每年三月的第二个星期日是国际天文馆日。国际天文馆日于1995年诞生于意大利,旨在促进国际天文馆之间的合作,促进公众对天文馆知识的了解。

这一天,去天文馆,看一场“穹顶电影”,与太空来一次亲密接触,是个不错的选择。

草原周刊记者来到北京天文馆,与天文馆数字科普节目创作团队负责人一起带您了解“穹顶电影”背后的故事

记者:新华每日电讯 李慕明

3月的第二个星期日,北京天文馆以丰富多彩的主题活动庆祝一年一度的国际天文馆日。 在体现广义相对论概念的新建筑的映衬下,老球幕剧场的巨大穹顶显出些许沧桑,而最新的“大片”《宇宙大爆炸》——《只有光,只有光/真空》则在圆顶内放映。 传送能量,无中生有的能量/感谢通货膨胀……”欢快的RAP主题曲将观众的想象力带到了宇宙深处。

我有幸在过年前观看了首映,直到寒假结束,我才再次“抢”票,回顾了一下当时的所有疑问。 用导演宋玉英的话说:“只是你不太能理解而已。”

天文馆确实是一个值得一去再去的地方。

你没听错,天文馆就是天文馆!

在老博物馆天文馆报到时,蜿蜒的走廊上排起了长队。 记者身后两位带着孩子的妈妈不停地交流着经验。 “这部电影不好买,得提前几天订。” 演出结束后,我到新剧场的服务台询问。 除了两部老电影外,所有剧院的门票都已售空。 “节假日和周末,网上订票比较安全,要提前7天在公众号上查票源。” 卖票的女孩热情提醒。

2004年北京新天文馆建成后,网上曾有人批评“巨大的天文馆就是大电影院”。 朱进导演当时解释道。 毕竟,作为中国第一座天文馆,它被赋予了太多的意义和希望。

事实上,天文馆刚诞生的时候,就是天文馆。 英文中的planetarium一词是planetarium,与planetarium同字。 后来又以天文馆为核心开展了展览、科普等其他活动。

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在中世纪的欧洲,天空被想象为由几个堆叠的球体组成。 这一概念仍然存在于天文馆半球形屏幕的构思和设计中,就好像它是已消失的理想模型的遗迹。 中国古代浑天说也解释了这种天文模型。 尽管开普勒和牛顿基于观测的数学模型取代了早期天文学的简单嵌套球体,但20世纪20年代诞生的天文馆仍然脱胎于这种地心投影方法。

著名光学仪器制造商卡尔蔡司的工程师沃尔特·鲍尔斯菲尔德发明了天文馆投影仪和球顶。 1923 年 10 月 21 日,第一个天文节目在慕尼黑的德国博物馆展出。 设立天文馆的初衷是为了讲述一些基于虚拟星空的故事和知识。 毕竟,大多数生活在现代城市的观众不太了解夜空到底是什么样子。 哥本哈根天文台台长埃利斯·斯特伦格伦曾在《蔡司天文馆》一书中写道:“它同时是一所学校、一座剧院和一座电影院。它是天空下的教室,是一部以天体为演员的戏剧” .”

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20世纪30年代,我国有人在《欧洲游记》等文章中表达了参观德国天文馆的感受,并希望在中国建一个天文馆。 当时甚至还有热心人士想要出售天价纪念邮票或者开一家股份公司。 筹集资金建设的方法。 新中国成立后,在多方帮助下,中国人民克服重重困难,终于如愿以偿。

从1957年9月29日新华社的一篇文章中,我们仍能感受到当时人们的激动心情:

今天,北京600多位知名人士在这座博物馆进行了一次有趣的“宇宙之旅”。 在博物馆主体建筑天文馆里,人们看到了一座复杂而精美的天象仪。 它将各种天文现象投射到穹顶形的屋顶屏幕上,形成逼真的“人造星空”。

灯光渐渐熄灭,刹那间,穹顶的屏幕上闪烁出无数的星星。 解说员表示,天文馆将带着观众在七分钟内环游世界,并在四分钟内完成实际持续26000年的岁差运动。 这个天文馆上的每个电机都可以向前或向后移动。 因此,它可以“估测”数千年后的天象,也可以回放过去的天象。 今天,观众看到了29年后才出现在北京上空的伟大彗星,也看到了直到公元2038年9月2日才出现的日全食的壮丽景象。

球幕电影很大程度上还原了现实世界的真实,也能提供一些超真实的体验。 毫不夸张地说,穹顶是天文馆的基础。

天文节目的数字化

这是为了“科学可视化”

尽管鲍尔斯菲尔德的发明已经过去了近一个世纪,但现代天文馆的运作方式仍然与最初的设计非常相似。 与此同时,随着投影系统技术的提高和天文研究的进步,天文馆也发生了重大变化,光学天文馆被数字天文馆取代。

2004年,随着新馆的落成,北京天文馆数字演播室成立。 宋玉英介绍,此前的放映内容都是以光学天象仪为主,只能模拟以地球为核心的星空。 天文馆里的星星在移动,移动的就是天象仪。 其原理就像在纸杯上打很多孔,然后在中间点亮一个灯泡。 当杯子旋转时,“星星”也会随之旋转。 当然,实际的光学元件要复杂得多。 焦点和孔必须做得更精确,必须能够模拟各种大、小、亮、暗的星星,而且还必须闪烁……

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2004年之前,天文馆的节目都是星空搭配幻灯片。 虽然可以拼接成全景图像,但它们都是静态的。 “我们开始学习所有与数字显示相关的制作技术。这简直就是另一个行业。但是,投影仍然是在这个(球幕)环境中。” 宋玉英说道。

最初,数字天文馆只能投射星空。 最大的改进是可以从任意位置投射视觉核心,并且可以模拟星空旅行。 这些位置都是基于天文星表。 北京天文馆引进的原创数字天象仪只能投射星空的实时图像,而且由于版权问题,无法在此基础上制作节目。 于是数字工作室做了一个新的星空系统。 “这是我们所有电影制作的基础。从2004年开始,这个问题现在已经解决了。” 数字工作室的工作重点已经慢慢转向添加更多基于星空的科学可视化内容。

什么是科学可视化?

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宋玉英解释道:“比如说,我想给大家讲讲地球的磁场,受到太阳磁场的影响,地球在太空中运动的时候,磁场会发生变形,变形是什么样子的?”如果你只是在动画软件中‘捏’一个,它的运动状态不会一样,如果符合物理定律,那只能用来‘哄小孩’,毕竟我们不是在制作动画片。因此,我们必须在力所能及的范围内,尽可能确保所有制作的视频都遵循科学逻辑。”

《生活大爆炸》也秉承了这个理念,“每个像素都有数据支撑”。

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记者跟随他参观了数字演播室的机房。 一间教室那么大的房间里,挤满了服务器。 这超出了通常的电影制作环境的想象。 然而整个数字工作室团队只有五个人,三个主修天文学,两个主修计算机科学。

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“北京天文馆数字节目制作系统平台”机房全景。

“我们的工作是比较跨界的,作为科普节目的制作者,我们需要在这种沉浸式的直播环境中将高深的科学知识可视化,这些年最大的问题就是和合作伙伴的沟通,我们非常希望更多有科普背景的人艺术系的学生也会参加吗?”宋玉英说道。

1978年出生的宋玉英也横跨天文学和计算机领域。 他谦虚地说,计算机只是每个人都使用的工具,但天文学家用它们来控制望远镜或计算某些想象的物理过程。

科学“搬运工”的日常生活

作为目前国内唯一的中国天文馆数字科普项目创作团队负责人,宋玉英也坦言,被“招更新”压力很大。 大多数参观天文馆的人都是带着孩子的家庭。 他们对展品、展板上的天体物理知识感到困惑。 “看电影”是必选甚至是首选,可想而知他们对节目的期待。

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“一部电影的周期差不多是两年。当然,这只是制作周期,规划很早就开始了。比如《生活大爆炸》从一开始就有这个想法,就花了10年的时间准备。”之后慢慢积累了相关的资料,我们也会储备一些相关的知识,我们需要了解中国目前的宇宙学研究进展到什么程度,能为我们提供什么样的技术支持,同时我们也会关注关注国际宇宙学的进展,看看对之前的理论有没有颠覆性的观点,总之继续充电。”

“现在天文爱好者越来越多,对科普的要求也越来越高,这部影片比以前的电影更上一层楼,也圆了我的一个梦想。” 宋玉英说道。

技术含量高并不代表不接地气。 就像主题曲所唱的那样:“通货膨胀吹出的泡沫宇宙/无数的足球宇宙/其中之一就是我们的宇宙/越来越多的足球/没有尽头……”

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“就说说各种夸克和粒子吧,别说是小孩子了,大多数成年人听起来都会头晕。不如用直观的描述来让他们知道到底是怎么回事。至于为什么会这样,如果你真的感兴趣的话,你可以查看其他相关资源。” 宋玉英解释道。

确实,第二次参观后,记者来到了位于新馆地下一层的“宇宙穿梭展厅”。 面对宇宙起源的大显示屏,原本似是而非的粒子图像显得格外亲切; 暴胀时代、夸克时期、光子解耦、第一代恒星的点亮……这些线索也在脑海中浮现出全息画面。

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现代天文学家研究的大多数主题都非常抽象,对于普通人来说,它们可能看起来像是神圣的文本。 星星和大海,是无数人最深的梦想和渴望。 它不仅是对著名三大哲学问题的思索,更是对人类未来的出路探索。 但大多数来天文馆科普的观众只能看懂图像和解释。

宋玉英说:“当我们拍电影时,我们相当于做了一次‘翻译’,通过我们的穹顶、我们的影像、我们的解说、我们的音乐,我们所有的手段,把天文学家的理论和发现转化为可以理解的东西。”观众能够理解。” 东西。 事实上,我只是做了搬运工的工作。”

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以《宇宙大爆炸》为例,国家天文台计算宇宙学研究团队的研究员王杰和景英杰博士为数字工作室的宇宙学模拟AURIGA项目提供了海量数据和科学支撑。 这个项目是他们所参与的宇宙演化相关的研究,海量的模拟数据有多大? 调整一个参数后,如果想看到具体的结果,至少要等一两个小时,后台的计算机集群才能返回一帧画面。

虽然很多天文图像资源都是免费的,比如NASA的官网。 “但我不想在中国的天文馆里看到全是外国资料。这种‘硬说’只是因为我们有能力,中国的天文研究可以支持这些东西,我才敢这么说。”

十几年前的4K很让人沮丧

“目前,球幕电影的时长不是很长,而且成本太高。” 宋玉英表示她很无奈。 “世界上最长的此类电影也就一个多小时,但他们大多数都做不到。”

为什么成本高? 每天都能看到的图像模式,无论怎么切换,同一时间都只有一种视角。 但穹顶是360度的,什么都没有! 死! 喇叭! 而且从头到脚! 这么大的场景,无论是实景拍摄还是动画,不知道会是多少次。 另外,在清晰度方面,现在大家都认为观看4K视频是理所当然的。 2004年新北京天文馆建成时,播放设备已经是4K(目前是8K)。

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“所以想要在球幕上达到这样的分辨率,就更难达到精准的程度了。刚开始的时候,我们没有合适的拍摄设备,只能做动画。”而那时的手机只有几百万像素,即使用相机拍摄也不可能做到无痕拼接,也想不出什么好的办法来解决,直到近四五年当全景拼接和VR视频制作开始流行的时候,我们利用这些技术支持,逐渐有了电影中捕捉到的一些场景。从一开始的几台相机拍摄静态画面,然后是延时摄影,直到最近,航拍视频拼接成为可能,只有这样我们才能为观众带来《生活大爆炸》这样的电影。”

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影片中转瞬即逝的FAST、兴隆郭守敬望远镜等野外场景,光是筹划阶段就花了一年的时间。 全景摄影与普通摄影不同——你不能打光或应用滤镜。 获得理想的镜头很大程度上取决于运气。 除了等待贵州难得的晴天,FAST拍摄每天还要赶上一小时的信号静默窗口。 负责可视化的宋玉英和韩旭足足看了一个月。

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团队拍摄了FAST的工作照,左边是宋玉英。

当记者问到影片中不能使用的材料和素材是否也算以其他形式呈现时,宋玉英忍不住“抱怨”。 “我们也在做周边产品和科普,但团队只有五个人,精力实在有限,所以只能选择性地做一些外展。”

VR的普及会带来新的机遇吗?

从2004年至今,这个在国内“无人可比”的团队已经探索并制作了十几部球幕电影。 “购买国外节目就是讲‘别人的故事’,我们希望更多地呈现我国最新的天文科研成果,在中国天文馆讲述我们自己的故事。” 现在,北京新天文馆的宇宙剧场仍然很受欢迎。 电视里播出的《天空之宫》讲的是中国古代天文学。 除了古代的天文成就之外,还包括中国自己的宇宙学。 宋玉英表示,《天空之宫》已销往墨西哥等国家。 “据我所知,现在墨西哥有15万人观看了。”

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作为一部相对“小众”的巨幕电影,是否有可能“破圈”呢? 宋玉英认为,现在流行VR、AR、全景。 事实上,天文馆自诞生以来一直是一种全景沉浸式体验。 天文馆内的视频可以无缝移植到VR播放设备上。

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《宇宙大爆炸》模拟大爆炸后16亿年的宇宙演化

在没有VR技术的时候,天文馆新办公区五楼有一个直径7米的球幕屏幕,可以模拟天文馆的环境来测试影片,然后进行剪辑和修改。 现在,所有测试都是在佩戴VR耳机的情况下完成的,以查看效果。

如果这种可行性得以推广,在没有天文馆或科技博物馆的地区,也可以使用简单的VR设备来欣赏天文节目。 “我们已经在参与沉浸式视频标准的制定,希望未来能够将视频推向VR端。对于我们来说,技术环境和扩大的播放环境是巨大的好处,同时也将填补科普教育‘差距’,要下功夫。”

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早在2002年,国务院就颁布了《中华人民共和国科普法》。 科学技术普及立法在世界上是罕见的。 这是国家科技发展的需要,是推动科技进步和社会进步的需要,是实施科教兴国战略和可持续发展战略的需要。

宋玉英透露,今年她要拍一部以《太阳系的形成》为主题的电影,为此她要做大量的研究。 “如果你看不懂,你就无法告诉别人看懂。每个项目都需要深入学习,几乎每两年就要拓展新的知识边界。天文学知识更新得很快。”往往在程序刚刚发布的时候,科学家们的观察就产生了新的结果,理论变了,但又不能再变了。如果每个人都能找到问题所在,那将是一件好事,甚至是一件有趣的事。”

天文总是一件很有趣的事情,让我们从“看电影”开始吧!

■记者手记

你知道球幕有多少种类型吗?

俗话说,内行看门,外行看热闹。 作为家住北京天文馆附近的天文爱好者,记者几乎看过馆内所有的电影,但始终分不清馆内有几家影院。 更不用说宋玉英导演在采访中谈到的三四种球幕了。

为了了解原因,两周的时间,记者走遍了北京几乎所有的球幕影院。

除了3D和4D影院外,北京天文馆目前还有两个穹顶,一平一斜。 老博物馆的天文厅是平的,也就是一个“半球”正好“扣”住了观众席,给人一种“躺在”里面看星星的感觉。 这种厅不会放映场面过于激烈的电影,适合漫游观看。

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四种圆顶类型

新宇宙影院的球幕,“半球”与地面之间有15度的倾斜角度,兼顾了平面球幕的感觉,更适合迎面而来的快速画面的图像风格。 记者在此重温《失落的星星》。 虽然是一部已有十几年历史的“老片”,但依然像当年那样震撼人心。 当蛇星座的鹰状星云向我们走来时,旁边的一个孩子抱着他的妈妈喊道:“我不想被吸进去!”

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宋玉英表示,新片《生活大爆炸》也更适合新球幕。

现在国内科技馆多采用IMAX球幕,主要放映全天幕电影(IMax Dome,原名OmniMax)。 这种类型的电影是用“鱼眼镜头”拍摄的,在放映过程中使用另一个鱼眼镜头来再现完整的全景。 IMAX球幕是大多数场馆的最佳选择,因为设备是集成的,内容也是集成的。 许多电影都是 IMAX 自己制作的。

半球一般与地面倾斜30度角,适合模拟以交通工具为手段的探险活动主题。 拥有全球最大8K IMAX球幕的中国科技馆目前正在放映三部电影,几乎全部都有相关主题。 由于座椅还倾斜30度,让您在观看电影时有完全沉浸式的感觉。

还有一个垂直的球幕,也叫飞行影院。 “半球”是直立的,“大锅”向你走来,座位甚至可以上下翻转。 这种类型的球幕都是与航天飞机相关的电影。

经过这次“洗礼”,记者们进入影院不再急于找座位,而是坐下来查看手机等待演出开始。 第一反应是目视检查银幕的大小和角度,然后寻找投影窗口甚至机器,如果可能的话再研究播放设备……这也算是电影引发的好奇心。

好奇心是人类进步的动力,从伽利略将望远镜送入太空,到“天问一号”火星探测……希望这篇文章也能激发一些观众的兴趣或共鸣,就像当年的岁月一样。数字工作室的辛勤耕耘,点燃了更多人心中的火焰。

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注:国际天文馆日(IDP)于1995年在意大利诞生,旨在促进国际天文馆之间的合作,促进公众对天文馆知识的了解。 最初,这一天定在春分之前的星期日,因为“春分”在天文学上具有重要意义——这一天地球上任何地方昼夜长度相等; 春分点是黄道带的起点,也是几乎所有天体的坐标原点。 但由于春分在一周中的哪一天不确定,给活动的推广带来了不便。 后来,国际天文馆协会(IPS)将国际天文馆日定为每年三月的第二个星期日。

参考:

《宇宙之窗:走进世界著名天文台、天文台》李源主编人民邮电出版社

《天文馆简史:从明星剧场到现代天文馆》作者:William Fairbraith,中信出版集团

《数字球幕科普电影的镜头语言与叙事策略解析》宋玉英,《科普研究》

作者 admin