Загадка цилиндрического экрана

Представьте себе, что ваша компания получила контракт на интеграцию сложного аудио- и видеооборудования на нестандартном архитектурном объекте. И вам надо придумать, как сделать так, чтобы, несмотря на все препятствия, все работало в соответствии с планом. Помочь может неожиданная и простая идея, не лежащая на поверхности, но разом убирающая все преграды на пути к воплощению первоначального замысла. Итак, место действия — московский парк «Зарядье», а в роли автора идеи — Алексей, инженер IT-компании ЛАНИТ.

Алексей выпрямился в кресле, отодвинув от себя ноутбук. Что делать с цилиндрическим панорамным экраном «Машины времени» — детищем команды парка «Зарядье», было решительно непонятно. Нужно было передохнуть.

Он прикрыл глаза и ощутил всю боль сотрудника, отвечающего в ЛАНИТ за интеграцию. Возьмем, например, свет в квартире. Когда он есть, это воспринимается как должное, и никто не задумывается над тем, как электричество попадает в дом. Работа Алексея — тот же свет, только в мире IT. Тебя зовут все наладить, чтобы лампочки горели, везде был вай-фай и все системы объекта находились под контролем одной удобной для персонала программы. Штука в том, что ты уходишь до прихода первых гостей, которые даже не подозревают, что ты тут был. И так от объекта к объекту...

«Впрочем, — задал себе вопрос Алексей, — а чего я ожидал? С самого начала было понятно, что и в «Зарядье» все будет непросто. Парк создавался как проект, одним своим видом способный ошеломить посетителя. Чтобы добиться такого эффекта, авторы концепции придумали необычный ландшафт, невидимую архитектуру, разработали сложные инженерные конструкции — Парящий мост, Стеклянную кору. А затем уже команда «Зарядья» добавила в проект научно-познавательный центр, выставочный зал, центр гостеприимства, высокотехнологичные мультимедийные комплексы. Ну и кто-то же должен интегрировать все это воедино с помощью информационных технологий, верно?»

Кроме того, ланитовские вопросы решались в последний момент, когда, грубо говоря, уже стояли стены и были готовы помещения. Задание по «Машине времени», которое в итоге досталось Алексею (да и всей компании ЛАНИТ), было необычным. Разработчики парка «Зарядье», создавшие всю культурно-просветительскую программу, предложили ЛАНИТ оборудовать кинотеатр с цилиндрическим экраном, сопоставимый по качеству с аналогом, разработанным австрийской компанией Kraftwerk Living Technologies GmbH. И вот тут начались трудности.

Сначала возникла идея пустить по стене светодиодный экран из множества отдельных модулей, но от нее почти сразу пришлось отказаться — речь шла о цилиндрической комнате диаметром 18,6 метра с переменной высотой потолка от 5,7 до 8,6 метра с бетонными перекрытиями и несколькими несущими балками. Для такого помещения цена светодиодного экрана с малым шагом и возможностью реализовывать изогнутые отображающие поверхности выходила запредельная. Решено было собрать систему из проекторов. Затем в дело вмешалась геометрия.

Представьте, что у вас в руках фонарик. Свет от него расходится конусом. При этом световое пятно от фонаря будет круглым только в том случае, если светить прямо на поверхность, то есть если поверхность будет перпендикулярна оси фонаря. Если же у поверхности будет относительно оси небольшой наклон, то пятно принимает эллиптическую форму, становится вытянутым. При этом расстояние от лампы до разных концов эллипса оказывается разным. Если представить, что при этом проецируется изображение, то ситуация становится совсем непростой. Вот как, например, на картинке.

Там, где угол наклона больше, появляются артефакты — пиксели из квадратных становятся трапецевидными, и на экране прямые линии превращаются в ступенчатые.

В принципе, в стационарных проекторах для залов какого-нибудь модного конференц-центра этот вопрос (опять же, для небольших углов) решается элементарно — оптикой и программной корректировкой. Штука в том, что там экран, на который проецируется изображение, плоский. А тут — нет. Из-за сравнительно небольшого радиуса помещения кривизна экрана выходит огромной.

Алексей только-только закончил рассматривать результаты первых тестов — они были неутешительны. Из-за кривизны восемь проекторов давали полосатую картинку — эффект расфокусировки был очень сильный.

Он поднялся и направился на офисную кухню, чтобы приготовить кофе. На кухне инженер Сергей что-то самозабвенно рассказывал коллегам.

«Поэтому там отверстия, понимаете? О, Лёша, привет! — Сергей на минуту отвлекся от своей истории. — Так вот, о чем я? Если ты в кинотеатре будешь слышать звук только с боков и со спины, а на тебя несется Тай-файтер, то эффекта не будет никакого. Поэтому во всех кинотеатрах висит полотно с отверстиями. Маленькими такими, а за ним — акустические системы. И они создают нужный эффект. Так же можно сделать и в «Машине времени» — устанавливаем перфорированные экраны, а звук идет из колонок за экранами».

Алексей, прихватив кофе, уже уходил, когда кто-то из коллег заметил, ну а как же, мол, вандалы, износостойкость? Перфорированное полотно — не самое крепкое. «Конечно! — Сергей, судя по всему, ожидал этого вопроса и с видимым удовольствием излагал заготовленное решение. — Поэтому наши экраны будут алюминиевые! Да-да, легкие, прочные перфорированные металлические экраны с правильным покрытием...»

Конец разговора пропал за закрывшейся дверью кухни. Алексей снова был в кабинете, один на один со своими проблемами. Сергей был прав, металлические экраны — это тема. И звук спрятать можно, и эффект будет мощный. А сверху остается место для вентиляторов, дым-машин и генераторов ароматов — эти инструменты заложены в плане, с ними контент будет максимально иммерсивным. Ну или просто прикольным: закачались березки на экране, а на тебя ветерком и теплым летним лугом повеяло.

Ничего этого не будет, если не придумать, что делать с проекторами. Дело в том, что решения таких задач, если они вообще есть, обычно бывают очень простыми. Даже элементарными. Он вспомнил, как еще в школе читал в одной книжке любопытный пример такого нестандартного и элементарного решения.

В мастерской, где стояло несколько фрезерных станков, решили провести, как сейчас говорят, модернизацию. В частности, на станки предлагалось установить своего рода роборуки — манипуляторы, которые вместо человека управляли бы движением резца применительно к детали во время работы станка. Штука в том, что манипуляторами эти устройства можно было назвать чисто условно — это была по сути металлическая рамка, по которой по вертикали и горизонтали двигался актуатор, осуществлявший движения вперед-назад.

Довольно быстро выяснилось, что это устройство уязвимо для мелкой металлической стружки — она попадала в сочленения и движущиеся части прибора, и манипулятор приходил в негодность. Инженеры долго бились над тем, чтобы решить задачу, — предлагали специальные щетки, вентиляторы, вибрации... Решение оказалось тривиальным: станки надо было просто перевернуть, то есть прикрутить к потолку мастерской. После этого стружка стала падать вниз, а роботам было все равно, в каком положении работать.

Хм, перевернуть станки. Алексея осенило! Проекторы надо перевернуть набок. Да, конечно! В этом случае проектор засвечивал почти плоскую область! Он быстро набросал на бумаге что-то типа чертежа.

Работа закипела. Примерно через час стало понятно, что решение, в принципе, найдено.

* * *

Алексей стоял в почти готовом зале. Монтаж оборудования, как всегда, пришлось делать в рекордные сроки — на все про все был месяц. Это 33 проектора, 32 киловатта звука за перфорированным экраном из алюминия (Сергей был прав, просто отличное решение), не считая тысяч строк программного кода, чтобы все это работало как надо. Монтировать пришлось круглосуточно (разумеется), хотя когда было по-другому?

Алексей ждал доставку оптики. Решение с перевернутыми проекторами оказалось вполне рабочим, но необходимо было преодолеть две проблемы. Первая была относительно простой: система охлаждения в перевернутых проекторах не работала как надо, поскольку была рассчитана на горизонтальное положение. Производителю пришлось внести кое-какие, сравнительно небольшие, изменения в конструкцию. Проекторы, конечно, вышли кастомные, но не сильно.

А вот со второй проблемой пришлось повозиться. Современный проектор — вещь довольно сложная и, среди прочего, умеет исправлять искажения от косо падающего изображения. То есть выполнять ту самую задачу, о которой Алексей размышлял в тот вечер, когда ему пришла идея перевернуть проектор. Коррекция оптики и матрицы проектора необходима для того, чтоб пикселизация изображения в разных точках была примерно одинаковой. Но коррекционные инструменты были рассчитаны на работу проектора только в обычном положении.

Когда это стало понятно, Алексей написал в Christie, компанию — изготовитель проекторов. Там довольно быстро оценили потенциал портретного положения проектора и согласились разработать новую модель короткофокусного объектива, способного фокусировать изображение на относительно небольшом расстоянии от проектора. Вот сейчас и должны были доставить нужные линзы. Оставалось чуть-чуть до завершения.

* * *

Позже, уже после запуска «Машины времени», Алексей приходил туда в качестве обычного посетителя. Ему нравилось смотреть, как люди ходят и удивляются происходящему на экране. Они не задумываются о перфорированных экранах или перевернутых проекторах. В конечном итоге комплекс для них — просто зал, где показывают захватывающее зрелище.