В 2017 году звезда НБА Шакил О’Нил едва не перевернул устои современного представления о мире, усомнившись в том, что Земля круглая. «Я постоянно езжу из Флориды в Калифорнию, поэтому она плоская для меня. Ведь я не двигаюсь вверх и вниз под углом в 360 градусов. Вы хотите сказать, что Китай под нами? Это не так. Земля плоская», — обосновал свою позицию баскетболист. Правда, потом признался, что таким образом троллил своего коллегу из «Кливленда» Кайри Ирвинга, который до этого также выразил сомнения насчет формы Земли.
К счастью, в мире во все времена было много гораздо более пытливых умов. Поэтому гелиоцентрическая модель мира появилась еще в эпоху Возрождения. И, несмотря на то что за учение Коперника очень долго сжигали на костре, оно в итоге победило.
Когда к ученому приходит понимание как что-то устроено, это «что-то» сразу хочется превратить в модель, чтобы объяснить теорию и передать знания. Так появился первый планетарий, названный впоследствии коперниковским. Разумеется, механический. Принцип элементарный: с помощью набора валов и зубчатых передач шарики-планеты двигаются вокруг центрального шара-Солнца с соблюдением тех же относительных скоростей и расстояний, как на небе.
Наглядно, но не зрелищно. Поэтому прообразом современных планетариев стал их другой вид – сфера, внутри которой зрители наблюдают нарисованные на двигающейся внутренней поверхности купола звезды и созвездия. Эту конструкцию назвали птолемеевским планетарием. Пример — Большой Готторпский глобус Петра I, экспонируемый в Кунсткамере.
Это уже очень похоже на планетарии, к которым мы привыкли. Только вот с точностью передачи расположения звезд и планет была проблема, которую удалось решить в начале XX века. Для этого понадобилась еще одна небольшая революция – на этот раз в мышлении, ведь мысль о том, что лучше не высвечивать звезды на подвижном куполе, а проецировать их на неподвижный сферический экран пришла к изобретателям не сразу. Только в 1919 году немецкий инженер-механик Вальтер Бауэрсфельд предложил эту прорывную идею, которая в 1924 году была воплощена компанией Carl Zeiss. Сердцем проекта стал специальный оптико-механический проектор, получивший название Zeiss I.
Отличие планетария нового типа от предшественников – возможность воспроизведения точной карты звездного неба, видимого с любой точки земной поверхности. Для этого в «звездной машине» изображения звезд создаются крошечными отверстиями в медной фольге. Свет, проходящий сквозь них, транслируется на купол-экран с помощью множества проекторов. Чуть позднее Zeiss I был усовершенствован. Zeiss II содержал уже два шара, один из которых проецировал северную небесную полусферу, а второй – южную.
В таком виде планетарий дошел до наших дней, и в большинстве астрономических научно-познавательных объектов работают именно такие звездные машины – где-то усовершенствованные, где-то не особо.
Новую волну в развитие планетариев внесло появление цифровых технологий.
Демонстрацию звездного неба теперь дополняют полнокупольные видео, лазерные шоу, а в некоторых новых планетариях вообще отказались от использования звездных машин, заменив их цифровыми или лазерными видеопроекторами, транслирующими изображение, которое генерируется компьютером.
Преимущество полностью цифровых планетариев — в сравнительно низкой цене при высокой зрелищности. Но специалисты склонны относить даже самые продвинутые версии таких объектов к кинотеатрам с экраном-полусферой, не имеющим особого отношения к науке. Дело в том, что ни одна проекторная система пока не достигла сопоставимого со звездной машиной качества изображения звездного неба. Все просто: человеческий глаз различает даже звезды с очень маленькими угловыми размерами — меньшими, чем пиксель проектора самого высокого разрешения. А значит, эти звезды воспроизвести без качественной звездной машины не удастся.
Другое дело, что звездная машина ничего, кроме звезд, воспроизводить не умеет. Поэтому в планетарии Лахта Центра решено было совместить работу традиционной звездной машины с возможностями цифрового суперкино.
Прежде чем знакомиться с оснащением планетария Лахта Центра, стоит взглянуть на него снаружи. Это действительно зрелище, ведь 19-метровый сверкающий шар звездного зала будет «парить» в воздухе, слегка выдаваясь из плоскости стеклянного фасада атриума МФЗ.
Шар собирается из шлифованных треугольных нержавеющих листов на трубчатую конструкцию и опирается на несущую стальную колонну. Его фасад изготавливается из гнутого стекла, между ним и шаром планетария остается зазор в 1,5 метра.
Сложность воплощения такого архитектурно-технического решения оправдывается визуальным эффектом – он будет потрясающий.
Чтобы шар так плавно и красиво «приземлился» в стеклянную поверхность фасада атриума, потребовалось сделать 268 термогнутых стекол для ниши – каждому из них придали заданную форму. Но визуально это те же самые стекла, что и во всем пространстве Атриума – такие же по качеству прозрачности и отсутствию искажений.
Для этого применяется процесс моллирования, основанный на способности разогретого до температуры 600—700 °C стекла становиться «текучим» и медленно деформироваться под тяжестью собственного веса, принимая форму опорной поверхности с заданной геометрией. При этом стеклянный лист сохраняет целостность и гладкость.
Оформление фасада шара-планетария задумано ярко и стильно. На поверхности 1 223 выгнутых треугольных листа нержавеющей стали, отполированных до блеска.
Эти треугольники будут устанавливаться в последнею очередь – осторожно и в белых перчатках. Именно они создадут «космическое» впечатление от объекта.
Планетарий Лахта Центра – это не только звездный зал, но и обширное общественное пространство вокруг него, которое и само по себе может быть точкой притяжения.
Как любое достойное внимание зрелище, планетарий в Лахте начинается с вешалки. Точнее – с автоматического гардероба. Автоматического – значит быстрого: времени хватит только на то, чтобы узнать расписание ближайших показов, которое будет транслироваться на мониторах, расположенных в этой зоне.
Пройдя внутрь и купив билеты, посетители перестают управлять своей жизнью до окончания сеанса. Общественная зона спроектирована так, чтобы направлять людей по пути, выбранному дизайнерами. Это — самый интересный путь: тут и зона для фотосессий; и аудио-видео студии; и серверная с большим панорамным окном — можно своими глазами увидеть, как бьется компьютерное сердце планетария; тут и медиа-экраны, созданные с помощью гибких OLED-панелей.
За счет технологии MultiTouch с интерактивными приложениями даже на одном экране видеостены смогут взаимодействовать сразу несколько посетителей: играть в обучающие игры, смотреть справочники или знакомиться с презентациями и инфографикой.
В зале ожидания – финальной части фойе – приглушенный свет, на стенах размещены медиаэкраны с неяркими меняющимися статичными изображениями, звучит негромкая музыка – все для того, чтобы подготовить человека к самому главному: за этой зоной вход в звездный зал.
Как видите, звездная машина на месте, сразу понятно — мы в самом настоящем планетарии. Это — один из самых совершенных на сегодня оптико-механических проекторов в мире – японский Ohira Tech Megastar-IIA.
Звездная машина планетария Лахта Центра – это целый комплекс, состоящий из звездного шара и дополнительных оптико-механических проекторов Солнца, Луны и планет. Помимо миллиарда звезд, самые крупные из которых цветные и мерцают, Ohira Tech Megastar умеет реалистично отображать туманности.
Для правильного отображения звездного неба центр машины должен находиться в центре геометрического экрана. Поэтому звездный шар будет установлен ровно в центре купола на лифте, чтобы поднимать проектор до уровня горизонта купола и опускать максимально низко, когда он не используется.
Но какой бы продвинутой ни была звездная машина, для создания научно-образовательно-развлекательных программ мирового уровня ей требуется дополнение в виде системы цифровых проекторов. В планетарии Лахта Центра это даже не дополнение: механика и цифра в равных правах, и именно комплексное использование самого прогрессивного оборудования обоих типов делает объект уникальным. Точнейшая проекция звездного неба формируется звездной машиной, а более крупные объекты, искусственные летательные аппараты, визуальные эффекты и многое другое – цифровые, создающиеся проекционной системой с разрешением 8К по меридиану, для чего используется 10 лазерных 4К-проекторов SONY GTZ280.
Пять проекторов засвечивают нижний ярус купола, четыре – верхний, и один формирует изображение в зените. Таким образом, достигается общее разрешение в 48 483 533 пикселей.
Конечно, важно не только как показывать, но и что. На этот вопрос отвечает астросимулятор Sky Explorer от французской компании RCA Cosmos, который управляет воспроизведением контента с проекторов, синхронизирует его с изображением, формирующимся звездной машиной и, при необходимости, может управлять «старболлом». При этом операционная система управления звездной машиной может взаимодействовать со Sky Explorer и в обратном направлении. В этом и заключается уникальная гибридность планетария Лахта Центра. Ведущий прямо во время шоу с планшета может управлять тем, что видят зрители, например — показать вид Земли из космоса и продемонстрировать ее внутреннее строение.
Совершить путешествие по Солнечной системе.
Или пролететь сквозь трехмерную модель галактики, посмотреть на нее со стороны. Причем это — это научная модель Млечного пути, которая может отображаться в разных волновых спектрах и включает множество деталей, таких как пыль и газ.
В реальном времени моделируется излучение света, его рассеивание и затухание в соответствии со спектральными характеристиками объектов, что дает точную и зрелищную картинку.
Можно посмотреть и как устроена черная дыра. Тоже с помощью научной модели, включающей динамическое реалистичное искажение пространства-времени.
Черная дыра: ожидание и реальность
Библиотека Sky Explorer включает базу спутников, 400 тыс. астероидов (ASTORB от Lowel Observatory) с отображением объектов в реальном времени. И все это не фиксированный контент – библиотека регулярно обновляется.
База искусственных спутников Земли и база астероидов
А можно просто посмотреть мультики.
Для большей надежности у Sky Explorer есть двойник – резервная полнокупольная цифровая система, с помощью которой с компьютера можно воспроизводить видео с использованием проекторов основной системы. Она реализована на специализированном интегрированном решении от компании Front Pictures, работающем на базе Screenberry360 Media server.
Помимо вопросов «Как?» и «Что?», есть еще вопрос «Где?». Купольный экран планетария далеко не самый большой – 14 метров, зато, как и остальные компоненты объекта, супертехнологичный. Он изготовлен из ультралегкого перфорированного материала компанией Astro-tec по технологии Ulteria Seam, предполагающей соединение пластин экрана «стык в стык», что делает его поверхность практически бесшовной. Это первый такой экран в России.
Купол не устанавливается на колонны, как это делается обычно, а подвешивается на цепях.
Благодаря такому решению в звездном зале удалось разместить много оборудования: 10 проекторов Sky Explorer, 6 лазерных проекторов, 3 камеры видеосъемки, 5 камер автокалибровки, hi-end аудиосистему пространственного звучания 14.2 Meyer Sound.
Для чего столько всего? Для универсальности. Планетарий с таким оснащением можно использовать не только по прямому назначению, но и как супертехнологичную площадку для мероприятий. Здесь установлен механизм трансформации сцены, часть кресел автоматически складывается, образуя ровную поверхность.
Например, здесь можно проводить концерты — есть микшерный пульт, система микрофонов, звук с которых выводится на место оператора и в студию звукозаписи, предусмотрены все необходимые интерфейсы для подключения аппаратуры музыкантов. Звук будет живым и глубоким, так как на основе акустического моделирования интерьера звездного зала в отделке решено использовать панели, шпонированные деревом с неповторяющимся рельефом.
Ну и какой концерт без сценических эффектов? Управляемые осветительные приборы устанавливаются на съемную ферму, а довершает этот комплект инструментов система лазерного шоу с дым-машиной.
Но все же планетарий в первую очередь – это путешествие к звездам. Так что занимаем места, пристегиваемся и — Don’t Panic, как говорится в самом известном путеводителе по галактике!
***
Благодарим за помощь в подготовке материала специалистов АО МФК Лахта Центр: Игоря Романенко — ведущего инженера строительного контроля, Дмитрия Матвеева — руководителя направления по металлическим и фасадным конструкциям, Гелену Ермакову — главного специалиста-архитектора; а также — коллег из компании AviLab — Александра Жирнова и Петра Брусенцева.
К счастью, в мире во все времена было много гораздо более пытливых умов. Поэтому гелиоцентрическая модель мира появилась еще в эпоху Возрождения. И, несмотря на то что за учение Коперника очень долго сжигали на костре, оно в итоге победило.
Как смоделировать вселенную
Когда к ученому приходит понимание как что-то устроено, это «что-то» сразу хочется превратить в модель, чтобы объяснить теорию и передать знания. Так появился первый планетарий, названный впоследствии коперниковским. Разумеется, механический. Принцип элементарный: с помощью набора валов и зубчатых передач шарики-планеты двигаются вокруг центрального шара-Солнца с соблюдением тех же относительных скоростей и расстояний, как на небе.
Наглядно, но не зрелищно. Поэтому прообразом современных планетариев стал их другой вид – сфера, внутри которой зрители наблюдают нарисованные на двигающейся внутренней поверхности купола звезды и созвездия. Эту конструкцию назвали птолемеевским планетарием. Пример — Большой Готторпский глобус Петра I, экспонируемый в Кунсткамере.
Это уже очень похоже на планетарии, к которым мы привыкли. Только вот с точностью передачи расположения звезд и планет была проблема, которую удалось решить в начале XX века. Для этого понадобилась еще одна небольшая революция – на этот раз в мышлении, ведь мысль о том, что лучше не высвечивать звезды на подвижном куполе, а проецировать их на неподвижный сферический экран пришла к изобретателям не сразу. Только в 1919 году немецкий инженер-механик Вальтер Бауэрсфельд предложил эту прорывную идею, которая в 1924 году была воплощена компанией Carl Zeiss. Сердцем проекта стал специальный оптико-механический проектор, получивший название Zeiss I.
Отличие планетария нового типа от предшественников – возможность воспроизведения точной карты звездного неба, видимого с любой точки земной поверхности. Для этого в «звездной машине» изображения звезд создаются крошечными отверстиями в медной фольге. Свет, проходящий сквозь них, транслируется на купол-экран с помощью множества проекторов. Чуть позднее Zeiss I был усовершенствован. Zeiss II содержал уже два шара, один из которых проецировал северную небесную полусферу, а второй – южную.
В таком виде планетарий дошел до наших дней, и в большинстве астрономических научно-познавательных объектов работают именно такие звездные машины – где-то усовершенствованные, где-то не особо.
Цифра против механики
Новую волну в развитие планетариев внесло появление цифровых технологий.
Демонстрацию звездного неба теперь дополняют полнокупольные видео, лазерные шоу, а в некоторых новых планетариях вообще отказались от использования звездных машин, заменив их цифровыми или лазерными видеопроекторами, транслирующими изображение, которое генерируется компьютером.
Преимущество полностью цифровых планетариев — в сравнительно низкой цене при высокой зрелищности. Но специалисты склонны относить даже самые продвинутые версии таких объектов к кинотеатрам с экраном-полусферой, не имеющим особого отношения к науке. Дело в том, что ни одна проекторная система пока не достигла сопоставимого со звездной машиной качества изображения звездного неба. Все просто: человеческий глаз различает даже звезды с очень маленькими угловыми размерами — меньшими, чем пиксель проектора самого высокого разрешения. А значит, эти звезды воспроизвести без качественной звездной машины не удастся.
Другое дело, что звездная машина ничего, кроме звезд, воспроизводить не умеет. Поэтому в планетарии Лахта Центра решено было совместить работу традиционной звездной машины с возможностями цифрового суперкино.
Шар в стене – уникальность начинается с внешнего вида
Прежде чем знакомиться с оснащением планетария Лахта Центра, стоит взглянуть на него снаружи. Это действительно зрелище, ведь 19-метровый сверкающий шар звездного зала будет «парить» в воздухе, слегка выдаваясь из плоскости стеклянного фасада атриума МФЗ.
Шар собирается из шлифованных треугольных нержавеющих листов на трубчатую конструкцию и опирается на несущую стальную колонну. Его фасад изготавливается из гнутого стекла, между ним и шаром планетария остается зазор в 1,5 метра.
Сложность воплощения такого архитектурно-технического решения оправдывается визуальным эффектом – он будет потрясающий.
Игорь Романенко, ведущий инженер строительного контроля:
«По задумке архитекторов, шар-планетарий «парит» в воздухе. Задача конструкторов состояла в том, чтобы «скрыть» место опоры, крепления шара к перекрытиям. Посетители комплекса его не увидят. Крепления скрываются в центральной колонне и в мостиках-входах внутрь шара на пятом этаже».
Чтобы шар так плавно и красиво «приземлился» в стеклянную поверхность фасада атриума, потребовалось сделать 268 термогнутых стекол для ниши – каждому из них придали заданную форму. Но визуально это те же самые стекла, что и во всем пространстве Атриума – такие же по качеству прозрачности и отсутствию искажений.
Для этого применяется процесс моллирования, основанный на способности разогретого до температуры 600—700 °C стекла становиться «текучим» и медленно деформироваться под тяжестью собственного веса, принимая форму опорной поверхности с заданной геометрией. При этом стеклянный лист сохраняет целостность и гладкость.
Дмитрий Матвеев, руководитель направления по металлическим и фасадным конструкциям:
— Для остекления ниши, в которой «парит» планетарий, был разработан специальный механизм-манипулятор, управляемый дистанционно. Он смонтирован на конструкции самого шара-планетария, и служил для установки стеклопакетов в труднодоступных частях ниши.
Оформление фасада шара-планетария задумано ярко и стильно. На поверхности 1 223 выгнутых треугольных листа нержавеющей стали, отполированных до блеска.
Эти треугольники будут устанавливаться в последнею очередь – осторожно и в белых перчатках. Именно они создадут «космическое» впечатление от объекта.
Гелена Ермакова, главный специалист-архитектор:
— В вершинах треугольников внешней отделки шара устанавливаются диодные светильники. Меняя тональность и яркость, они подсвечивают сферу и создают эффект звездного неба на поверхности шара-планетария. Можно сказать, что в нашем планетарии увидеть звезды можно будет не только внутри, но и снаружи.
Планетарий Лахта Центра – это не только звездный зал, но и обширное общественное пространство вокруг него, которое и само по себе может быть точкой притяжения.
Дорога к звёздам
Как любое достойное внимание зрелище, планетарий в Лахте начинается с вешалки. Точнее – с автоматического гардероба. Автоматического – значит быстрого: времени хватит только на то, чтобы узнать расписание ближайших показов, которое будет транслироваться на мониторах, расположенных в этой зоне.
Пройдя внутрь и купив билеты, посетители перестают управлять своей жизнью до окончания сеанса. Общественная зона спроектирована так, чтобы направлять людей по пути, выбранному дизайнерами. Это — самый интересный путь: тут и зона для фотосессий; и аудио-видео студии; и серверная с большим панорамным окном — можно своими глазами увидеть, как бьется компьютерное сердце планетария; тут и медиа-экраны, созданные с помощью гибких OLED-панелей.
За счет технологии MultiTouch с интерактивными приложениями даже на одном экране видеостены смогут взаимодействовать сразу несколько посетителей: играть в обучающие игры, смотреть справочники или знакомиться с презентациями и инфографикой.
В зале ожидания – финальной части фойе – приглушенный свет, на стенах размещены медиаэкраны с неяркими меняющимися статичными изображениями, звучит негромкая музыка – все для того, чтобы подготовить человека к самому главному: за этой зоной вход в звездный зал.
Уникальный гибрид
Как видите, звездная машина на месте, сразу понятно — мы в самом настоящем планетарии. Это — один из самых совершенных на сегодня оптико-механических проекторов в мире – японский Ohira Tech Megastar-IIA.
Звездная машина планетария Лахта Центра – это целый комплекс, состоящий из звездного шара и дополнительных оптико-механических проекторов Солнца, Луны и планет. Помимо миллиарда звезд, самые крупные из которых цветные и мерцают, Ohira Tech Megastar умеет реалистично отображать туманности.
Для правильного отображения звездного неба центр машины должен находиться в центре геометрического экрана. Поэтому звездный шар будет установлен ровно в центре купола на лифте, чтобы поднимать проектор до уровня горизонта купола и опускать максимально низко, когда он не используется.
Но какой бы продвинутой ни была звездная машина, для создания научно-образовательно-развлекательных программ мирового уровня ей требуется дополнение в виде системы цифровых проекторов. В планетарии Лахта Центра это даже не дополнение: механика и цифра в равных правах, и именно комплексное использование самого прогрессивного оборудования обоих типов делает объект уникальным. Точнейшая проекция звездного неба формируется звездной машиной, а более крупные объекты, искусственные летательные аппараты, визуальные эффекты и многое другое – цифровые, создающиеся проекционной системой с разрешением 8К по меридиану, для чего используется 10 лазерных 4К-проекторов SONY GTZ280.
Пять проекторов засвечивают нижний ярус купола, четыре – верхний, и один формирует изображение в зените. Таким образом, достигается общее разрешение в 48 483 533 пикселей.
Просто COSMOS
Конечно, важно не только как показывать, но и что. На этот вопрос отвечает астросимулятор Sky Explorer от французской компании RCA Cosmos, который управляет воспроизведением контента с проекторов, синхронизирует его с изображением, формирующимся звездной машиной и, при необходимости, может управлять «старболлом». При этом операционная система управления звездной машиной может взаимодействовать со Sky Explorer и в обратном направлении. В этом и заключается уникальная гибридность планетария Лахта Центра. Ведущий прямо во время шоу с планшета может управлять тем, что видят зрители, например — показать вид Земли из космоса и продемонстрировать ее внутреннее строение.
Совершить путешествие по Солнечной системе.
Или пролететь сквозь трехмерную модель галактики, посмотреть на нее со стороны. Причем это — это научная модель Млечного пути, которая может отображаться в разных волновых спектрах и включает множество деталей, таких как пыль и газ.
В реальном времени моделируется излучение света, его рассеивание и затухание в соответствии со спектральными характеристиками объектов, что дает точную и зрелищную картинку.
Можно посмотреть и как устроена черная дыра. Тоже с помощью научной модели, включающей динамическое реалистичное искажение пространства-времени.
Черная дыра: ожидание и реальность
Библиотека Sky Explorer включает базу спутников, 400 тыс. астероидов (ASTORB от Lowel Observatory) с отображением объектов в реальном времени. И все это не фиксированный контент – библиотека регулярно обновляется.
База искусственных спутников Земли и база астероидов
А можно просто посмотреть мультики.
Для большей надежности у Sky Explorer есть двойник – резервная полнокупольная цифровая система, с помощью которой с компьютера можно воспроизводить видео с использованием проекторов основной системы. Она реализована на специализированном интегрированном решении от компании Front Pictures, работающем на базе Screenberry360 Media server.
Без швов
Помимо вопросов «Как?» и «Что?», есть еще вопрос «Где?». Купольный экран планетария далеко не самый большой – 14 метров, зато, как и остальные компоненты объекта, супертехнологичный. Он изготовлен из ультралегкого перфорированного материала компанией Astro-tec по технологии Ulteria Seam, предполагающей соединение пластин экрана «стык в стык», что делает его поверхность практически бесшовной. Это первый такой экран в России.
Купол не устанавливается на колонны, как это делается обычно, а подвешивается на цепях.
Благодаря такому решению в звездном зале удалось разместить много оборудования: 10 проекторов Sky Explorer, 6 лазерных проекторов, 3 камеры видеосъемки, 5 камер автокалибровки, hi-end аудиосистему пространственного звучания 14.2 Meyer Sound.
Звёзды на куполе и на сцене
Для чего столько всего? Для универсальности. Планетарий с таким оснащением можно использовать не только по прямому назначению, но и как супертехнологичную площадку для мероприятий. Здесь установлен механизм трансформации сцены, часть кресел автоматически складывается, образуя ровную поверхность.
Например, здесь можно проводить концерты — есть микшерный пульт, система микрофонов, звук с которых выводится на место оператора и в студию звукозаписи, предусмотрены все необходимые интерфейсы для подключения аппаратуры музыкантов. Звук будет живым и глубоким, так как на основе акустического моделирования интерьера звездного зала в отделке решено использовать панели, шпонированные деревом с неповторяющимся рельефом.
Ну и какой концерт без сценических эффектов? Управляемые осветительные приборы устанавливаются на съемную ферму, а довершает этот комплект инструментов система лазерного шоу с дым-машиной.
Но все же планетарий в первую очередь – это путешествие к звездам. Так что занимаем места, пристегиваемся и — Don’t Panic, как говорится в самом известном путеводителе по галактике!
***
Благодарим за помощь в подготовке материала специалистов АО МФК Лахта Центр: Игоря Романенко — ведущего инженера строительного контроля, Дмитрия Матвеева — руководителя направления по металлическим и фасадным конструкциям, Гелену Ермакову — главного специалиста-архитектора; а также — коллег из компании AviLab — Александра Жирнова и Петра Брусенцева.