球幕影院背后的科学“搬运工” 揭秘北京天文馆“没有同行的团队”

球幕影院背后的科学“搬运工” 揭秘北京天文馆“没有同行的团队”

  又到了3月第二个星期日,一年一度的国际天文馆日。在蕴含广义相对论概念的新馆大楼映衬下,老馆球幕影院巨大的穹顶略显沧桑。

  球幕影院热映的“大片”《宇宙大爆炸》,记者在年前幸运地看了首映,直到寒假即将结束时才又“抢”到票,复习当时遗留的各种疑问。

  用导演宋宇莹的话说,“看不太懂就对了”。天文馆,确实是个值得一来再来的地方。

  没听错,天文馆就是天象厅

  在北京天文馆新馆于2004年建成后,网上曾有人诟病“偌大天文馆就是个大电影院”,当时朱进馆长曾为此解释。毕竟,作为中国第一家天文馆,它被赋予了太多意义与希冀。

  其实,天文馆诞生时,就是天象厅。

  20世纪20年代,著名光学仪器生产商卡尔蔡司公司的工程师瓦尔特·鲍尔斯费尔德发明了天文馆的投影仪和球幕。1923年10月21日,首个天象节目在慕尼黑的德国博物馆公映。

  最开始设置天文馆的目的就是虚拟星空,在虚拟星空的基础上,再讲一些故事和知识。毕竟,大多数生活在现代化城市的观众,对夜空的本来面貌了解并不多。

  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:“它同时是学校、剧场和电影院,它是天穹下的课堂,是以天体为演员的戏剧。”在英文里,天文馆一词是planetarium,和天象厅是一个词。后来,天文馆才以天象厅为核心,发展出展览、科普等其他活动。

  天象节目数字化,是为了科学可视化

  尽管距离鲍尔斯费尔德的发明已经过去了近一个世纪,现代天文馆的运转方式仍然与最初的设计十分相似。与此同时,随着投影系统的技术提升和天文学研究的进展,天文馆也经历了显著变化,光学天象仪被替换成数字天象仪。

  北京天文馆的数字工作室就是2004年随着新馆落成而成立的。宋宇莹介绍,之前的放映内容都是基于光学天象仪,只能模拟以地球为核心看到的星空。天象厅里的斗转星移,动的是天象仪。原理就像纸杯扎好多眼儿,中间点亮一个灯泡,杯子一转,星星不就转了?当然实际的光学部件要复杂得多,得让对焦、孔洞更精细,能模拟大的、小的、亮的、暗的各种星,还能闪烁……2004年之前天文馆的节目都是星空配上幻灯片,虽然也可以拼接成一个全景的影像,但全是静态的。“我们开始学习所有跟数字展示相关的制作技术,这简直就是另外一个行当了。不过,放映还是这个(球幕)环境。”

  数字天象仪最初也只能投星空,最大的进步是可以以任何地点为视觉核心投影,可以模拟在星空里穿梭,位置都是基于天文星表的。北京天文馆引进的数字天象仪原配的星空只能投实时画面,而且因为版权问题,不能在此基础上做节目。所以数字工作室又重新做了一套星空系统,“这是我们所有影片制作的基础,从2004年开始做,到现在这个问题已经解决了。”数字工作室工作的重心,慢慢转移到在星空基础上加入更多科学可视化的内容。

  什么是科学可视化?宋宇莹解释:“比如要跟大家讲地球的磁场。受太阳磁场影响,地球在空间运行的时候,磁场会变形。变形成什么样子?如果只是在动画软件里‘捏’一个,哄小朋友说这就是地球磁场也行,但它的运动状态不符合物理规律。毕竟我们不是做动画片,所以必须要保证在力所能及范围内,所有产出的视频,尽量从最大程度上依照科学的逻辑。”《宇宙大爆炸》也秉承了这一理念,“每一个像素都有数据支撑”。

  科学“搬运工”的日常

  经常来天文馆的人,面对排片表上已耳熟能详的节目,总觉得更新太慢。作为目前国内唯一的天象厅数字科普节目创作团队负责人,宋宇莹坦言感到压力,但更多的是兴奋,“基本上一部片子周期差不多是两年,当然这只是制作周期,在制作周期之外,策划很早就开始了。比如《宇宙大爆炸》,从最开始有这个想法,酝酿了10年。有想法之后就会慢慢积累相关的素材,除了素材以外,还会储备一些相关知识。需要了解当前中国的宇宙学研究到什么程度,能够给我们提供怎样的技术支持。同时关注国际上宇宙学进展,会不会对之前的理论有一些推翻性的观点,总之得不停充电。”

  “现在天文爱好者越来越多,对科普的要求也越来越高,这个片子较之前的几部是跃了一个台阶,也圆了我自己一个梦。”宋宇莹说,“我们做片子,相当于做‘翻译’,通过球幕、影像、解说、音乐,我们所有的手段,把天文学家那些理论与发现转化成观众能理解的东西。其实就是做了一个搬运工的工作。”

  以这个片子来说,国家天文台计算宇宙学研究团队的王杰研究员和景英杰博士,为数字工作室提供了宇宙学模拟AURIGA项目的海量数据以及科学支持。这个AURIGA项目是他们参与的一个宇宙演化相关的研究。这个海量模拟数据庞大到什么程度呢,调完一个参数,想看到具体结果的话,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。

  虽然很多天文影像的资源是免费的,比如NASA官网,用了标注一下出处就可以,“但是不希望在中国的天文馆里看到的全是国外的素材,这种‘嘴硬’,还是因为我们有这个能力了,中国的天文学研究能够支持这些事了,我才敢说这个话。”宋宇莹说。

  从2004年开始至今,这个国内没有同行的团队,一路摸索,做了十几部球幕影片。作为相对“小众”的球幕影片,有没有“出圈”可能?宋宇莹介绍,现在流行VR、AR、全景,其实天象厅从诞生开始就是一个全景沉浸式的体验,天文馆影片可以无缝移植在VR播放设备上。(记者李牧鸣)

(责编:杨迪、孙红丽)

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