基于多媒体技术的校园全景沙盘设计与实践

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　　摘 要：本文以郑州科技学院校园全景沙盘为例，探讨了多媒体校园地图沙盘的总体设计规划、基础、线路设计方案，就模型拆分雕刻与拼接组装、仿真性制作、多媒体控制等方面展开实践研究，开发了一座集语音播报、动态导览于一体的多媒体校园全景3m×5m地图沙盘。
　　关键词：多媒体沙盘;校园全景地图;语音导览
　　1 绪论
　　多媒体互动沙盘是对传统静态沙盘的创新，通过注入声、光、电等多媒体技术，使沙盘的展示更为生动，信息量更为丰富，具有较高的实用价值。它具有以下特点：（1）灯光特效展示。通过满足观赏者视觉等多感官需求，强化参与体验。（2）交互控制功能。观赏者可以通过触摸、遥控、声控等方式与沙盘互动，操作便利。（3）语音导览功能。预先设定导览内容，与声光电特效同步进行，引导观赏者获取相关信息。本文就郑州科技学院地图校园全景沙盘设计与制作的实践经验谈几点体会与大家分享。
　　2 校园地图全景沙盘的设计实践
　　郑州科技学院创办于1988年，占地1500亩，建筑面积60万平方米。以郑州科技学院的规划图与主要建筑物的CAD图进行沙盘的总体规划，多次绘图修改，确定沙盘尺寸为5000mm×3000mm，以1：270的比例对建筑物及绿化景观进行雕刻，以拼装的方式进行效果的呈现。总体设计流程：基础设计→多媒体控制设计→建筑物模型及绿化景观雕刻、拼装→沙盘组装成型。
　　2.1 沙盘的基础设计
　　沙盘的基础设计主要包括底座、台面、围挡设计三部分。
　　底座的设计：底座采用构架式结构设计。构件可以现场制作，具有维护结构与支撑结构相分离，抗震性能较高;承重能力强、整体性好;拼装拆卸方便，质量轻;取材方便，施工速度快等特点。材料选用细木工板。整个沙盘底座由72块尺寸为600mm×200mm×10mm、20块尺寸为2440mm×200mm×10mm以及18块尺寸为1220mm×200mm×10mm的细木工板拼装而成。
　　台面的设计：台面材料选用的是胶合板。由六块胶合板拼接而成，规格是四块2440mm×1220mm×3mm和两块2440mm×360mm×3mm，用射钉枪钉接到底座上，对照郑州科技学院CAD版规划图将各区域画到胶合板上。
　　围挡的设计：围挡材料选用的是人造大理石、黑色亚克力板等。以定制好的人造大理石作围挡，底座架一圈木龙骨，将黑色亚克力板放置在木龙骨上作为包边，起到装饰的作用。
　　2.2 多媒体控制技术
　　多媒体控制技术给校园地图全景沙盘注入新的活力，将语音通信、灯光和多媒体控制技术结合起来，通过多媒体技术控制埋设在沙盘上的发光管线，标识出沙盘内的重要建筑物同时对其进行语音播报介绍，不仅从视觉上给您“盛宴”，听觉上也传递讯息，大大加深对所看到事物的印象。
　　灯光的设计：本沙盘选用发光二极管（LED）灯条的灯光控制及单片机的控制模块的设计，配合Flash展示效果的上下位机的程序设计，使LED灯带实现流水灯显示的功能。[1]
　　语音系统的设计：本沙盘的语音播报系统实现了语音数据采集、语音报名、LED显示等功能。采用Flash存储器通过单片机串行接口与上位机连接完成发射和接受数据，PTUFIFS模块实现语音录放功能，接受传送的数据，控制系统将要播放的内容;从Flash存储器读取相应的内容，然后解码传送给放音系统进行放音;放音系统经D/A转换器，带通滤波器，高频矫正电路后，送给末级放大器，然后由扬声器进行放音。[2]
　　单片机的运用：单片机也称微控制器，是整个沙盘的核心，也是整个设计最为复杂的部分，单片机机能控制由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”。微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路，实现与各种外围设备连接。[3]
　　2.3 建筑物的雕刻、拼装
　　本沙盘主要表现的实物由两大块组成：建筑物、绿化植被景观。以下是建筑物的雕刻及制作过程。
　　图纸的优化：由于现有雕刻机精度不高，而建筑物CAD图又过于复杂，且与雕刻机相匹配的雕刻软件只能识别Auto CAD软件的DXF格式，因此需要将建筑物CAD图转换为DXF格式再进行雕刻。通过学习、讨论和研究，决定以较简单的宿舍楼为试点，开始建筑物CAD图纸的优化。
　　建筑物的雕刻：完成建筑物及其他景觀CAD图纸后，接下来是对宿舍楼进行雕刻。建筑物的雕刻工作是由电脑雕刻机来完成的，要用到的机具设备有：电脑、2014版建筑Auto CAD软件、雕刻机等。需要的原材料有：有机玻璃板、PVC板。雕刻之前先检查电脑与雕刻机是否正常连接，在系统启动加载完成后，进入雕刻机数控系统，手动调试确认无误后方可进行。雕刻机的使用步骤：（1）固定PVC板。（2）导入建筑CAD图纸。（3）规划雕刻路径。（4）设置雕刻参数。（5）调整雕刻机钻头位置。（6）雕刻模型。
　　建筑的拼装：首先，对雕刻好的建筑物模型PVC剖面板进行喷漆，喷漆完成后，将其放置晾干。根据优化好的建筑物宿舍楼CAD图纸，选用UHU万能胶做为粘接材料，但由于UHU造价成本太高，这里选用的粘接材料为与UHU万能胶粘接效果类似的502胶水。将喷好漆的建筑物男生宿舍楼顶视图、前视图、后视图、左视图、右视图的五个部分按照CAD图进行拼接，以502胶水作为粘结材料。在将建筑物模块拼接整齐时，在拼接位置滴入502胶粘剂，待胶粘剂干燥后，观察是否达到要求，若发现拼接错误，需要拆开除去原有502胶粘剂再次重新拼接。
　　建筑物、绿化景观的放置拼装：在所有建筑物拼装完成后，对照郑州科技学院规划图将建筑物放置到其相对应的位置;然后再进草坪、道路、绿化植被的布置。
　　3 总结
　　在本沙盘设计制作工程中，由于雕刻设备的局限性，效果不是十分满意，我们会继续改进。建筑沙盘模型作为地图产品的一种，具有独到的特点和优势，在建筑领域也越来越实用。
　　参考文献：
　　[1]孙莹莹，邓桂芳.发光二极管灯光灯光控制及驱动模块设计[A].科技与创新，2017，（14）：130-131.
　　[2]唐颖.公交车智能播报系统的研究与设计[D].电子科技大学，2016.
　　[3]刘宇，吕国洲，左陈留.单片机控制多功能信号发生器的分析[A].程序员之家，2017，（9）：47.
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