Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Siirry interaktiivisen LED-taidenäyttelyn asentamisen kulissien takana

Berliiniin perustuva taiteilija Simonne Jones - ihminen, joka ilmentää taiteen, tieteen ja teknologian fuusio - pyysi minua suunnittelemaan interaktiivisen valaistusjärjestelmän hänen asennustaan ​​varten.Universumin salaisuudet (SOTU) oli Simonnen suunnittelema sekamedia taideasennus ja musiikkiesitys taiteilijansa residenssissä Platoon Kunsthallessa Berliinissä, Saksassa.

Simonnen visio oli luoda täysin upea kokemus, joka kannustaisi katsojia tutkimaan uteliaisuuttaan olemassaolosta tieteellisessä kontekstissa. Hän loi uuden yhdistelmän sekamediamaalauksia, joissa tutkittiin fysiikan ja kosmologian käsitteitä (Simonne Jones), liiketunnistusta, langattomasti ohjattavaa LED-valaistusjärjestelmää (ArbitraryY… AKA me) ja mukautettuja kuvioita + VJ-suorituskykyä (Jem the Misfit) joka johti todella ainutlaatuiseen näyttelyyn.

Aiemmin olen viettänyt 15 vuotta ohjelmisto- ja järjestelmäinsinöörinä Boeingissä, kehittäen ohjelmistoja ja IT-ratkaisuja, ja vaikka kukaan ei etsinyt, se oli kiehtovaa järjestelmien suunnitteluprosessille. Toiminnan käsitteet, vaatimukset, simulointi, testaus, suunnittelu, oh my! Systeemin ajattelu tekee minut syljettäväksi, jos minulla olisi taskuja, jotka olivat täynnä Chick-O-Sticks -tuotteita.

SOTU oli hanketyyppi, jota minulla ei koskaan ollut mahdollisuutta olla osa urani rakentamassa suuria juttuja. Tämä projekti tyydyttäisi minun halua suunnitella järjestelmän alusta loppuun. Se oli yhtä maaginen kuin luulin sen olevan.

Platoon Kunsthalle, Berliini, Saksa.

(L) Simonne Jones ja (J) Jemma Woolmore eli Jem Misfit esiintyvät Platoon Kunsthallessa

Mitä SOTU teki?

Yksinkertaisesti sanottuna SOTU oli sarja vuorovaikutteisia, hallittavia, liiketunnistavia LED-valaistuja maalauksia. SOTU-järjestelmä herättää valaistuskokemuksen havainnolliselle, joka onnitteli maalauksen aihetta. Miten ne toimivat?

Ensinnäkin näyttelyn aikana ihmiset saivat kulkea lavalla ja olla vuorovaikutuksessa taideteoksen kanssa. Kun he tulivat aktivointivyöhykkeelle (AZ, maalauksen edessä oleva konfiguroitava alue), sen LEDit syttyvät ja kulkevat ohjelmoidun valaistusjärjestelmän läpi, kunnes ne poistuvat tästä vyöhykkeestä. Jos tarkkailija astui sisään (konfiguroitavissa oleva) varoitusalueeseen (WZ), valot vilkkuvat punaisella tavalla (viileä Python-kierteityssovellus), kunnes ne poistuvat tästä alueesta. Tämä on taidetta, joka voi kertoa tarkkailijoille "Askel pois maalauksesta." (Mona Lisa tarvitsee tällaisen turvajärjestelmän.)

Näyttelytila ​​Toiminnan käsite (ConOps)

Esityksen aikana Simonne pelasi joukon musiikkiaan ja käytti maalauksia saumattomasti suorituskyvyn työkaluna. Hän aktivoi valot tanssimalla niiden edessä ja laukaisemalla ne soittimien arsenalilla.

Suorituskyvyn tila ConOps

SOTU-järjestelmän yleiskatsaus

Tässä artikkelissa hahmotellaan mukana olevat laitteet ja niihin liittyvät toiminnot. Pohdin myös ohjelmistoalijärjestelmiä, jotka olivat välttämättömiä maalausten hallitsemiseksi soittimilla. Vankka järjestelmän kuvaus (muista, että olin ohjelmistoteknikko Boeingissa yli minuutin ajan, joten dokumenttien vihaajat varoitetaan) löytyvät SOTU-järjestelmän kuvausasiakirjasta.

Alla on kaavio ja kuvaus jokaisesta komponentista. SOTU: n ytimessä on Raspberry Pi + Arduino mashup. Raspberry Pi: n laskentateho ja Raspbian Linux -käyttöjärjestelmä yhdistettynä Arduinon reaaliaikaisiin käsittelyominaisuuksiin luovat pienen, edullisen ja mahtavan tietokoneaseman, joka oli ihanteellinen tähän sovellukseen.

SOTU-yksikkö - Raspberry Pi Malli B, Adafruit Pi -levy, Arduino Uno R3, Edimax USB 802.11n / g / b WiFi-liitäntä, 4 Gt SDHC-kortin luokka 4, 10K-potentiometri, Sparkfun Arduino Protoplate, Maxbotix LV-EZ1-alueanturi, Sparkfun 16 × 2 LCD-näyttö, analogiset RGB-LED-nauhat (30 LED / nauha), 12V 2A virtalähde (Arduino, LCD, kantotunnistin ja LED-teho), 5V 2A virtalähde (Raspberry Pi, WiFi-dongle-teho)

Laitteisto- ja järjestelmätoiminnot

Raspberry Pi

Raspberry Pi veti suurimman osan käsittelypainosta:

  • Communications Server - Open Sound Control (OSC) -palvelin käsitteli kaikki saapuvat OSC-viestit.
  • Web-palvelin - Apache httpd. Verkkopohjaiset LED-ohjaimet
  • Etäkäyttö - SSH ja VNC. SSH-ohjelmistojen kehittäminen Raspberry Pi: n ja VNC: n kehittämiseksi Arduino IDE: ssä.
  • Langaton yhteys - Yhteydet langattomaan SOTU-verkkoon
  • LED-ohjaus - ohjelmiston pulssinleveyden modulaatio (PWM) LED-himmennykselle

Huomaa, että jokainen Raspberry Pi -yksikkö oli liitetty yksityiseen langattomaan verkkoon, jonka nimi on "[PLTN]".

LED-ohjainkortti

Tein kaksi itsenäistä piiriä transistoreista ja vastuksista, jotka oli sovitettu Adafruit Pi-levylle LEDien valtaamiseksi. Tämä levy liitettiin sitten Raspberry Pi I / O-paneeliin ja oli liitäntäpiste LED-nauhoille. Jokainen maalaus oli vuorattu kahdella itsenäisesti ohjattavalla nauhalla.

Adafruit PiPlate -levyltä rakennettu LED-ohjainkortti.

Arduino ja Protoshield

Arduino ja protoshield olivat vastuussa seuraavista asioista:

  • Alueen mittaus- ja etäisyysmittaukset - Mitataan tarkkailijan etäisyys
  • 12 V ja 5 V tehonjako - Powered the Arduino, Raspberry Pi, LEDit, LCD-näyttö ja kantaman anturi
  • LCD-näyttö - Näyttää maalauksen nimen

Arduino Uno ja SparkFunin Protoplate

Range Sensor ja LCD-näyttö

Leikkaamme reiät kullekin kankaalle etäisyysanturin (maalauskeskuksen) ja LCD-näytön (alareunan) asentamiseksi. Alueen tunnistinta käytettiin tarkkailijan etäisyyden määrittämiseen maalauksesta, jota käytettiin lopulta LEDien aktivoimiseen. Nestekidenäytössä näkyy maalauksen nimi.

(R) Arduino Uno -laitteeseen kytketty kantaman anturi ja LCD-näyttö. (L) Maalaukseen asennettu SOTU-yksikkö.

Big Bang: Universumin syntyminen Simonnen Jonesin toimesta. Squint… alueanturi on asennettu kuollut keskus

tuotanto

Kuuden kuukauden hankinta, kokoonpano ja testaus kesti kaikki kuusi yksikköä valmiiksi. Minun piti ostaa ja vastaanottaa kaikki osat, juotos, kuten hullu, asentaa käyttöjärjestelmät ja SOTU-ohjelmisto, toiminnallinen testi em ja lopuksi etiketti.

Silloin kotini tuli elektroniikkalaboratorio

Asennettu SOTU-yksikkö valmiiksi asennettavaksi

Simonne ja minä merkitsemme kokoonpanon taiteilijalaboratoriossa Platoon Kunsthallessa

Ohjelmisto

SOTU on monimutkainen ohjelmistojärjestelmä, joka koostuu avoimen lähdekoodin moduuleista, kolmannen osapuolen ohjelmistoista, mukautetuista Arduino-ohjelmista, kantaman anturin tietojenkäsittelyalgoritmeista, mukautetuista ohjelmallisista LED-valaistuksen ohjaimista ja tehosteiden kirjastoista, tietoliikennekerroksesta, käyttöliittymistä, järjestelmän terveydentilan seurannasta, ylläpito-skripteistä , OSS / COTS-työkalut, testityökalut ja web-ohjaimet. Hengittää. Ohjelmoin kaikki mukautetun koodin Pythonissa ja PHP: ssä.

SOTU-ohjelmistoarkkitehtuuri ja tietovirtakaavio

Maalausohjaus soittimien avulla

Kriittinen järjestelmätoiminto oli tarjota mekanismi, jolla Simonne valaisee maalauksia hänen soittimillaan, nimittäin MIDI-näppäimistöllä ja potkurirummulla. Paina näppäintä tai vedä rumpua ja valot aktivoituvat. Rakensin useita kerroksia abstraktiota helpottamaan mukautettujen valaistusfunktioiden ohjelmointia ja aktivoimaan valot kaukolähteistä.

RGB-LED-himmennys (PWM)

Raspberry Pi -liitäntään kytkettyjen RGB-LEDien käsittely vaatii pulssinleveyden modulaatiota (PWM). Mallissa B on vain yksi GPIO-pin, joka pystyy laitteistoon PWM. Tämä rajoitus vaati minua käyttämään PWM-ohjelmistoa (laitteiston PWM-emulointi). Kun rakensin SOTU: n, parhaat kirjastot olivat RPi.GPIO v0.5.2a (Python-paketti, hyvin vanhentunut versio nyt) ja pi-blaster. Raspbian Wheezyn ydin ei ole tarkoitettu reaaliaikaisiin sovelluksiin; jitter on todennäköistä, kun käytät ohjelmistoa PWM. pi-blaster oli paljon vähemmän jitteri kuin tämä RPi.GPIO-versio.

pi-blasterin avulla voit säätää tietyn GPIO-nastan tehoa (eli säätää kirkkautta) yksinkertaisesti kirjoittamalla desimaaliarvon OS-tiedostojärjestelmän tiedostoon, kuten:

echo "2 = 0,2"> / dev / pi-blaster

Tämä säätää liitettyä LED-valoa 20%: n kirkkauteen.

Ohjelmallinen LED-ohjain Pythonilla

Seuraavaksi käytin pi-blasteria rakentamaan LED-valon, joka ohjaa abstraktiokerrosta Pythonissa. Rakensin sarjan luokkia, joiden avulla voin ohjelmallisesti ohjelmoida:

  • Aseta mikä tahansa (RGB) väri missä tahansa LED-nauhassa maalauksessa
  • Aktivoi tehosteet maalauksessa olevalla LED-nauhalla:
    • fade - Häivyttää värejä
    • kiertää - Kierrä värejä
    • pulssi - Vaihda värejä edestakaisin
    • flashFade - Aseta väri ja haalista se pois päältä

Näiden toimintojen avulla luotiin mukautettuja valaistus-toisto-ohjelmia, jotka liittivät jokaisen maalauksen simuloimalla maalauksen aiheeseen liittyviä fyysisiä periaatteita. Tutustu videon esittelyyn Big Bang: Universumin syntymä SOTU-prototyyppiäni käyttävä toisto-komentosarja.

SOTU-prototyyppi. Rakensin 1 m x 1m: n kangaskehyksen varmistamaan, että langan pituudet on mitattu oikein.

Raspberry Pi Control OSC: n kanssa

Seuraava abstraktiokerros SOTU: ssa oli kauko-ohjaimen ottaminen käyttöön. Syötä Avaa äänensäätö. OSC on tietoliikenneprotokolla, jonka avulla soittimet, digitaaliset audiotyöasemat (DAW), tietokoneet ja muut multimediatyökalut voivat olla yhteydessä toisiinsa verkossa. OSC-protokolla käyttää yksinkertaista asiakaspalvelimekanismia; "OSC-asiakas" lähettää "OSC-viestit" "OSC-palvelimelle", joka vastaanottaa ja käsittelee niitä. Tyypillinen käsittely käsittää järjestelmän toiminnon käynnistämisen vastaanotetun tietyn viestin perusteella (tunnetaan nimellä "Soittopyyntö"). Jälleen kerran OSS-yhteisöllä oli takaisin… siellä on suuri kirjasto nimeltä pyOSC, joka on kaikkien käytettävissä.

PyOSC: n soittomekanismin avulla luotiin OSC-osoitteet, jotka on kartoitettu Python LED-ohjaustoimintoihin (tehosteet, värit jne.). Voisin nyt suorittaa kaikki maalauksen LED-toiminnot lähettämällä OSC-viestejä ANY OSC -asiakkaalta (katso lisätietoja SDD: stä muista asiakkaista):

/ osc / led r1 1 kiinteä / osc / led b2 0,3 kiinteä

Tämä kääntäisi LED-nauhan 1 - 100% punaisesta kirkkaudesta ja nauhat 2 - 30% sinistä kirkkautta.

pyOSC: n takaisinkytkentämekanismilla oli taffy-kaltainen joustavuus. Pystyin käyttämään sitä moniin muihin asioihin, kuten kriittisten Linux-palveluiden manipulointiin ja seurantaan (httpd, ssh, rangeSensor jne.), Järjestelmien terveyden seurantaan (palvelun tila jne. Prosessoinnin avulla) ja niiden sammuttamiseen etänä (kun oikea valtuutusavain annetaan tietenkin).

Suorituskyvyn integrointi

Simonne käyttää Ableton Liveia DAW: nä sekä MIDI-ohjainten ja -välineiden arsenaalia live-esityksensä aikana. Ableton Live käyttää sisäistä viestintää varten MIDI: tä ja OSC: tä. Esimerkiksi kun kytkettyyn ulkoiseen ohjaimeen painetaan näppäintä, Ableton vastaanottaa MIDI-tapahtumaviestin ja käyttää sitä käynnistämään tapahtuman, joka on määritetty Abletonissa (esim. Musiikkinäyte tai toistaa muistiinpano syntetisoidusta instrumentista). Ok, joten meillä on nyt pääsy hänen näppäimistön painalluksiin liittyviin viesteihin. Entä potkuri? Meidän piti kääntää potkurirumpu MIDI-yhteensopivaksi laitteeksi. Kiinnittimme rumpuun paineanturin ja liittimme sen toiseen MIDI-ohjauslaitteeseen, joka oli liitetty hänen kannettavaansa. Jokaista rumpujoukkoa vastaan ​​saimme MIDI on / off -viestit.

Simonnen rumpali (Mathias Brendel) syttyy "maailmankaikkeuden kuolemaan" jokaisen bassorummun potin kanssa

Ableton paljastaa luonnollisesti sisäiset MIDI- ja OSC-viestinnänsä. Minulla oli nyt pääsy kaikkiin MIDI-tapahtumaviesteihin, jotka tulivat sekä hänen näppäimistöltä että rumpusarjasta. Ableton Live on BizNiz.

Viimeinen askel oli ottaa nämä viestit pois Abletonista ja reitittää ne eri maalauksiin niiden valaistamiseksi.

Viesti Hungry Third Party Tools

Viimeinen integraatio vaati minua ottamaan nämä viestit pois Abletonista, kääntämään ne SOTU-järjestelmän OSC-viesteihin ja reitittämään ne maalauksiin. Pyörää ei tarvitse keksiä uudelleen täällä. OSCulator on hämmästyttävä, kohtuuhintainen MIDI / OSC-reititystyökalu, jolla on myös natiivi integraatio Ableton Live -palvelun kanssa. Nyt oli triviaalia ottaa MIDI-tapahtumaviestejä instrumenteistaan ​​ja reitittää ne OSC-viesteiksi lähettääkseen ne maalauksiin.

Alla on esimerkki SOTU-näyttelyn OSCulator-kokoonpanosta:

SOTU OSCulator OSC / MIDI -reitit. Huomaa, että osoitetila on sittemmin päivitetty käytettäväksi / osc: n sijasta / pltn: n sijasta.

Tässä OSCulator kuuntelee porttia 9001 saapuvien viestien osalta. Jos näppäimistöön painetaan MIDI-sanomaa 99 vastaavaa näppäintä, vastaanotetaan arvo 1 (päällä). OSCulator on konfiguroitu lähettämään nämä OSC-viestit maalaukseen 3 (“PLTN3”), jotta se muuttuu punaiseksi.

/ osc / led r1 1 kiinteä / osc / led r2 1 kiinteä aine

Kun avain avattiin, OSCulator sai arvon 0 ja ohjasi seuraavan OSC-viestin, jotta maalaus lopetetaan (luoden salaman vaikutus):

/ osc / led allOff

Jokaisen maalauksen valot voidaan räätälöidä värin ja vaikutuksen mukaan ja hallittavissa hänen soittimillaan.

Joten miten se meni?

Maalaukset näytettiin puoliympyrässä, joka oli valmistettu maidon laatikoista, jotka muistuttivat Q-bert -ilmiötä, joka toimi näyttelyn ja Simonnen elävän musiikkiesityksen näyttämönä. Näyttely oli suuri energia ja väkijoukko rakasti mitä he näkivät:

Simonne ”soittaa” maalauksiaan

Maailmankaikkeuden salaisuuksia esiteltiin koko kesän 2013 aikana myös Berliinin remake-festivaalilla, Berliinin taiteen ja musiikin festivaalilla, ja sitä käytettiin hänen esityksessään Bremenissä Saksassa.

Simonne Jones Bremenissä, Saksassa

Remake Festival Berliini, Saksa 2013

Berliinin remake-festivaali, Berliini Saksa 2013

johtopäätös

SOTU esiintyi uskomattoman hyvin kaikissa näyttelyissä ja esityksissä. Vaikka Raspberry Pi on tyypillisesti harrastustietokone, voin todistaa, että se on myös erinomainen todellisiin (ish) -aikaisiin vuorovaikutteisiin taiteellisiin sovelluksiin. Omistan suuren osan menestyksestämme tällä projektilla Raspberry Pi: n kestävyydestä.

Tällaisen monimutkaisuuden omaavan järjestelmän rakentaminen on ongelma, joka on täynnä käyttöliittymää, logistiikkaa, kehittämistä, käyttöä, testausta ja käyttöönottoa koskevia haasteita. Säilytin kaikki nämä haasteet SOTUn rakentamisen myötä, mikä johti siihen, että kunnioin olemassa olevia taitoja ja hankin uusia. Hyvin pelattu Raspberry Pi -säätiö.

SOTU on sellainen ongelma, joka yhdistää eri tieteenalojen tekijöitä ja joka innostaa meitä kaikkia insinöörejä. Voimme hyödyntää teitä kaikkia usein tämän projektin aikana, arvokkain voimavarani. Con Amor de ArbitraryY

Ekstrat

Simonne kuvailee filosofiaa ja taiteellista näkemystä Universumin salaisuuksista hänen 3SAT TV: n haastattelussa.

Osake

Jättänyt Kommenttia