维建模者，演员及虚拟系统的操作者等人员的通力配合。能否真正发挥虚拟演播室的功能，创作出高质量的特技效果，还在于制作者的想象力和他们之间的配合。

尽管如此，虚拟演播室的优势是显而易见的，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，因此可创作出更丰富、更吸引人的节目。另外，由于场景的制作、修改、保存等都在计算机上进行，因此可降低节目制作费用，节省空间，提高演播室的利用率等等。虚拟演播室虽然具有诸多的优越性，但它的普及和推广仍有一定的难度。

虚拟机价格昂贵，设备一次性投资很大。比较先进的机型要近百万美元，即使是入门机每套也要十几万美元，各地电视机构只能根据自己的经济实力量力而行。但从长远来看，这种技术不但能节约大量制作布景的投资，而且还能省掉布景和道具的存储空间和外景场地。

虚拟演播室技术本身是一项不断发展、不断改进的新技术，具有旺盛的生命力，在日后的节目制作中，它将进一步体现其优越性，发挥更大的作用。

第五篇：医院容灾系统建设与虚拟化技术

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医院容灾系统建设与虚拟化技术

作者：王欢 高向涛

来源：《现代电子技术》2012年第08期

摘 要：医院的医疗信息覆盖面广，数据量大，一旦数据破坏或丢失、就会给医院造成不可估量的损失，但传统的容灾方案存在建设难度高、成本居高不下、后期系统维护成本高等问题。为了解决这些问题，利用虚拟化技术进行容灾备份系统建设是降低建设成本、提高资源利用率的有效方法。采用持续数据保护和虚拟机技术共同构建医院信息系统高可用集群，充分利用现有设备，可以有效地实现医院信息系统的高可用性和数据的实时备份，同时节约了成本，保证工作的不间断运行。

关键词：容灾； 虚拟化技术； 持续数据保护； 高可用集群； 实时备份