CN201465319U - 数字天象系统及球幕 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数字天象系统及球幕，其中，该系统包括：计算装置，投影装置以及可拆卸球幕，其中，所述计算装置与所述投影装置连接，所述投影装置与所述可拆卸球幕连接；所述计算装置输出的星空图像，输入到所述投影装置中，所述投影装置将该星空图像投射到所述球幕上进行显示。本实用新型的数字天象系统基于开放的计算装置和可拆卸的球幕，大大扩大了其应用领域。

Description

数字天象系统及球幕

技术领域

本实用新型涉及模拟星空表演的科普仪器，特别是指一种数字天象系统及球幕。

背景技术

天象仪，是一种模拟星空表演的科普仪器。该天象仪可以在一个半球型天幕上演示人在地球上不同经纬度看到的各类天体。如日月星辰的升降运行，行星在恒星中穿行，地球自转轴的岁差运动等等。天象仪分为光学天象仪和数字天象仪两种。光学天象仪和数字天象仪相比，各有千秋。

传统的天象节目表演，是采用光学天象仪投射出的模拟星空的全天域图像，配以其他动态或静态图像来完成表演。光学天象仪亮度高，放映出的星星有耀眼感，图像清晰；缺点是节目少，较枯燥，不灵活，节目的制作要求高，放映球幕影片需要和70mm胶片放映机配合使用。

数字天象仪操作灵活，节目来源广泛，投出的星象位置准确，还可以单独放映数字格式的各种节目。所有显示的图像，包括星空的表现，都是由计算机计算生成，并通过投影设备表演出来的，从而提供实时的、高画质的虚拟宇宙漫游。

随着计算机数字技术的发展，数字天象仪已逐渐取代光学天象仪的地位，不仅仅作为天文天象表演设备同时也是数字球幕电影的播放设备。随着大家对科学普及工作的重视，大型数字天象厅和数字球幕剧场的数量不断增加，建设直径18米以上的大型数字球幕剧场成为各大天文馆、科技馆和博物馆的趋势。

然而大型球幕剧场由于投资成本高，建设周期长，场馆固定和不可拆卸性，逐渐显现出了不适合小型科技馆、低成本科普流动站(车)和中小学推广科普教育的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种应用领域广泛的数字天象系统及球幕。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一方面，提供一种数字天象系统，包括：计算装置，投影装置以及可拆卸球幕；其中，所述计算装置与所述投影装置连接，所述投影装置与所述可拆卸球幕连接；

所述计算装置输出的星空图像，输入到所述投影装置中，所述投影装置将该星空图像投射到所述球幕上进行显示；

其中，所述可拆卸球幕包括：

一可拆卸圆柱形支架，具有一倾斜顶面；

一可拆卸半球形支架，固定在所述圆柱形支架上，其底部开口面与所述圆柱形支架的所述倾斜顶面吻合；

一半球形内层投影幕布，伸展开后固定在所述半球形支架上；

一半球形外层遮挡幕布，伸展开后与所述半球形内层投影幕布结合成一个密封体；

一抽气机，安装在所述半球形外层遮挡幕布上，所述抽气机进行抽气时，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布之间形成负压，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布固定在所述半球形支架上。

其中，所述计算装置包括：

获取模块，其输入为：一星表，其输出为：从所述星表中获取的星空数据；

处理模块，与所述获取模块连接，其输入为：所述星空数据，其输出为：经过渲染处理后的星空图像。

其中，所述处理模块包括：

渲染单元，其输入为：所述星空数据和利用星空渲染引擎调用星空数据库获取的渲染参数信息，其输出为：将所述星空数据和所述渲染参数信息进行三维图形化处理后生成的三维星空图像数据；

解码单元，与所述渲染单元连接，其输入为：所述三维星空图像数据，其输出为：对所述三维星空图像数据解码后生成的所述星空图像。

其中，所述计算装置还包括：

图像变形处理单元，与所述处理模块连接，其输入为：一球幕的尺寸和所述星空图像，其输出为：根据所述球幕的尺寸对所述星空图像进行变形处理后生成的星空图像。

其中，所述投影装置具有：可调角度的鱼眼广角镜头和范围为768*768-1920*1920的分辨率。

其中，所述投影装置为一台投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为160度-180度，所述分辨率为768*768-1080*1080；

所述投影装置为两台投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为100度-120度，所述分辨率为1024*1024-1920*1920；

所述投影装置为三台或者三台以上投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为80度-90度，所述分辨率为768*768-1920*1920。

其中，所述圆柱形支架包括：

一底圈梁，一顶圈梁以及至少两个立柱形龙骨，所述立柱形龙骨与所述底圈梁或者顶圈梁可拆卸连接。

其中，所述半球形支架包括：

一球底圈梁，至少两个弧状龙骨，所述弧状龙骨的一端与所述球底圈梁可拆卸连接，所述至少两个弧状龙骨的另一端连为一体，形成所述半球形支架的球顶。

其中，所述龙骨为铝合金材料制成的龙骨。

其中，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布通过拉链结合成一体，所述拉链部位还附着有粘扣带。

其中，所述内层投影幕布的内表面涂有白色涂料，其增益在0.8～1之间。

另一方面，提供一种球幕，包括：

一可拆卸圆柱形支架，具有一倾斜顶面；

一可拆卸半球形支架，固定在所述圆柱形支架上，其底部开口面与所述圆柱形支架的所述倾斜顶面吻合；

一半球形内层投影幕布，伸展开后固定在所述半球形支架上；

一半球形外层遮挡幕布，伸展开后与所述半球形内层投影幕布结合成一个密封体；

一抽气机，安装在所述半球形外层遮挡幕布上，所述抽气机进行抽气时，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布之间形成负压，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布固定在所述半球形支架上。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：

上述方案通过开放的计算装置获取星空数据，经过处理后可获取星空图像，可以模拟真实天文现象；且通过可拆卸的球幕，大大扩大了其应用领域。

附图说明

图1为本实用新型的实施例数字天象系统的结构框架示意图；

图2为图1所示数字天象系统中的计算装置的具体结构示意图；

图3为图2所示计算装置中的处理模块的具体结构示意图；

图4为图2所示计算装置的另一具体结构示意图；

图5为图1所示数字天象系统中的球幕的具体结构示意图；

图6为图5所示球幕的正视图；

图7为图5所示球幕覆盖上内层投影幕布和外层遮挡幕布及抽气机后的示意图；

图8为图5所示球幕的纵向剖视图；

图9为图5所示球幕的俯视图；

图10为单台投影装置将星空图像投射到球幕上的示意图；

图11为双台投影装置将星空图像投射到球幕上的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型的实施例针对现有技术中大型球幕剧场投资成本高，建设周期长，场馆固定和不可拆卸性的问题，提供一种高度集成化的数字天象系统及球幕。

如图1所示，本实用新型的数字天象系统，包括：

计算装置10，投影装置20以及可拆卸球幕30；其中，该计算装置10与该投影装置20连接，该投影装置20与该可拆卸球幕30连接；

该计算装置10输出的星空图像，输入到该投影装置20中，该投影装置20将该星空图像投射到该球幕30上进行显示。

在该实施例中，该计算装置10可以是一台计算机，也可以是一数字天象仪，该计算装置10通过获取星空数据，根据该星空数据可以根据观测者所处的时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其输出，它还可以绘制星座、模拟天文现象(如流星雨、日食和月食等)，实时演示当时、当地星空并可显示包括行星、恒星、星云、星系的中国及国际名称、星座连线、星座界线、星座艺术图像、行星指示及明亮的月球旁边的月晕效果，可选择显示方位/高度坐标网格、赤经/赤纬坐标网格，并可在地平坐标与赤道坐标两个体系间切换；能够演示不同的时间不同的速度下天空的景象以及可演示流星雨、日食、月食、掩星等天文现象；还可演示全天9等星43万个天体目标，超过60万个恒星；放大或者标记你所感兴趣的项目；可以查看超过100多个深空物体的景象；可以查看星座的轮廓、名称，观看每个星座的图像或者整个星空的星座图像.

该计算装置10所演示的这些天文现象，都可以被称为星空图像数据，最后还原成三维立体星空图像由投影装置20投射到球幕30上，并在球幕30上逼真的显示出来。

如图2所示，该计算装置10可具体包括：

获取模块101，其输入为：星表，其输出为：从该星表中获取的星空数据；该星空数据可以是实时星空数据，也可以是非实时星空数据；该实时星空数据可以通过符合国际通用的第三方星表获取，并存储在该计算装置10中，该星表中的数据可以更新，也可以让用户手动修改；非实时星空数据是对实时星空数据的回放，如，要播放一些复杂星空图像数据的节目，可以事先对节目在非实时方式下进行处理，处理好的节目存储在该计算装置10中，根据具体需求，可以选择回放这些节目；

处理模块102，与上述获取模块101连接，其输入为：该获取模块101获取并输出的星空数据，其输出为：对该星空数据进行渲染处理，生成星空图像数据，并将该星空图像数据还原成的星空图像；

该星空图像数据可以是根据上述实时星空数据计算出来的实时天文现象影片，也可以是在非实时方式下已经制作好的数字球幕专用影片，无论是实时天文现象影片还是已经制作好的数字球幕专用影片，都可以进行回放这些影片，若是实时天文现象影片时，可以将该实时天文现象影片在播放时进行录制，并存储在该计算装置中，在回放时，直接从该计算装置10中读取；若是已经制作好的数字球幕影片，直接从该计算装置10中读取，进行回放即可；这样，该系统无论在何时，何地观看该影片，都可以通过调用该计算装置10中的影片，进行播放，可以应用到低成本科普流动站(车)和中小学推广科普教育，扩大其应用领域。

如图3所示，上述处理模块102可具体包括：

渲染单元1021，其输入为：星空数据和渲染参数信息，其中该渲染参数信息是利用星空渲染引擎调用星空数据库获取的，其输出为：将该星空数据和该渲染参数信息进行三维图形化处理后生成的三维星空图像数据；

解码单元1022，与上述渲染单元1021连接，其输入为：该三维星空图像数据，其输出为：对该三维星空图像数据进行解码后生成的星空图像。

该实施例中，该渲染单元1021可以是该计算装置10内置的星空渲染引擎，将星空数据3D星空化。以计算机为例，具体过程是：计算机的CPU负责调用星空数据信息和处理交互指令，GPU(图像处理器)则利用渲染引擎调用计算机的open GL库将数据三维图形化。所需的数据信息首先从硬盘调用到内存中，GPU再从内存中选取渲染所需信息调入到显存中，最后由显卡输出图像。

当然，这样将星空数据3D星空化的过程不局限于此，还可以采用其它方式进行处理，如利用专用天象仪的处理流程进行处理，同样可以得到星空图像数据。播放影片时，可以调用对应解码器进行解码，将压缩数据还原成图像输出。

另外，如图4所示，该计算装置10还可以包括：

图像变形处理单元103，与上述处理模块102连接，其输入为：球幕的尺寸和星空图像，其输出为：根据该球幕尺寸对该星空图像进行变形处理后生成的星空图像；

另外，处理模块102在输入星空图像时，还可以采用硬件加速模式进行输出。

该实施例中，播放时可以采用硬件加速模式。对于球幕影片，由于在球幕上播放影片是存在形变，那么在处理影片时需要对原始图形做变形处理，在观看时保证正常的视觉效果。

在具体输出影片时，还可以将数字照片输出到球幕上，如同在剧场的中央有一台虚拟的半球状幻灯机一样。数字照片可以显示在球幕上作为场景的背景、旅游风景或者宇宙中其它星球的天文照片。

在本实用新型的上述数字天象系统中，具体来讲，投影装置可以为一投影机，该投影机具有可调角度的鱼眼广角镜头和范围为768*768-1920*1920的分辨率，该实施例中，采用鱼眼广角镜头可以扩大投射范围以及提高图像的清晰度。

当投影装置为一台投影机时，投影机的鱼眼广角镜头的可调角度为160度-180度，分辨率为768*768-1080*1080。

而当投影装置为两台投影机时，投影机的鱼眼广角镜头的可调角度为100度-120度，分辨率为1024*1024-1920*1920；此时，由于两台投影机投射到球幕上时，有重叠区域，因此，需要在鱼眼广角镜头处设置有一光学遮光片，遮光片用于对所述多台投影机所投射的重叠区域内图像进行融合处理，融合处理后的图像就像从一台投影机投射出来一样，融合处理的过程可以采用现有技术中任何一种图像融合处理技术。

当投影装置为三台或者三台以上投影机时，其鱼眼广角镜头的可调角度为80度-90度，分辨率可以为768*768-1920*1920。

如图5所示，本实用新型的数字天象系统中的球幕30可具体包括：

一可拆卸圆柱形支架301，其具有一倾斜顶面3011；

一可拆卸半球形支架302，其固定在该圆柱形支架301上，其底部开口面3021与该圆柱形支架301的该倾斜顶面3011吻合；

一半球形内层投影幕布303，其伸展开后固定在该半球形支架302上，用于显示上述星空图像；

一半球形外层遮挡幕布304，其伸展开后与该半球形内层投影幕布303结合成一个密封体；

一抽气机305，其安装在该半球形外层遮挡幕布304上，该抽气机305进行抽气时，该内层投影幕布303和所述外层遮挡幕布304之间形成负压，并固定在该半球形支架302上。

图6为图5所示球幕的正视图；

图7图5所示球幕覆盖上内层投影幕布303和外层遮挡幕布304及抽气机305后的示意图；

如图8所示，为图5所示的球幕的纵向剖视图，上述圆柱形支架301包括：

一底圈梁306，一顶圈梁307以及至少两个立柱形龙骨308，该立柱形龙骨308与该底圈梁306或者顶圈梁307可拆卸连接。具体来讲，可以采用螺栓或卡扣连接，这样使球幕结构稳定，易于拆卸与安装。

图9为上述球幕的俯视图，上述半球形支架302可包括：

一球底圈梁309，至少两个弧状龙骨310，该弧状龙骨310的一端与球底圈梁309可拆卸连接，至少两个弧状龙骨310的另一端连为一体，形成该半球形支架302的球顶311。该弧状龙骨310的一端与球底圈梁309具体连接方式可以采用螺栓或卡扣连接，这样使球幕结构稳定，可有效防止球幕变形，易于拆卸与安装。

其中，上述圆柱形支架301和半球形支架302中，龙骨可以为铝合金材料制成的龙骨，且具有可折叠性，这样使整个球幕结构更加稳定，可有效防止球幕变形，所有安装接头处都可以由螺栓或卡扣连接。整个球幕重量适中，易于拆卸与安装。

另外，在内层投影幕布303和外层遮挡幕布304结合成密封体时，可以通过拉链结合成一体，所述拉链部位还附着有粘扣带，防止漏气。且该外层遮挡幕布304可以采用绒布，安装在外层遮挡幕布304上的抽气管道连接着抽气机，随着抽气机的工作使双层幕布之间形成负压，并牢固附着于龙骨之上，由于内外层遮挡幕布的半径差从而使内层投影幕布形成一个稳定的半球状。内层投影幕布选用优质投影软幕，内表面喷涂白色涂料，增益在0.8～1，可以保证幕布的亮度和投射在幕布上的图像清晰度。

该数字天象系统在具体应用中，可根据实际情况采用一台投影机或者两台投影机或者两台以上的投影机作为上述投影装置20，如图10所示，在使用一台投影机时，该投影机的鱼眼广角镜头的可调角度为：160度-180度，分辨率为768*768-1080*1080；该投影机可旋转在球幕的中心位置，根据实际球幕的半径调整投影在球幕中心点的位置。从图中可以看出鱼眼镜头的角度决定了投影机距离球幕底边的距离，投影机的投射像素决定了在保证图像质量的情况下使用单台投影机的球幕直径≤8米。

如图11所示，在使用两台投影机时，该投影机的鱼眼广角镜头的可调角度为100度-120度，分辨率为1024*1024-1920*1920；位于球幕的正前和正后方。从图中可以看出对于球幕系统而言，只需要投射球幕底边以上的部分。投影机投射到球幕底边以下的光线需要在镜头处做遮光处理，投射到球幕天顶区域的图像有部分重叠，在这个部位采用光学遮光片对图像进行融合，使重叠部分的图像看起来像是从一台投影机中投射出来一样，可以做到图像的无缝拼接，融合方法可以采用现有的任何一种图像融合方法，经过融合后的图像像素能够达到单台投影机投射像素的1.5倍，从而使选用球幕的直径范围扩大到10米。

当然，也可采用三台以上的投影装置进行，当投影装置为三台或者三台以上时，其鱼眼广角镜头的可调角度为80度-90度，分辨率可以为768*768-1920*1920。

综上，本实用新型的数字天象系统，包括了计算装置，投影装置以及可拆卸球幕，而且还可包括音响系统，具有高度集成化的特点，不但能够通过该计算装置真实模拟世界各地任何时间的星空星象，同时也能进行全球幕视频节目回放，与其他类型的剧场比较，具有视角宽广、沉浸感强、主题突出、科技含量高、效果逼真等特点，播放内容涵盖地理、历史、人文、科技、医学等多方面的影视节目。该数字天象系统中的各设备不仅是天文科普的主要仪器，也将球幕影院的全部功能涵盖其中，大大扩展了应用领域，提供了一种不仅局限天文的，还可进行多功能教育、娱乐的设施。由于体积相对较小，安装拆卸方便，安全环保等特点使其非常适用于小型科技馆、科普流动车、主题公园、学校、社区科普中心等。

该计算装置作为投影系统图像的来源，不但可以作为数字天象仪，还可以播放实时渲染的天体运动并可作为球幕影院来播放专门制作的影片。

而且数字天象仪界面和球幕播放界面可以在同计算装置的一个软件界面下控制，用户可随时切换天象表演和球幕节目.

而且该计算装置还可以具有一个无线手持设备，利用该无线手持设备远程控制提供行业内最好的易用性设备。它易学易用，图标直观，任何用户都可以方便的使用它。无需设置单独的控制计算机，不需要复杂的软件接口和专业的放映人员，即可播放影片和星空演示。

上述的整套数字天象系统结构简单，便于安装与拆卸，便携式球幕的安装和拆卸只需要10～15分钟的时间，方便快捷；且球幕材质通过严格的检测标准，阻燃性高；整套系统基于开放的PC架构，系统兼容性良好、运行稳定性。模块化的系统设计意味着在以后的升级也很方便，容易升级到更高的版本，打补丁，添加新功能，使用户切实体会到其优越性。

而且该数字天象系统以强大的3D图形实时渲染引擎，以实时方式来渲染复杂和高细节度的模型并将其投影播放在球幕上。节目表演时，计算机使用存放在硬盘数据库中的模型数据，并根据实时指令来控制节目数据。提供了一种不仅局限天文的，还可进行多功能教育、娱乐的设施。由于体积相对较小，安装拆卸方便，安全环保等特点使其非常适用于小型科技馆、科普流动车、主题公园、学校、社区科普中心等，大大扩展了数字天象系统的应用领域。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种数字天象系统，其特征在于，包括：计算装置，投影装置以及可拆卸球幕；其中，所述计算装置与所述投影装置连接，所述投影装置与所述可拆卸球幕连接；

所述计算装置输出的星空图像，输入到所述投影装置中，所述投影装置将该星空图像投射到所述球幕上进行显示；

其中，所述可拆卸球幕包括：

一可拆卸圆柱形支架，具有一倾斜顶面；

一可拆卸半球形支架，固定在所述圆柱形支架上，其底部开口面与所述圆柱形支架的所述倾斜顶面吻合；

一半球形内层投影幕布，伸展开后固定在所述半球形支架上；

一半球形外层遮挡幕布，伸展开后与所述半球形内层投影幕布结合成一个密封体；

一抽气机，安装在所述半球形外层遮挡幕布上，所述抽气机进行抽气时，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布之间形成负压，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布固定在所述半球形支架上。

2.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述计算装置包括：

获取模块，其输入为：一星表，其输出为：从所述星表中获取的星空数据；

处理模块，与所述获取模块连接，其输入为：所述星空数据，其输出为：经过渲染处理后的星空图像。

3.根据权利要求2所述的数字天象系统，其特征在于，所述处理模块包括：

渲染单元，其输入为：所述星空数据和利用星空渲染引擎调用星空数据库获取的渲染参数信息，其输出为：将所述星空数据和所述渲染参数信息进行三维图形化处理后生成的三维星空图像数据；

解码单元，与所述渲染单元连接，其输入为：所述三维星空图像数据，其输出为：对所述三维星空图像数据解码后生成的所述星空图像。

4.根据权利要求2所述的数字天象系统，其特征在于，所述计算装置还包括：

图像变形处理单元，与所述处理模块连接，其输入为：一球幕的尺寸和所述星空图像，其输出为：根据所述球幕的尺寸对所述星空图像进行变形处理后生成的星空图像。

5.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述投影装置具有：可调角度的鱼眼广角镜头和范围为768*768-1920*1920的分辨率。

6.根据权利要求5所述的数字天象系统，其特征在于，所述投影装置为一台投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为160度-180度，所述分辨率为768*768-1080*1080；

所述投影装置为两台投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为100度-120度，所述分辨率为1024*1024-1920*1920；

所述投影装置为三台或者三台以上投影机时，所述鱼眼广角镜头的可调角度为80度-90度，所述分辨率为768*768-1920*1920。

7.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述圆柱形支架包括：

一底圈梁，一顶圈梁以及至少两个立柱形龙骨，所述立柱形龙骨与所述底圈梁或者顶圈梁可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述半球形支架包括：

一球底圈梁，至少两个弧状龙骨，所述弧状龙骨的一端与所述球底圈梁可拆卸连接，所述至少两个弧状龙骨的另一端连为一体，形成所述半球形支架的球顶.

9.根据权利要求7或8所述的数字天象系统，其特征在于，所述龙骨为铝合金材料制成的龙骨。

10.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布通过拉链结合成一体，所述拉链部位还附着有粘扣带。

11.根据权利要求1所述的数字天象系统，其特征在于，所述内层投影幕布的内表面涂有白色涂料，其增益在0.8～1之间。

12.一种球幕，其特征在于，包括：

一可拆卸圆柱形支架，具有一倾斜顶面；

一可拆卸半球形支架，固定在所述圆柱形支架上，其底部开口面与所述圆柱形支架的所述倾斜顶面吻合；

一半球形内层投影幕布，伸展开后固定在所述半球形支架上；

一半球形外层遮挡幕布，伸展开后与所述半球形内层投影幕布结合成一个密封体；

一抽气机，安装在所述半球形外层遮挡幕布上，所述抽气机进行抽气时，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布之间形成负压，所述内层投影幕布和所述外层遮挡幕布固定在所述半球形支架上。

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