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在大型结构力学测试领域，研究人员常陷入两难困境：从捕捉结构全局变形的需求来看，必须采用大视场（FOV: Feild Of View）观测模式，但这会不可避免地牺牲空间分辨率，导致无法精确观测局部细节；但若需要保证高分辨率以看清裂纹萌生与演化等局部细节信息，则需要缩小观测视场，这又容易错过结构在受力过程中关键的整体响应特征。

传统的解决方案往往存在显著局限性，无法满足现代大型结构力学测试对全面性和精确性的双重高标准要求。如今，VIC-3D系统基于刚性运动的多视场阵列标定技术为这一难题带来创新性解决方案。本文将分享该项技术的技术原理，以及一个基于此技术的大型钢筋混凝土梁（4m×0.3m）四点弯曲试验应用。

图1：混凝土梁四点弯曲试验-试验结果

多个立体系统的坐标系通过标定至同一公共坐标系，通常依赖视野边界的重叠区域（称为拼接法）或其他已知标记/参考点。其精度取决于重叠区域大小、标记数量与相对定位精度。

相比之下，VIC-3D提供了一种独特、高精度、稳健且简便的多立体系统坐标耦合方案——仅需通过散斑图案的刚体运动即可实现标定。因此，若被测物体可进行刚体运动（旋转或倾斜），则可直接利用物体本身作为标定参考；若物体无法移动，用户也可通过专为对向/阵列系统设计的散斑工具来完成。

在前后双向监测的对向系统中，通过物体本身的刚性运动（旋转与倾斜）可实现两套立体视觉系统的高精度相对坐标耦合，该方法特别适用于高精度体积计算与体积变化测量。对于为提升空间分辨率或工作距离不足而设置的阵列式多相机系统，同样可采用物体刚性运动进行标定。

图3：混凝土梁四点弯曲试验-双系统并列设置

试验对象：对一个尺寸为4m×0.3m的钢筋混凝土梁做四点弯曲试验。

试验目的：监测梁的整体挠度变形和全局应变分布。

试验设置：两套VIC-3D非接触全场应变测量系统阵列式放置(全局监测：见图3)，用以提高空间分辨率，单系统空间分辨率为5300px，由于视场无重叠，总体空间分辨率可达10600px。

试验结果：

视频详细展示了该混凝土梁：

▪  沿梁长度（x轴）、高度（y轴）以及宽度（z轴）方向的位移分量U、V、W，随时间变化的云图和曲线；

▪  初始开裂阶段水平位置各裂纹的"应变"扩展分布（裂纹形成后主应变值理论上应为零，因此该参数可用于表征裂纹扩展过程）；

▪ 采用虚拟引伸计实现裂缝宽度测量时，主应变e1随时间变化的云图和曲线。

技术优势：

▪ 无需视场重叠：即使阵列布置的多套系统视场完全无重叠，也能实现极高精度的数据标定。

▪ 标定简易：仅需通过一个简单的刚体运动（如对试件或特制的散斑标定板进行旋转和倾斜），即可建立各系统间的坐标转换关系。

▪ 精度极高：该方法避免了传统拼接带来的误差累积，标定精度远超传统方法（本案例中空间分辨率提高了一倍）。

由于VIC-3D多系统阵列组合方案极具灵活性，不仅限于线阵列布置以提高空间分辨率，还可以采用对向布置：正面系统通过延伸支架获得大视野，负责监控全局变形；背面系统采用小视野、垂直方向设置，负责高清捕捉局部应变与裂缝。

图5：混凝土梁四点弯曲试验-双系统对向设置

可通过VIC-3D软件无需视场重叠的刚体运动标定技术，将两套系统的数据无缝融合，以生成了兼具全局视野和局部微米级细节的完整、高精度全场变形数据。

试验结果：

下面的视频展示了从混凝土梁背面采集的主应变e1与次主应变e2的高分辨率测量结果。

VIC-3D非接触全场应变测量系统的多视场刚体运动标定技术，支持多立体系统在线阵列、面阵列、圆周阵列等多视场角度混合下同一坐标系自由测量布置，突破了传统测量方法的限制，解决了“全局”与“局部”不可兼得的经典难题，为大型结构试验提供了前所未有的数据丰富度和测量精度。无论是土木工程的梁柱、航空航天复合材料，还是汽车行业的零部件测试，都能借此技术发现更深层次的力学奥秘。这不仅是测量技术的升级，更是科研洞察力的一次飞跃。