Мишарин Даниил Владимирович, 8 класс, КГУ "Тимирязевская средняя школа", Казахстан, Костанайская область, Сарыкольский район, п Тимирязево

 

Научный руководитель: Пошатова Наталья Михайловна, учитель физики и информатики, КГУ "Тимирязевская средняя школа", Казахстан, Костанайская область, Сарыкольский район, п Тимирязево

 

 

Самодельное лазерное шоу у себя дома

«Самодельное лазерное шоу у себя дома»

Введение

В 2014 году в нашем районе проходила  спортивная спартакиада. Это было очень красивое и запоминающиеся мероприятие. Очень много эффектных выступлений  и номеров. Но особенным для меня стало лазерное шоу. Очень много эмоции вызвало оно и у меня и моих близких.    После приезда домой  вместе с моими друзьями мы долго обсуждали увиденное. И в тот момент я захотел узнать больше о лазерном шоу. Я  обратился к сети Интернет и узнал много информации о самом лазерном шоу, какие они бывают, как получается тот или иной эффект, но очень мало было о происхождении  лазерного шоу, т.е о его истории. Также просмотрев видео материал я наткнулся на одно занятное видео, где рассказывали как можно создать лазерное шоу, у себя дома используя подручные средства.  Меня это  очень заинтересовало, но собрать самостоятельно установку я не мог. Поэтому  я обратился к своему супервайзеру с предложением выполнить проект по теме  лазерное шоу. Я рассказал своему супервайзеру о том, что я уже узнал, вместе с ним мы просмотрели видео, и мы решили создать проект по теме «Самодельное лазерное шоу у себя дома».

С того момента я начал работать над темой моего проекта «Самодельное лазерное шоу у себя дома»

Цель моего проекта:  «Создание лазерного шоу из подручных средств у себя дома»

Вместе с супервайзером мы определили гипотезу: « Возможно, ли собрать установку лазерного шоу у себя дома используя подручные средства».

Задачи достижения моей цели:

• Познакомится с историей происхождения лазерного шоу
• Провести опрос среди учащихся
• Собрать установку  самодельного лазерного шоу
• Сделать выводы о проделанной работе.

Ключевые вопросы:

1. Можно ли создать лазерное шоу своими руками у себя дома используя подручные средства?
2. Сможет ли собранная мною установка пронаблюдать эффект лазерного шоу?

Основная часть

I.Для того чтобы преступить к изучению информации по истории происхождения и применения первых лазерных установок в различных средах человеческой деятельности, мне стало интересно узнать, а знают ли что не будь о лазерном шоу мои одноклассники и учащиеся старших классов.   Для этого вместе с супервайзером мы составили два вопроса, которые будут непосредственно касаться проблемных вопросов моего проекта и помогут узнать уровень знаний учащихся о лазерном шоу.

 

Итак, в опросе участвовало 26 учащихся 8 и 9 класса, и 4 учителей.

Опрашиваемым было предложено ответить на 2 вопроса:

1. «Что вы знаете о лазерном шоу?» 
2. «Как вы думайте можно ли сделать самодельное лазерное шоу, используя подручные средства у себя дома?»

По итогам опроса на первый вопрос «Что вы знаете о лазерном шоу?»  опрашиваемые дали следующие ответы:

• Ни чего- 12 опрашиваемых
• Много чего- 1 учитель физики
• Имею небольшую информацию- 17 опрашиваемых

Некоторые выписки из ответов опрашеваемых на первый вопрос

• Лазерное шоу- это шоу лазеров
• Это очень красиво, эффектно
• Красиво, ярко в темноте, лучи разного цвета в воздухе.
• Это шоу с лазерными фонариками
• Лазерное шоу проводят в городах. Очень интересное световое шоу.
• Знаю что лазеры бывают разного цвета.

На второй вопрос « Как вы думайте можно ли сделать самодельное лазерное шоу, используя подручные средства у себя дома?», опрашиваемые дали, следующие варианты ответов

• Можно - 24 опрошенных
• Нет - 5 опрошенных
• Вполне возможно, но не так ярко- 2 опрошенных

Из проведенного опроса можно сделать следующий вывод:

1. Большинство из опрошенных не знают о лазерном шоу практически ни чего- 12 человек, имеют некоторую информацию- 17 человек, и только учитель физики знает все.

 В дальнейшем при работе необходимо обратить внимание на ознакомление учащихся с историей появления лазерного шоу и попробовать объяснить его с точки зрения физики.

2. По анализу второго вопроса можно сказать, что большая половина опрошенных ответила, что можно- 24 человека, 5 ответили, что нет, и двое пояснили свои ответ тем, что возможно, но не так ярко.

  Из этого можно сделать вывод, что многие солидарны со мной в том, что все-таки установку лазерного шоу собрать в домашних условиях возможно, но пояснить или предложить способ сборки установки из подручных средств никто не смог.

II. Работа с информацией в сети ИНТЕРНЕТ

История появления лазерного шоу

Лазерное шоу – это оригинальное зрелище, в котором главным средством воздействия на зрителя являются разные изображения, создаваемые при помощи разноцветных лучей, фигур и т.п. Различают два типа создания лазерных мультипликационных изображений: работа на экране – разнообразные образы создаются на любой плоской поверхности; работа в объеме – прямо в воздухе создаются объемные фигуры (больший зрительный эффект достигает с помощью специального задымления). Для наибольшего воздействия на зрителя и создания целостной композиции визуальный ряд лазерной программы может иметь звуковое сопровождение.

Говоря о "лазерном шоу", прежде всего, определим это понятие для описания истории его развития и современного состояния. Сегодня под этим понимают применение лазерных проекционных систем для создания статических или динамических, как привило, музыкально-синхронизированных, лучевых композиций в пространстве зрительской аудитории (т.н. "beam show") или графических изображений на экране ("screen show"). В качестве объекта локализации изображения может быть использована любая светорассеивающая среда, например, стена здания, рельеф местности, отражающий или полупрозрачный экран.

Лазерное шоу, как самостоятельный вид современного искусства рассматривается как отдельный перформанс, но чаще является номером в общем спектакле, презентации, концертной программе.

В концертных и театральных программах иногда используют лазерные эффекты, как элемент светового оформления. Как правило, это - лучевые композиции, дифракционные картины, развертки луча в пространстве, позволяющие в слегка задымленном пространстве сцены и зала создавать волны, туннели и множество других объемных композиций в соответствии с возможностями сканирующих устройств проекционной системы. Всемирно известными примерами такого приложения лазеров стали лазерная сценография концертов "Pink Floyd" в 80-х годах, концертов Didier Maruani и группы "SPACE" с 70-х годов и по настоящее время.

Зарубежная хронология развития лазерного шоу.

Одним из первых применений лазеров в искусстве стало создание и демонстрация голограмм. Возможно, первой публичной экспозицией была голографическая композиция "N-Dimensional Space" в Finch College Museum of Art в Нью-Йорке (авторы: Emmet Leith, Bruce Nauman, Lloyd Cross) в апреле 1970 года. Голограммы продолжали быть популярным видом современного искусства, во многих городах создавались музейные экспозиции и галереи, посвященные голографии. Оригинальным и наиболее известным стал Музей Голографии в Нью-Йорке, открытый в 1976 году ( в настоящее время закрыт). Музей голографии с-Петербурге работает и в наши дни.

К наиболее ранним примерам применения лазерных эффектов в искусстве можно отнести эксперименты Leo Beiser в 60-х годах. Шведский художник Carl Frederick Reuterswald использовал лазеры в опере "Фауст" в Стокгольме в 1968 г. Примерно в это же время француз Joel Stein создал систему для проекции лазерных образов на сцену в балете Opera Comique в Париже. В 1968 г. Lloid Cross (США) создал и запатентовал систему лазерной визуализации звука "Sonovision". Система состояла из громкоговорителя с отражателем, закрепленным на диффузоре. Луч гелий-неонового лазера направлялся на поверхность отражателя, создавая световые образы на экране под музыку в соответствии с звуковыми колебаниями. Позднее система использовалась с аргон- и криптон- ионными лазерами, создавая разноцветные картины.

Первой большой выставкой лазерного искусства стала "Laser LIght: A New Visual Art" в музее искусств в Цинциннати в декабре 1969 г. Специальный черный кабинет с зеркалами и дымом для визуализации лазерных паутин, названных 3D-light sculpture, демонстрировался 

на публике в 1971 г. на выставке "Art and Technology" в County Museum of Art в Лос-Анжелесе. При этом применялись аргоновые и гелий-неоновые лазеры. Патент на подобную систему многочисленных отражателей с применением лазеров для создания зрительных эффектов был получен в 1977 г. Rockne Krebs'ом и привел к правовым искам к создателям лазерных эффектов в Бродвейском спектакле "Sunday in the Park with George".

В конце 60-х, начале 70-х многие лазерные физики экспериментировали с различными применениями лазерного излучения в искусстве, например с фиксацией лазерных пятен на фото и кинопленке, создавая черно-белые или цветные "Лазерограммы". Известный кинорежиссер Ivan Dryer даже снял музыкальный фильм "Laserimage" с применением записи лазерных образов на цветную кинопленку. Его и сейчас можно найти в архивах 16-мм фильмов.

Технические средства, используемые в первых лазерных шоу.

Первые системы для демонстрации лазерных эффектов создавались с применением зеркал, закрепленных на пьезоэлементах. Сканирование луча в пространстве достигалось также и моторизованными вращающимися зеркалами. Включение и выключение лучей с помощью электромагнитных затворов с зеркалами, стоящих по ходу луча и настроенными в разные точки пространства создавало эффект "стрельбы" в разные точки пространства. Вместе с зеркалами применялись различные дифракционные решетки, призмы и другие лабораторные оптические элементы. Такие системы долгое время оставались наиболее распространенными и получили название "лазерный стол" или "лазерная скамья", выпускаемые как промышленным, так и кустарным способом. Практически в неизменном виде они дожили до наших дней и стали вытесняться только с развитием промышленно выпускаемых зеркальных X-Y сканеров на гальванометрическом подвесе.

Первые сканеры использовались для создания абстрактных изображений и фигур Лиссажу. Одним из первых примеров применения систем интеллектуальной развертки лазерного излучения стала разработка многоцветной лазерной системы для проекции крупномасштабных изображений художником Lowel Cross и физиком Carson Jeffries. В мае 1969 г. они вместе с музыкантом David'ом Tudor дали концерт электронной музыки с программируемыми лазерными изображениями в калифорнийском Mills College . Эта, очень примитивная по сегодняшним меркам, система с применением оптических гальванометров Bell&Howell, управляющей электроникой от Honeywell и первых аргон-криптоновых лазеров Coherent, названная авторами Video/Laser, стала праобразом лазерных проекторов.

Современные сканеры с их прецизионной линейностью, высокой скоростью 30-60Kpps (point per second), широким диапазоном углов развертки (до 80°) являются сердцем современных проекционных лазерных систем. В войне производителей высококачественных оптических гальванометров победила "Gambridge Technologies (США). Используется также широко продукция компании "General Scanning". С помощью современных сканеров создаются лазерные графические векторные и растровые изображения, определившие понятие "Лазерная графика и анимация".

Наиболее интересные примеры ранних применений лазерной техники в шоу-индустрии.

Всемирная выставка EXPO 70 в Осаке (Япония) стала широкомасштабной мировой премьерой лазерного дизайна. Лазерное оформление павильона Pepsi-Cola стало одним из ключевых элементов экспозиции. Cистемы Video/Laser II применялись для проекций на стены и пол специально-построенного большого кубического кабинета. Изданная после выставки книга "Павильон" ("Pavilion", B.Kluver, J.Martin, D.Rose, E.P Dutton & Co. Inc.,New York 1972) целиком посвящена экспериментам по слиянию искусства и современных технологий. Например, упоминается демонстрация прототипа лазерного проекционного телевизора с полноцветным изображением высотой более 8 футов а также "пространственных" проекций с помощью аргоновых и криптоновых лазеров и специальных оптических систем для создания иллюзии 3D-эффектов.

В 1971 г. крупномасштабные лазерные проекции демонстрировал Willard Van De Bogart в качестве сопровождения концерта Los Angeles Philarmonic Orchestra. Изображения проецировались на 40-футовый экран с помощью комплекса различных оптических элементов, в том числе волоконной оптики.

Лазериум (Laserium®) - планетарий с демонстрацией лазерных шоу.

Применение лазерной техники в планетариях - еще одна интересная страница развития лазерного шоу и, возможно, первый широкомасштабный коммерческий проект. Мы уже упоминали выше об известном кинорежиссере Ivan Dryer, ставшим пионером и большим энтузиастом применения лазеров в шоу. Вместе с Elsa Garmire, уже известной своими лазерными перформансами, и Dale Pelton, он предложил использовать лазерную проекционную систему в обсерватории Гриффита в Лос-Анжелесе ( Griffith Observatory). Для реализации этого проекта была основана компания "Laser Images Inc." Обсерватория была оснащена аргоновыми и криптоновыми лазерами, "новыми" двухкоординатными сканерами , специальными световыми фильтрами и многослойными рассеивателями из неоднородного стекла, позволяющими получать на поверхности проекции причудливые абстрактные картины (т.н. Lumia - эффект). Первое лазерное шоу в обсерватории состоялось в ноябре 1973 г. и стало первым коммерческим проектом, с тех пор Ivan Dryer известен как отец индустрии лазерного шоу. Первые шоу управлялись вручную, фантазия оператора-художника не позволяла в точности воспроизвести все элементы предыдущего сеанса, и многие посетители приходили повторно, как на концерт живого оркестра.

Развитие технологий гальванометрического позиционирования лазерного луча и микропроцессорной техники дало возможность проекции слов, рисунков и анимаций . Первые системы проецировали изображения, созданные с помощью графического дигитайзера (digitising pad) и записанные в ПЗУ микропроцессорного плейера, что позволяло точно воспроизводить лазерные шоу в каждом сеансе. Первое автоматизированное лазерное шоу "Lovelight", как регулярно демонстрируемый лазерный спектакль, было открыто 4 февраля 1977г. в бостонском Hayden Planetarium. Шоу было посвящено вселенской любви, как источнику развития жизни на Земле, имело законченный сценарий и оригинальный саундтрек. Спектакль был поставлен компанией "Interscan", созданной, в свою очередь, компаниями General Scanning и Intermedia Systems Corporation. Проекционная система содержала аргон-криптоновый многомодовый лазер и разделенные по цветам (голубой, зеленый, желтый и красный) сканирующие головки с акустооптическим контролем интенсивности света, что было инновацией в этой области.

Повышение интереса к лазерному шоу

Повышение интереса к лазерному шоу в конце 70-х и начале 80-х годов ознаменовалось бурным ростом числа создаваемых компаний, применяющих лазеры в индустрии развлечений. Как правило такие компании становились известными после реализации крупных проектов. Например Laser Media (США) стала известной после громкого проекта с Los Angeles Philarmonic Orchestra на тему музыки из популярнейшего фильма "Звездные войны (Star Wars)". Это было уже не просто лазерное, а мультимедийное шоу с применением световых систем , мощных ксеноновых слайд-проекторов, элементов сценической пиротехники. В конце 1978 г. в рамках фестиваля Artfest'78 бостонская компания Laser Displays демонстрировала лазерное шоу на экране размером 7х28 м, натянутом между двумя зданиями. Эта компания, руководимая Bart Johnson'ом стала одной из первых использующих технологию проецирования многоцветной лазерной графики с помощью одной пары XY- сканеров, в отличие от использования сканеров в каждом цветовом канале. Позднее использование т.н. "белых" лазеров, работающих на активной смеси аргона и криптона, и последующей цветовой модуляцией стало основным направлением развития лазерных систем.

В 80-х годах параллельно развивались и другие технологии лазерного шоу, например создание стереоскопических трехмерных лазерных изображений. Началом коммерциализации этого направления стало представление в штаб-квартире компании Boeing в Сиэтле в 1986 г. Согласно известной оптической методике, две сканерных головки проецировали лазерную графику через ортогонально ориентированные поляризаторы. Зритель наблюдал результат на специальном отражающем экране, сохраняющем состояние поляризации рассеянного света, через поляризационные очки, левый и правый канал которых представлял собой скрещенные анализаторы. Таким образом, полноцветная лазерная графика воспринималась, как трехмерное изображение.

В 1984 году была создана International Laser Display Association (ILDA), первоначально объединяющая американские и канадские компании, но с вступлением европейских и азиатских членов быстро выросшая во всемирную ассоциацию. Наиболее известные производители лазерных систем и управляющих контроллеров - немецкие компании LOBO Electronics , Laser Animation Sollinger, и американская Pangolin также были созданы в середине 80-х годов.

В молодом советском шоу-бизнесе лазерные системы начали применять в концертной деятельности в начале 80-х годов. Один из пионеров лазерной отечественной сценографии - художник по свету рок-группы "Автограф" Александр Зейгерман. Лазерные эффекты для сопровождения концертов использовали также группа "Диалог" и даже примадонна нашей эстрады Алла Пугачева. Несмотря на то, что технический уровень отставал на 10-15 лет от уровня передовых лазерных шоу-систем, лазерные эффекты в концертной деятельности становились все более популярными, хотя и не позволяли создавать более или менее качественную лазерную графику. В большинстве случаев все ограничивалось только пространственной лазерной архитектурой.

III. Промежуточные  выводы.

 

Из изученной информации об истории появления лазерного шоу, я выделил для себя следующие:

1. Одним из первых применений лазеров в искусстве стало создание и демонстрация голографической композиции в апреле 1970 года под названием "N-Dimensional Space в Нью-Йорке.
2. К наиболее ранним примерам применения лазерных эффектов в искусстве можно отнести эксперименты Leo Beiser в 60-х годах. Шведский художник Carl Frederick Reuterswald использовал лазеры в опере "Фауст" в Стокгольме в 1968 г. Примерно в это же время француз Joel Stein создал систему для проекции лазерных образов на сцену в балете Opera Comique в Париже. В 1968 г. Lloid Cross (США) создал и запатентовал систему лазерной визуализации звука "Sonovision".
3. Первой большой выставкой лазерного искусства стала "Laser LIght: A New Visual Art" в музее искусств в Цинциннати в декабре 1969 г. Специальный черный кабинет с зеркалами и дымом для визуализации лазерных паутин, названных 3D-light sculpture, демонстрировался публике в 1971 г. на выставке "Art and Technology" в County Museum of Art в Лос-Анжелесе.
4. Всемирная выставка EXPO 70 в Осаке (Япония) стала широкомасштабной мировой премьерой лазерного дизайна.
5. В 1971 г. крупномасштабные лазерные проекции демонстрировал Willard Van De Bogart в качестве сопровождения концерта Los Angeles Philarmonic Orchestra.
6. Первое лазерное шоу в обсерватории состоялось в ноябре 1973 г. и стало первым коммерческим проектом, с тех пор Ivan Dryer известен как отец индустрии лазерного шоу. Первые шоу управлялись вручную, фантазия оператора-художника не позволяла в точности воспроизвести все элементы предыдущего сеанса и многие посетители приходили повторно, как на концерт живого оркестра.
7. Первое автоматизированное лазерное шоу "Lovelight", как регулярно демонстрируемый лазерный спектакль, было открыто 4 февраля 1977г. в бостонском Hayden Planetarium. Шоу было посвящено вселенской любви, как источнику развития жизни на Земле , имело законченный сценарий и оригинальный саундтрек.
8. В конце 1978 г. в рамках фестиваля Artfest'78 бостонская компания Laser Displays демонстрировала лазерное шоу на экране размером 7х28 м, натянутом между двумя зданиями.
9. В 80-х годах параллельно развивались и другие технологии лазерного шоу, например создание стереоскопических трехмерных лазерных изображений.
10. В 1984 году была создана International Laser Display Association (ILDA), первоначально объединяющая американские и канадские компании, но с вступлением европейских и азиатских членов быстро выросшая во всемирную ассоциацию.

Практическая часть

Для сборки устройства необходимы:

• Два кулера от видеокарты
• Один компьютерный CD –диск
• Пластилин
• Лазерная указка
• Два реостата
• Источник питания

Схема сборки

Блок питания для своего устройства я использовал от старого компьютера, так как на выходах присутствуют два напряжения: 12В и 5В которые необходимы для работы двух кулеров (12В) и лазерной указки (5В).

Кулеры (или вентиляторы) вместе с супервайзером мы взяли от старых компьютеров. В качестве зеркальной поверхности использовал CD диск, из которого вырезал два квадратика и прикрепил их пластилином под углом 2 ⁰ градуса к кулерам. Затем установил вентиляторы и лазер на металлическую пластину, которая также была позаимствована у старого компьютерного блока питания. Лазерная указка прикреплена к металлической пластине, что помогает получать более точное изображение.  Реостаты были взяты со старых школьных учебных наборов по физике и подключены к вентиляторам. Реостаты позволяют регулировать скорость вращения кулеров. Это помогает наблюдать изображение фигуры Лиссажу.

Принцип ее работы прост: Изображение фигуры Лиссажу получается оттого, что луч лазера попадая на первый кусочек CD-диска отражается от него искаженным. Слегка искаженное изображение луча лазера попадая на второй кусочек CD-диска, отражается от него. Вследствие разницы оборотов кулеров и получаются фигуры Лиссажу.

Рекомендации к использованию  самодельного лазерного шоу

ВНИМАНИЕ: Для использования самодельного лазерного шоу необходимо присутсвие взрослых

Самодельное лазерное устройство может быть использовано:

• в домашних условиях;
• для проведения дискотек в малом кругу друзей;
• для проведения семейных праздников.

Выводы:

Работая над проектом, я убедился в том, что все можно выполнить, если очень сильно этого захотеть. Выполняя свой проект, я ставил перед собой цель, которую достиг по окончанию работы над проектом. Выполняя все пошагово, я узнал историю становления лазерного шоу, провел опрос, благодаря которому еще раз убедился в правильности выбора темы моего проекта. Я сумел собрать вместе с супервайзером установку для демонстрации лазерного шоу и это самое главное, чего я хотел, достичь по окончанию моего проекта. И теперь я могу с уверенностью сказать, что, имея большое желание, большое терпение можно в итоге получить то чего ты так хочешь.

Список использованной литературы:

1. https://www.youtube.com/watch?v=pGo3CLf6cNM
2. Учебник физики 8 класса под редакцией
3. Выдержка из статьи "Краткая история применения лазеров в искусстве, рекламе и шоу-индустрии".Лазер информ выпуск №5-6(404-405), март 2009 А.С.Тимофеев (к.т.н., ген.директор Orion-Art Multimedia, Москва)

 

Приложение

 Анкета

Уважаемые учащиеся, ответьте на два вопроса  которые я вам предлагаю. Мне очень важны ваши ответы для дальнейшей работы над своим проектом.

1. Что вы знаете о лазерном шоу?
2. Как вы думаете можно ли создать свое лазерное шоу  у себя дома, используя подручные средства?