北京天文館天象廳播放系統(tǒng)升級改造探討

萬米洋，李艷濤，張政和，李 淼

（北京天文館，北京 100044）

0 引言

北京天文館天象廳是我國最早建成的天象廳，也是目前世界上最好的球幕劇場之一，擁有最先進(jìn)的天象設(shè)備以及最精彩的球幕天象節(jié)目。作為我國大陸地區(qū)最大的地平式天象廳，球幕內(nèi)部直徑達(dá)到了23 m，能容納400 名觀眾同時觀看影片。隨著國家對天文教育的重視程度日益提高，每年有大量慕名來到北京天文館的觀眾，天象廳擔(dān)負(fù)著重要的科普傳播工作，每年播放球幕科普節(jié)目1300 余場，接待觀眾達(dá)40 萬人次，是北京天文館最重要的科普教育陣地。因此保障天象廳播放系統(tǒng)的正常運行，提升播放效果，擴(kuò)展展示內(nèi)容，將有助于更好的展現(xiàn)眾多優(yōu)秀的球幕天象節(jié)目，豐富、充實天文特色科普教育活動，讓觀眾能夠更為直觀的領(lǐng)略天文知識的魅力，不斷培養(yǎng)和提升公眾對于天文學(xué)的興趣和愛好，滿足公眾多樣化的科普需求，從而提升社會整體的科學(xué)素養(yǎng)。

1 項目開展的必要性

北京天文館是國家一級博物館，國家4A 級旅游景區(qū)，天象廳作為北京天文館最重要的天文科普陣地，是北京天文館的一面旗幟。但目前播放系統(tǒng)老化，演示效果不佳，無法呈現(xiàn)高質(zhì)量的節(jié)目效果，不能開展多樣的科普活動，因此對天象廳播放系統(tǒng)的升級改造顯得尤為迫切。

1.1 天象廳現(xiàn)有播放系統(tǒng)性能提升的需要

目前，天象廳現(xiàn)有播放系統(tǒng)運行已有5 年多的時間。在日常的維修維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的各部分已逐漸老化，故障率不斷上升，各播放節(jié)點卡頓，播放效果不佳，不能帶給游客身臨其境的星空體驗，也無法展現(xiàn)數(shù)字星空，嚴(yán)重影響了科普陣地的開放工作。

1.2 天象廳面向觀眾科普傳播力的需要

天象廳的定位是北京天文館的核心劇場，同時作為本館最大的劇場，可容納觀眾數(shù)量最多，科普傳播力度大，社會影響面廣。2018 年天象廳全年開放場次1261 場，科普人數(shù)達(dá)314 723人次；2019 年全年開放場次1356 場，科普人數(shù)達(dá)353 014 人次。即使在2020 年受疫情影響，天象廳嚴(yán)格按照防疫要求，仍開放618 場，科普人數(shù)達(dá)125 917 人次。

2 天象廳播放系統(tǒng)升級改造擬開展工作

北京天文館天象廳播放系統(tǒng)升級改造工作需要從以下4 個方面展開，即現(xiàn)有系統(tǒng)分析、需求分析、可行性分析、制定實施方案。同時，該順序也是本次改造的技術(shù)路線，如圖1 所示。

圖1 天象廳播放系統(tǒng)升級改造技術(shù)路線

2.1 現(xiàn)有系統(tǒng)分析

天象廳現(xiàn)有兩套播放系統(tǒng)，一主一備，分別于2015 年和2017 年投入運行，使用時間較長，設(shè)備均出現(xiàn)了嚴(yán)重老化現(xiàn)象，整體性能急劇下降。

（1）主系統(tǒng)：主控服務(wù)器老化，運行卡頓，同步性欠佳；服務(wù)器節(jié)點冗雜，出現(xiàn)問題后，故障點判斷困難；顯卡、同步卡、電源等主要部件老化，時常損壞。

（2）備用系統(tǒng)：融合效果不佳，融合帶在亮場環(huán)境顯示突兀；分辨率為4096×2160，無法滿足最新球幕節(jié)目對清晰度的要求。

經(jīng)過綜合性能評估分析，兩套播放系統(tǒng)已無法達(dá)到天象廳的播放標(biāo)準(zhǔn)，為了提升觀眾的科普體驗感受，讓觀眾享受到沉浸式球幕影院的視覺效果，也為了提升播放系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，擴(kuò)展使用功能，擬對北京天文館天象廳播放系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

2.2 需求分析

針對現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，提出以下需求：①減少服務(wù)器節(jié)點，一臺投影機(jī)對應(yīng)一臺服務(wù)器或6 臺投影機(jī)對應(yīng)一臺服務(wù)器，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少運行的突發(fā)情況；②提升融合效果，徹底解決球幕融合問題，實現(xiàn)白場或純色狀態(tài)下沒有融合帶，畫面不變形；③實現(xiàn)高碼流、高分辨球幕節(jié)目播放功能，視頻碼流提升到300 兆，視頻分辨率支持到8 K，幀率不低于60幀；④保證視頻播放的基礎(chǔ)之上，升級應(yīng)用需求，實現(xiàn)數(shù)字天象功能。

2.3 可行性分析

經(jīng)過前期的市場調(diào)研，與多家廠商的現(xiàn)場勘查，對比各種播放系統(tǒng)的效果提升方案，論證得出該項目具備可實施條件，計劃由具有大型球幕劇場搭建經(jīng)驗的系統(tǒng)集成商來完成。所有涉及的硬件、軟件都將通過相關(guān)的認(rèn)證、測試，并能夠保障與現(xiàn)有投影機(jī)的兼容性。項目的執(zhí)行人及實施人員均具有中級工程師及以上職稱，同時還有著豐富的劇場改造及設(shè)備維修經(jīng)驗。因此，項目的實施有著充分的可行性。

2.4 制定實施方案

通過對市場調(diào)研和實際需求分析，擬對天象廳播放系統(tǒng)的主控服務(wù)器、數(shù)字圖形服務(wù)器及數(shù)字天象軟件進(jìn)行升級改造，實施方案如下：

（1）完成主控及圖形服務(wù)器各零部件的選型。

（2）老舊、損壞設(shè)備的拆除及新服務(wù)器硬件安裝上架。

（3）對傳輸設(shè)備、傳輸線纜檢查，確保線路完好并完成與新設(shè)備連接，完成整個系統(tǒng)硬件設(shè)備的替換工作。

（4）完成新服務(wù)器上數(shù)字天象系統(tǒng)軟件及配套軟件的安裝激活。

（5）修改、更新系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)庫，完成6 臺投影機(jī)畫面在球幕上的拼接融合。

（6）球幕畫面網(wǎng)格矯正。

（7）根據(jù)融合軟件參數(shù)，安裝調(diào)試新的投影機(jī)遮光罩。

（8）與音響系統(tǒng)對接調(diào)試，確保正常工作。

（9）影院設(shè)備控制功能調(diào)試，增加無線控制設(shè)備。

（10）系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)及問題解決。

（11）利用節(jié)假日旺季，對系統(tǒng)高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，測試其穩(wěn)定性。

（12）對系統(tǒng)狀況進(jìn)行留檔、記錄，便于日后維護(hù)進(jìn)行比對、診斷。

此外，還將對整套設(shè)備使用的控制顯示器、機(jī)架顯示器、數(shù)據(jù)線、交換機(jī)等進(jìn)行檢修更換，以確保設(shè)備正常穩(wěn)定運行。播放系統(tǒng)預(yù)期實物拓?fù)鋱D如圖2 所示。

圖2 播放系統(tǒng)預(yù)期實物拓?fù)鋱D

3 天象廳播放系統(tǒng)升級改造預(yù)期目標(biāo)

通過天象廳播放系統(tǒng)升級改造項目的順利實施，預(yù)期實現(xiàn)現(xiàn)有高質(zhì)量球幕節(jié)目的正常播放，拓展數(shù)字星空系統(tǒng)展示功能，提升播放效果，降低故障率，增強(qiáng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，從而對科普傳播起到更好的支撐作用。

本項目擬在數(shù)量指標(biāo)、質(zhì)量指標(biāo)、效益指標(biāo)及服務(wù)對象滿意度指標(biāo)方面達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)。

（1）數(shù)量指標(biāo)：月均正常運行時間（第1 年）≥160 h。

（2）質(zhì)量指標(biāo)：系統(tǒng)故障率（第1 年）≤5%。

（3）效益指標(biāo)：滿足劇場開放需求，科普活動社會效益良好，院內(nèi)和館內(nèi)宣傳報道≥3 篇。

（4）服務(wù)對象滿意度指標(biāo)：節(jié)目放映、科普講座、活動公眾滿意度達(dá)90%。

升級改造后的天象廳播放系統(tǒng)預(yù)期效果、數(shù)字星空效果如圖3、圖4 所示。

圖3 天象廳播放系統(tǒng)升級改造預(yù)期效果

圖4 數(shù)字星空展示預(yù)期效果

4 結(jié)語

綜上所述，本文提出了北京天文館天象廳現(xiàn)有播放系統(tǒng)升級改造的設(shè)想，對升級改造需要開展的工作進(jìn)行了詳細(xì)闡述，大膽提出了通過對天象廳主控服務(wù)器、數(shù)字圖形服務(wù)器和數(shù)字星空軟件升級改造后擬實現(xiàn)的目標(biāo)。通過對天象廳播放系統(tǒng)升級改造，提升天象廳播放效果，擴(kuò)充展示內(nèi)容，突出天象廳天文科普傳播優(yōu)勢，加強(qiáng)公共服務(wù)科普傳播能力，從而更好地滿足廣大公眾日益增長的文化需求。