专利名称：一种烟花燃放角度的计算方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟花燃放角度的设计方法以及烟花燃放的装置，尤其涉及对 图案、文字等有特殊效果的烟花的燃放角度的计算方法以及通过该计算方法设计出 的烟花燃放装置及系统。
背景技术：
绚丽的烟花表演让亿万观看北京奥运开幕式的观众热血沸腾，巧妙设计的"大 脚丫"、"倒计时"给人留下了难忘的记忆！这些便是精彩的图案特效烟花。但是 奥运会上的图案烟花是借用空军设备采用气压燃放的，这样价格非常昂贵，同时在 燃放还需要多次试放。因此迫切需要一种方便的平价的图案烟花设计及燃放技术与 设备， 一旦价格降下来将带来艺术烟花的革命。
对于上述的例如字幕化显现等许多大型烟火燃放，按照传统制作和燃放的漂 亮字母烟花，都停留在地面(支撑架)上。而以单发礼花弹发射到空中产生的字幕
烟花到目前为止都还极不成熟。如何准确的将任意设想的文字或图案以烟火的方式 显示在空中，是生产厂商和使用者的一种期待。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种烟花燃放角度的计算方法，可 精确得到烟花发射的角度，从而获得理想的烟花燃放效果。
本发明的另一目的在于提供了一种烟花燃放装置，在装置出厂前就设计好发 射角度，以获得理想的烟花燃放效果。
本发明的再一目的在于提供了一种烟花燃放系统，其中的每个烟花发射装置 都是可以灵活调节角度的，可根据不同的烟花燃放效果调成不同的发射角度，这一 系统是可以重复利用的。
本发明的技术方案为本发明揭示了一种烟花燃放角度的计算方法，包括-(1 )在以烟花放置点P为原点的坐标系中设立初始燃放面M，该原点P到该
初始燃放面M的中心点A的向量PA为(h，O，O)，设计图案中的燃放点对应在该初 始燃放面M上的燃放点& 坐标为<formula>formula see original document page 7</formula>，其中h为
<formula>formula see original document page 7</formula>
原点P到中心点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两 列、相邻两行的距离，wd、 hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和 n分别是燃放点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；
(2)将该初始燃放面M通过两次转动得到实际燃放平面，在XOY平面内绕 z轴顺转a角，绕y轴逆时针转动e角，得到两个旋转矩阵
<formula>formula see original document page 7</formula>
可得到变换矩阵T二TXT2; (3)对于每一个初始燃放面M上的燃放点，乘以变换矩阵T可得出该燃 放点￡,在该实际燃放面上的坐标(义￡.(—，4一,Z《—)，从而得到该燃放点的发射方 向PE。
上述的烟花燃放角度的计算方法，其中，在步骤(1)之前还包括对该设计图 案的处理步骤
将该设计图案分割成多个方格； 将有效的方格识别为燃放点。
上述的烟花燃放角度的计算方法，其中，在步骤(3)之后还包括将烟花燃放 装置的摆放步骤-
将每个烟花燃放装置按照其对应于烟花燃放点E一的发射角度("^， A,。)摆
放<formula>formula see original document page 8</formula>
其中(x，少,0为在该实际燃放平面上的坐标。
本发明还揭示了一种烟花燃放装置，包括多个固定在该装置中的发射炮筒, 其中每个发射炮筒对应一个烟花燃放点& ，发射角度为(^"， A。)，
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中(x,y，z)为在该实际燃放面上的坐标。
上述的烟花燃放装置，其中，该初始燃放面M上的燃放点^. 坐标为
(//，("-^i).W,(m-^i)'c力，其中h为原点P到中心点A的距离，亦为烟 2 2
花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两行的距离，wd、 hd分别 为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放点在设计图案中的列标 和行标，列标和行标均是从O开始的整数；
该初始燃放面M上的燃放点￡m, ，乘以变换矩阵T可得出该燃放点￡m, 在实 际燃放面上的坐标0c,;^)，其中变换矩阵T^T,XT2，其中
该初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动P角，得到两个旋转矩阵本发明又揭示了一种烟花燃放系统，是由多个可调节角度的烟花发射装置组 成的阵列，其中每个烟火发射装置对应一个烟花燃放点&"，其发射角度调节为为
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中0c,y，z)为￡m 在该实际燃放面上的坐标。
上述的烟花燃放系统，其中，该初始燃放面M上的燃放点&。坐标为
(/ ,("-^V^，(w-^V")，其中h为原点P到中心点A的距离，亦为烟 2 2
花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两行的距离，wd、 hd分别 为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放点在设计图案中的列标 和行标，列标和行标均是从O开始的整数；
该初始燃放面M上的燃放点，乘以变换矩阵T可得出该燃放点Em, 在实 际燃放面上的坐标(x,乂z)，其中变换矩阵T^T,XT2，其中
该初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动P角，得到两个旋转矩阵<formula>formula see original document page 9</formula>
上述的烟花燃放系统，其中，该可调节角度的烟花发射装置包括:
发射炮筒； 底座；夹板，与该发射炮筒和该底座固定在一起；
第一调节螺栓，设置在该发射炮筒和该夹板的连接处，固定该发射炮筒且调 节该发射炮筒的角度；
第二调节螺栓，设置在该底座，固定该底座且调节该底座的角度。 本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明通过对烟花设计图案的预处 理以及将初始燃放面上的燃放点通过变换矩阵转换到实际燃放面上的处理，得到精 确的烟花发射角度。此外，本发明还应用这种计算方法在出厂前制造好发射角度固 定的烟花燃放装置。本发明还设计了由多个可调角度的烟花发射装置组成的烟花燃 放系统，根据上述的计算方法调成适当的角度进行烟花燃放。
图1是本发明的烟花燃放角度的计算方法的较佳实施例的流程图。 图2是烟花燃放角度计算的示意图。
图3是本发明的烟花燃放角度的计算方法的另一实施例的流程图。
图4A 4D是本发明的烟花燃放系统中的可调节角度的烟花发射装置的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的烟花燃放角度的计算方法的第一实施例
本发明的烟花燃放角度的计算方法的输入包括设计图案、燃放高度、整体燃 放角度。设计图案上显示有燃放点，设计图案实质上是烟花燃放效果图。燃放高度 是由燃放装置本身限定的，根据客户的需要选择相应的燃放装置。整体燃放角度是 指实际燃放平面在天空中所成的角度，例如可以垂直地面向上燃放，或者以与地面
成80度角燃放等。设计图案上的每一个燃放点对应一个烟花发射炮筒，在燃放高
度和整体燃放角度给定的情况下，最关键的就是计算每个烟花发射炮筒的发射角 度，从而确定从该炮筒中发射的烟花在所需的位置燃放。
图1示出了本发明的烟花燃放角度的计算方法的第一实施例的流程。请参见图l，下面是对该计算方法中各步骤的详细描述。
步骤S10:以烟花放置点P为原点建立坐标系。
当所有的烟花发射炮筒排列的十分紧密时，由于烟花发射高度很高，因此可 以假设所有烟花都是从地面的同一点P发射出去的，而且由于任一烟花的发射点和 空中燃放点的距离是相同的，因此所有烟花的空中燃放点可形成一个平面M'，以 下称该平面M'为实际燃放面。
步骤S11:在坐标系中建立初始燃放面M，原点P到初始燃放面M的中心点A 的向量PA为(h，O，O)。
由于设计图案通常是矩形图片，因此对应的初始燃放面M也是一个矩形，其 中心点A是矩阵的对角线交点，而h是烟花发射高度。PA的连线永远垂直于初始 燃放面M，以便通过控制向量PA的方向来移动初始燃放面M的倾斜角和朝向。
步骤S12:计算设计图案中的燃放点对应在初始燃放面M上的燃放点&, 的坐标。
对于在设计图案中的第m列第n行(m和n均从0开始的整数)的点对应到初
始燃放面M上的坐标为
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中h为原点P到中心点A的距离，也就是烟花燃放高度，cd和rd分别是设 计图案上相邻两列和相邻两行的距离，wd和hd分别为设计图案上的横向和纵向的 分割点数。
步骤S13:将初始燃放面M通过两次转动得到实际燃放面M，，在X0Y平面内绕 z轴顺时转动a角(-90°《a《90° )，绕y轴逆时针转动P角(0°《P <360 ° )，得到两个旋转矩阵L和T2。
初始燃放面M到实际燃放面M，的转动也可以视作向量PA的转动，而两个旋转
矩阵的T,和T2计算方式为
<formula>formula see original document page 11</formula>
步骤S14:得到变换矩阵T: T = T,XT2步骤S15:对于每一个初始燃放面M上的燃放点&"，乘以变换矩阵T得出燃
放点在实际燃放面上的坐标￡ , ，从而得到燃放点的发射方向户￡'。
按照上述步骤将每个烟花发射炮筒中的烟花打到空中，由于每个烟花的相对 位置没有变，将在空中形成设计图案上的烟花燃放效果。
本发明的烟花燃放角度的计算方法的第二实施例
图3示出了本发明的烟花燃放角度的计算方法的第二实施例的流程。请参见 图3，下面结合图3对本实施例的计算方法中的各个步骤进行详细的描述。 步骤S20:将设计图案分割成多个方格。
对于读入的设计图案的图片，由用户输入的分割维数，把一张较大(像素较 多)的图片分成较小的维数。例如，将256X256的图片分割为16X16的图片，会 得到256个方格(点阵)。
步骤S21:将有效的方格识别为燃放点。
这里对有效的方格作一个定义，在这些方格中计算非背景色像素的比例，如 果大于一个阈值(例如60%)就把这个方格作为有效方格，可以识别为燃放点。 燃放颜色就可以取在这个方格中有色像素的平均色。
步骤S22:以烟花放置点P为原点建立坐标系。
当所有的烟花发射炮筒排列的十分紧密时，由于烟花发射高度很高'因此可 以假设所有烟花都是从地面的同一点P发射出去的，而且由于任一烟花的发射点和 空中燃放点的距离是相同的，因此所有烟花的空中燃放点可形成一个平面M'，以 下称该平面M'为实际燃放面。
步骤S23:在坐标系中建立初始燃放面M，原点P到初始燃放面M的中心点A 的向量PA为(h,O，O)。
由于设计图案通常是矩形图片，因此对应的初始燃放面M也是一个矩形，其 中心点A是矩阵的对角线交点，而h是烟花发射高度。PA的连线永远垂直于初始 燃放面M，以便通过控制向量PA的方向来移动初始燃放面M的倾斜角和朝向。
步骤S24:计算设计图案中的燃放点对应在初始燃放面M上的燃放点五 ,,,的坐标。
对于在设计图案中的第m列第n行(m和n均从0开始的整数)的点对应到初始燃放面M上的坐标为
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中h为原点P到中心点A的距离，也就是烟花燃放高度，cd和rd分别是设 计图案上相邻两列和相邻两行的距离，wd和hd分别为设计图案上的横向和纵向的 分割点数。
步骤S25:将初始燃放面M通过两次转动得到实际燃放面M'，在X0Y平面内绕 z轴顺时转动a角(-90°《a《90° )，绕y轴逆时针转动P角(0°《P <360 ° )，得到两个旋转矩阵L和T2。
初始燃放面M到实际燃放面M'的转动也可以视作向量PA的转动，而两个旋转 矩阵的L和T2计算方式为
7;=
步骤S26:得到变换矩阵T: T = T\XT2
步骤S27:对于每一个初始燃放面M上的燃放点&,乘以变换矩阵T得出燃
放点在实际燃放面上的坐标￡m, ，从而得到燃放点的发射方向尸￡'。
步骤S28:将每个烟花燃放装置按照其对应于烟花燃放点￡ , 的发射角度
(""，^"摆放。
其中^, 和/ ,为尸￡ . 在坐标系中的角度，也称为发射角度。<formula>formula see original document page 13</formula>
本发明的烟花燃放装置的实施例
本实施例的烟花燃放装置是由多个固定角度的发射炮筒组成，发射炮筒的发 射角度在装置出厂前就已经设计并切割好。每个发射炮筒对应一个烟花燃放点￡#，发射炮筒的发射角度为<formula>formula see original document page 14</formula>
其中(x,少,z)是在实际燃放平面上的燃放点的坐标。
而五一的坐标(x,乂z)的得到可参考上述的实施例，简述如下初始燃放面M
上的燃放点&,坐标为(/a"-^V^,(m-^^》c力，其中h为原点P到中
心点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两 行的距离，wd、 hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃 放点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；
初始燃放面M上的燃放点￡m,。，乘以变换矩阵T可得出该燃放点在实际
燃放面上的坐标(x,少,z)，其中变换矩阵1^LXT2，其中
初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放平面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动e角，得到两个旋转矩阵<formula>formula see original document page 14</formula>
本发明的烟花燃放系统的实施例
本实施例的烟花燃放系统是由多个可调节角度的烟花发射装置所组成的阵 列，其中每一个烟花发射装置对应一个烟花燃放点。烟花发射装置的结构如图4A 4D所示，装置包括发射炮筒l、底座8、夹板7、第一调节螺栓2、固定发射炮筒l 的部件3、固定底座8和夹板7的螺栓5、第二调节螺栓6以及底座调节装置和上 部装置的连接部件4。其中第一调节螺栓2设置在发射炮筒1和夹板7的连接处， 固定发射炮筒且调节发射炮筒的角度。第二调节螺栓6设置在底座8上，固定底座8且调节底座8的角度。固定发射炮筒1的部件3用于固定发射炮筒1和夹板7的位置。
烟花发射装置的角度是可以根据需要展现的烟花发射效果来调节的。具体调 节成多大的角度是通过上述的计算方法得出的，在此不再赘述，仅仅简述如下。 每个烟花发射装置的发射角度为(am， ， A )。
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中是在实际燃放平面上的燃放点E，m，n的坐标。
而^'^的坐标(x，y，z)的得到可参考上述的实施例，简述如下初始燃放面
<formula>formula see original document page 15</formula>
M上的燃放点￡^ 坐标为(&("-~-~^")'c力，其中h为原点P到
二 力
中心点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻 两行的距离，wd、 hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是 燃放点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；
初始燃放面M上的燃放点，乘以变换矩阵T可得出该燃放点在实际 燃放面上的坐标(x,少，z)，其中变换矩阵T^XT2，其中
初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放平面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动e角，得到两个旋转矩阵
<formula>formula see original document page 15</formula>
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普 通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或 变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围,
权利要求
1、一种烟花燃放角度的计算方法，包括(1)在以烟花放置点P为原点的坐标系中设立初始燃放面M，该原点P到该初始燃放面M的中心点A的向量PA为(h，0，0)，设计图案中的燃放点对应在该初始燃放面M上的燃放点Em，n坐标为其中h为原点P到中心点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两行的距离，wd、hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；(2)将该初始燃放面M通过两次转动得到实际燃放平面，在XOY平面内绕z轴顺转α角，绕y轴逆时针转动β角，得到两个旋转矩阵可得到变换矩阵T＝T1×T2；(3)对于每一个初始燃放面M上的燃放点Em，n，乘以变换矩阵T可得出该燃放点Em，n在该实际燃放面上的坐标从而得到该燃放点的发射方向PE。
2、根据权利要求1所述的烟花燃放角度的计算方法，其特征在于，在步骤(l) 之前还包括对该设计图案的处理步骤 将该设计图案分割成多个方格； 将有效的方格识别为燃放点。
3、根据权利要求1或2所述的烟花燃放角度的计算方法，其特征在于，在步 骤(3)之后还包括将烟花燃放装置的摆放步骤将每个烟花燃放装置按照其对应于烟花燃放点^ 的发射角度( , ， / ")摆<formula>formula see original document page 3</formula>, (z < 0)其中(x,少，z)为在该实际燃放平面上的坐标。
4、 一种烟花燃放装置，包括多个固定在该装置中的发射炮筒，其中每个发射炮筒对应一个烟花燃放点￡^，发射角度为，<formula>formula see original document page 3</formula>其中0c,;v,z)为￡m，fl在该实际燃放面上的坐标。
5、根据权利要求4所述的烟花燃放装置，其特征在于，该初始燃放面M上<formula>formula see original document page 3</formula>的燃放点&"坐标为(A,("_~^")."",(附_~^~).c")，其中h为原点P到中心<formula>formula see original document page 3</formula>点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两行 的距离，wd、 hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放 点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；该初始燃放面M上的燃放点&,。，乘以变换矩阵T可得出该燃放点^, 在实 际燃放面上的坐标Oc,乂z)，其中变换矩阵T-LXT2，其中该初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动e角，得到两个旋转矩阵<formula>formula see original document page 4</formula>
6、 一种烟花燃放系统，是由多个可调节角度的烟花发射装置组成的阵列，其 中每个烟火发射装置对应一个烟花燃放点& ，其发射角度调节为为("^，a<formula>formula see original document page 4</formula>，(z<0)其中(x，乂z)为在该实际燃放面上的坐标。
7、根据权利要求6所述的烟花燃放系统，其特征在于，该初始燃放面M上的燃放点&,坐标为(/a"-^^x(附-^Vc力，其中h为原点P到中心点A的距离，亦为烟花燃放高度，cd、 rd分别是设计图案上相邻两列、相邻两行 的距离，wd、 hd分别为设计图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放 点在设计图案中的列标和行标，列标和行标均是从0开始的整数；该初始燃放面M上的燃放点，乘以变换矩阵T可得出该燃放点在实 际燃放面上的坐标(U，z)，其中变换矩阵T^XT2，其中该初始燃放面M通过两次转动得到该实际燃放面，在XOY平面内绕z轴顺 转a角，绕y轴逆时针转动P角，得到两个旋转矩阵<formula>formula see original document page 4</formula>
8、根据权利要求6所述的烟花燃放系统，其特征在于，该可调节角度的烟花发射装置包括 发射炮筒； 底座；夹板，与该发射炮筒和该底座固定在一起；第一调节螺栓，设置在该发射炮筒和该夹板的连接处，固定该发射炮筒且调 节该发射炮筒的角度；第二调节螺栓，设置在该底座，固定该底座且调节该底座的角度。
全文摘要
本发明公开了一种烟花燃放角度的计算方法、装置及系统，得到烟花发射角度，获得理想燃放效果。其技术方案为方法包括在以烟花放置点P为原点的坐标系中设立初始燃放面M，P到M中心点A的向量PA为(h，0，0)，在初始燃放面M上的燃放点E<sub>m，n</sub>坐标为(h，(n-(hd-1/2))·rd，(m-(wd-1/2)·cd)，h为P到A的距离，cd、rd分别是图案上相邻两列、两行的距离，wd、hd分别为图案上的横向和纵向的分割点数，m和n分别是燃放点在图案中的列标和行标；将M两次转动得到实际燃放平面，在XOY平面内绕z轴顺转α角，绕y轴逆转β角，得到两个旋转矩阵T<sub>1</sub>和T<sub>2</sub>，然后得到变换矩阵T＝T<sub>1</sub>×T<sub>2</sub>；对于每一个M上的燃放点E<sub>m，n</sub>，乘以T得出燃放点E<sub>m，n</sub>在实际燃放面上的坐标(X′<sub>E(m，n)</sub>，Y′<sub>E(m，n)</sub>，Z′<sub>E(m，n)</sub>)，得到燃放点的发射方向PE。本发明应用于烟花燃放设计。
文档编号G06F17/50GK101441676SQ20081020766
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者王长波, 洁 邓, 黄殷欢 申请人:上海幻视信息技术有限公司