360° Theater in Südkorea - ganz ohne VR

Als Teil seiner CSR-Strategie hatte Korea Hydro & Nuclear Power beschlossen, einem der nationalen Wissenschaftsmuseen in Korea ein einzigartiges Vollkugel-Theater Space 360 zu spenden. Das Unternehmen, der nationale Betreiber von Kraftwerken in Korea, wollte die Besucher mit einem völlig neuen Erlebnis überraschen – in einer immersiven Umgebung ohne VR-Headsets. Die ukrainischen Visual Solution Experten von Front Pictures gewannen die Ausschreibung für das Engineering, die Installation des Projektionssystems und der Software.

Das kugelförmige Projektionstheater mit 12m Durchmesser im südkoreanischen Gwangju kann als echtes VR-Theater der Zukunft bezeichnet werden. Besucher befinden sich im Theater auf einer transparenten Glasbeobachtungsbrücke, die das Innere der Kugel überquert. Eine hochauflösende 360°-Videoprojektion um, über und unter den Betrachtern taucht sie voll in das Geschehen ein. Sie tauchen buchstäblich in eine virtuelle Welt ein, ohne VR-Headsets verwenden zu müssen.

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Das Konzept

Vollkugelförmige Projektionstheater können als Kinos der Zukunft angesehen werden. Die meisten von ihnen sind jedoch experimentelle Unikate, bei denen bereits veraltete Technologien zum Einsatz kommen.

Das Ziel des AV-Integrators Front Pictures war es, eine Projektionssphäre der nächsten Generation zu schaffen, indem die weltweit besten Verfahren und Technologien implementiert werden. Um die Zukunft nachhaltig zu gestalten, musste das System auch die höchstmögliche Auflösung und Helligkeit der Projektion, hohe Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit aufweisen.

Technische Herausforderungen

Front Pictures hat große Erfahrung in der Entwicklung von Fulldome Theatern und Planetarien. Das Unternehmen hat schon mehr als 150 Fulldome-Systeme in viele Länder der Welt geliefert. Doch bei der Entwicklung des Projektionssystems für Space 360 musste das Team neue einzigartige technologische Lösungen entwickeln.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen digitalen Planetarium, bei dem sich die Projektoren entlang der Kuppel befinden, sind die Möglichkeiten, Projektoren in einer vollen Kugel zu platzieren, erheblich eingeschränkt. Eine der Herausforderungen bestand darin, ein Layout zu entwerfen, das Schattenwurf durch die Beobachtungsbrücke vermeidet, Öffnungen für die Projektoren minimiert und gleichzeitig die Auflösung und Helligkeit der Projektion maximiert. Wichtig war auch, die Projektoren so zu positionieren, dass sie nicht die Besucher blenden.

Unter Berücksichtigung aller Faktoren entschied sich das Team von Front Pictures, 12 Projektoren zu verwenden und diese um zwei Eingangstüren herum zu platzieren.

Die Ingenieure entwickelten ein Dutzend unterschiedlicher Projektionslayouts und Hochleistungsprojektoren von vier verschiedenen Herstellern wurden in Betracht gezogen.

Front Pictures verwendete präzise 3D-Modelle des Veranstaltungsortes und berechnete jede Projektorposition und -neigung unter Berücksichtigung des Seitenverhältnisses, der Auflösung und der verfügbaren Objektive. Auch die Größe des Projektors wurde berücksichtigt, da der Platz hinter der kugelförmigen Leinwand, auf der die Projektoren aufgestellt werden mussten, begrenzt war. Auch für die Einhaltung des Budgets waren Preisbeschränkungen wichtig. Nach langer Analyse entschied sich Front Pictures für den Einsatz von Barco PGWU-62L WUXGA-Projektoren mit einer Laser-Phosphor-Lichtquelle.

• Dank der Laser-Phosphor-Technologie unterstützen die Projektoren eine 360°-Drehung. Dies war ein entscheidender Faktor, da einige Projektoren in extremen Winkeln gedreht werden mussten. Die lampenfreie Technologie gewährleistet zudem eine lange Lebensdauer der Lichtquelle von bis zu 20.000 Stunden und reduziert die Wartungskosten.
• Die ausgewählten Projektoren haben ein leichtes und kompaktes Design, das die Installation auf engstem Raum hinter der Projektionswand erleichtert. Der geringe Geräuschpegel war auch in der geschlossenen Umgebung mit vielen gleichzeitig laufenden Projektoren wichtig.
• Das 16:10-Bildseitenverhältnis der Projektoren sorgt für eine optimale Pixelüberlappung. Dank der Auflösung von 1920х1200 Pixel multipliziert mit 12 Projektoren, konnte eine ausreichende Pixeldichte über die 450qm umfassende sphärische Projektionsfläche erreicht werden. Die Gesamtprojektion erreicht 27,6 Millionen Pixel brutto, eine effektive Pixelgröße (ohne Überlappung) von 18,8 Millionen Pixel. Das entspricht einer Auflösung von 6x3K.

Bildkalibrierung

Die sphärische Leinwand erzeugt erhebliche geometrische Verzerrungen des projizierten Bildes.

Die Verzerrungen werden noch größer, da es in einer Vollprojektionskugel nicht möglich ist, Projektoren am Perimeter zu platzieren, da eine Kugel keinen Rand hat. Sie mussten um die Eingangstüren herum auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten der Kugel untergebracht werden.

Dieser Ansatz hat viele Vorteile, allerdings so positioniert erzeugen Projektoren ungleichmäßige und längliche Lichtpunkte mit ungleichmäßiger Pixeldichte und Helligkeit. Die Aufgabe, ein nahtloses Bild mit gleichmäßiger Helligkeit zu erzeugen, wurde so noch schwieriger, da sich die projizierten Bilder auf diese Weise überlappen.

In dieser Situation ist eine manuelle Kalibrierung nicht die beste Option. Stattdessen hat Front Pictures ein automatisches Kalibrierungssystem genutzt, das auf leistungsstarken Bildverarbeitungs- und Bildanalysealgorithmen in Kombination mit einem 360-Grad-Mehrfachkamera-Rigg basiert.

Front Pictures entwickelt seit 2012 Auto-Kalibrierungstechnologie als Teil seiner Screenberry-Medienserver Lösung. Die automatische Kalibrierung erfordert in der Regel eine Video- oder DSLR-Kamera. Das Sichtfeld des Objektivs sollte groß genug sein, um den gesamten Bildschirm zu „sehen“. Die Kamera zeichnet eine Reihe von Kalibrierungsmuster auf, die auf den Bildschirm projiziert werden. Auto-Kalibrierungssoftware analysiert Muster, um die Projektionen nahtlos zu einem einheitlichen, koordinierten Raum zu verschmelzen.

Für einen herkömmlichen Fulldome (Halbkugel) wird eine Kamera mit Fischaugenobjektiv benötigt. Eine Kamera reichte hier jedoch nicht aus, um den kugelförmigen Bildschirm mit einer Brücke in der Mitte vollständig abzudecken.

Um das zu überwinden, wurden vier Kameras mit Fisheye-Objektiven um die Glasbrücke montiert. Daher mussten wir unsere Software anpassen, um die Mehrkamera-Kalibrierung zu ermöglichen.

Medienserver

Die bisherige Generation der Multiprojektorsysteme basiert auf dem Paradigma „Ein Computer pro Projektor“. Dieser Ansatz hat jedoch erhebliche Nachteile wie teure Computerhardware, zusätzliche mögliche Fehlerquellen, Herausforderungen bei der Implementierung einer geeigneten Failover-Lösung sowie einen höheren Stromverbrauch. Ein weiterer Nachteil der Cluster-Systeme ist eine Diskrepanz in der Videowiedergabegeschwindigkeit auf verschiedenen Computern, die zu einer rauen, ruckartigen Videowiedergabe führen kann.

Eine Alternative zum Multi-Server-System ist ein Single-Server-Ansatz. Im Jahr 2010 entwickelte Front Pictures einen Video-Engine, der jedes einzelne Bit der Media-Server-Hardware nutzen und extrem-hochauflösende Medien in Echtzeit verarbeiten kann. Dank der effizienten Render-Engine können viel mehr Displays pro System verarbeiten als die meisten anderen verfügbaren Lösungen. Diese Technologie, genannt Screenberry, kann 8x8K-Video auf bis zu 72 Ausgabegeräten wiedergeben, die gleichzeitig mit nur einem Computer verbunden sind.

Mit einem Trio von Datapath Fx4, das den einzelnen GPU-Eingang in 12 x WUXGA-Ausgänge aufteilte, lieferte das Projekt nicht nur eine atemberaubende Bildqualität, sondern erwies sich auch als äußerst kosteneffektiv.

„Das sphärische Projektionstheater schafft neue Möglichkeiten für Bildung und Unterhaltung. Es kann den Betrachter an jeden Ort auf der Erde oder im Universum teleportieren, mit seiner unglaublichen, immersiven Wirkung. Es war uns eine große Freude, an diesem futuristischen Projekt teilzunehmen, das den Innovationsgeist Südkoreas wirklich verkörpert. Wir glauben auch, dass es ein wichtiger Schritt in die Zukunft der Kinematographie ist“, sagt Yuri Kostenko, CEO von Front Pictures.

Redaktioneller Hinweis: Der redaktionelle Projektbericht basiert auf Material und Hintergrund-Informationen des Integrators Front Pictures und Datapath.