基本信息
- 项目名称：
- 数字水墙
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品利用计算机控制电路对流动水进行操控，使其在下落过程中显示出多种文字和图案。技术上采用自行设计的立体九喷嘴伺服电磁阀、计算机数字控制系统、组合式稳流水箱等性能优越的部件，保证本作品清晰的显示效果。本作品拥有广阔的市场应用前景，有很强的显示效果和震撼力，拥有娱乐、广告、展示等用途，可方便的应用于科技馆、展览馆、商场等场所。
- 详细介绍：
- 数字水墙是由流动水构成，在计算机控制电路的精确操控下，使流动水形成水流和空隙，从而可显示出多种文字和图案。这些文字和图案随水流一起，一幅一幅下降。由于数字水墙巨大，显示的文字和图案可观性强，有震撼感，具有超强的视觉冲击力和过目不忘的展示效果。 数字水墙利用计算机控制电路对流动水进行操控，使其在下落过程中显示出多种文字和图案。水墙由多组（每组为32个）高速伺服电磁阀，计算机数字控制电路，稳流水箱，循环清洁水源和水墙构架等组成。在计算机数字控制电路的精确操控下，供有稳流水源的伺服电磁阀高速通断，在水流间形成空隙，从而可显示出多种文字和图案。技术上采用自行设计的立体九喷嘴伺服电磁阀、组合式稳流水箱等性能优越的部件，保证本作品清晰的显示效果。通过实验发现，要具有良好的水墙显示效果，要求所设计的伺服电磁阀具有不大于20ms的通断速度和伺服电磁阀性能的一致性。为此，项目组设计了立体九喷嘴伺服电磁阀，其控制电流小于3A。通过设计和工艺来保证伺服电磁阀性能的一致性。由于伺服电磁阀的通断动作需要控制电路和驱动电路的共同配合，而伺服电磁阀的快速性、一致性等特殊要求，导致这些电路控制部分必须置于伺服电磁阀附近位置。为了使控制电路不受水雾干扰，以及满足水流平稳的要求，项目组特别设计了带环流隔板的“二合一”组合式稳流水箱。 数字水墙设计有即时人机交互功能，人们可以选择文字和图案，数字水墙画面瞬间改变，具有很强的娱乐性。它和水幕电影有着本质的区别, 水幕电影的“银幕”是雾化水,此雾化水是不受控的.其文字和图像是依靠专用投影仪或激光系统放映. 而数字水墙的水是受控水,此受控水受计算机伺服控制系统精确控制水的流动或空隙来形成文字和图案,而无须其他放映设备。 数字水墙拥有广阔的市场应用前景，有很强的显示效果，拥有娱乐、广告、展示等用途，可方便的应用于科技馆、展览馆、商场等场所。不仅显得更加真实、华丽，且结构简单，造价低，应用范围广。数字水墙市场潜力十分巨大。目前，项目组还是样机研制，已有省、市科技馆，展览会，公司等前来洽谈业务。在我国市场巨大，经济效益可观。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和实现意义： 数字水墙由流动水构成，在计算机控制电路的精确操控下，使流动水形成水流和空隙，从而显示出多种文字和图案。这些文字和图案随水流一起，一幅一幅从上而下地下降。安装有传感器的数字水墙能感知人们的靠近，水流会瞬间停止，人们进入后，水流又瞬间落下，像是一道水门，能自动开启与关闭。数字水墙有人机交互功能，根据人们选择的文字和图案，画面瞬间改变，具有很强的娱乐性。 数字水墙可用于科技馆、展览馆、商场等，作娱乐、广告、展示等。也可用于酒吧、咖啡吧、水亭等休闲场所的建筑墙体。这种水墙可以自动分开，让人们自由出入，也可瞬间消失，变幻莫测，具有很大的趣味性。 制作基本原理： 数字水墙由多组高速伺服电磁阀，计算机数字控制电路、稳流水箱、循环清洁水源和水墙构架等组成。在计算机数字控制电路的精确操控下，供有稳流水源的伺服电磁阀高速通断，使流动水形成水流和空隙，从而可显示出多种文字和图案。 数字水墙的技术关键及创新点主要有以下4个方面： 1.数字水墙水流图像效果显示和控制技术； 2.大型多路平面型、环型数字水墙系统设计； 3.20ms立体九喷嘴伺服电磁阀； 4.“二合一”组合式稳流水箱设计。 主要技术指标： 伺服电磁阀反应时间不大于20ms； 分辨率可达224*165（由数字水墙规模而定）； 帧速1-2fps。
科学性、先进性
- 技术难点，分为以下四点: 1.数字水墙水流显示和控制技术：数字水墙需数字控制电路的精确操控、算法设计保证多路水流一致性和分辨率，以确保显示清晰。其设计有即时人机交互功能，采用独特算法产生电磁阀控制矩阵，并计算图像变形、大小和切换速度等对电磁阀控制进行修正。 2.20ms立体九喷嘴伺服电磁阀：此电磁阀控制电流小于3A，通断速度小于20ms，通过设计和工艺来保证性能一致。其九喷嘴快速同步工作，每个喷嘴口径及距离相等，保证水柱柔和、不散花，增加显示清晰度。 3.“二合一”组合式稳流水箱结构研制：该设计装备了环流隔板，起到了稳流的作用，并充分考虑散热、防水等因素。 4.3D数字水墙研制中：项目组正在研制3D数字水墙，已完成理论论证。其可观性强，有超强的视觉冲击力。 特色及进步：数字水墙观赏性强，构建新颖魔幻建筑并具有人机交互功能，相比国外数字水墙样机，成本低、易维修，可具有3D显示功能。
获奖情况及鉴定结果
- 第十一届校大学生科技节特等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 数字水墙拥有即时人机交互，只需给定分辨率即可对图像进行解析、修正，并与控制器通信控制电磁阀输出，使用方便。 数字水墙应用范围十分广泛，可用于科技馆、展览馆、商场等；可用于娱乐、广告、展示等；可建造魔幻般的建筑，如酒吧、咖啡吧、水亭等休闲场所等，吸引顾客的眼球。这种魔幻般的流体数字建筑，其构造可变、方便运输、效果壮观，具有极好发展前景。 商家十分看重数字水幕本身震撼可观的信息显示方式，考虑到水下落的声音特质，一些音乐展厅和艺术鉴赏会，也对数字水幕青睐有加。此外，水能够增加空气的湿度，有利于室内环境，经过改进有希望应用于室内装潢。其市场潜力十分巨大。 目前，项目组完成样机研制，已有省、市科技馆，展览会，公司等前来洽谈业务。在我国市场巨大，经济效益可观。
同类课题研究水平概述
- 来自美国麻省理工学院的科学家设计的“数字水墙”在西班牙萨拉戈萨市举办的2008年世界博览会上亮相。其数字水墙框架是由一个不锈钢屋顶和孔状活塞组成，当该建筑不再使用时拔下活塞即可将数字水墙中的水排放，拆卸在地面上。这种新颖建筑可用来当作咖啡屋或旅行休息室，长度为164英尺，高度为33英尺，宽度为16英尺。当数字水墙开始使用时，水将从屋顶的管道中注入一排排十分紧密的真空管中，通过计算机程序控制，这些真空管在每秒钟内可以开启或关闭数次。当关闭真空管间隔数秒再开启时，真空管就出现水流空隙，利用这一点，计算机程序控制精确地开启或关闭真空管，就可在水墙上呈现出一些图案或文字。 国内尚无相关产品。 本项目为国内首个自主创新的数字水墙，相比起国外同类产品，具有以下优势： 1)能够具有3D显示功能，正在研发中。 2)强大的人机交互系统，可让参观者选择水幕信息显示，增强了娱乐性，趣味性，打破传统显示装置是一个死物的概念。 3)自行研制自主感应控制装置，使数字水墙达到“无处是门，又无处不是门”的意境。人们可以自由出入水墙而又不湿身。 4)研发了具有自主知识产权的20ms立体九喷嘴伺服电磁阀。 5)研发了具有自主知识产权的“二合一”稳流组合式水箱。 6）提出了平面型和环型的3D数字水墙，扩大了数字水墙的应用范围。
