北京奥运会开幕式运用了哪些科技

北京奥运会开幕式运用了哪些科技,第1张

2008年北京奥运会采用了大量世界尖端的新技术,如地面升降舞台、多媒体、地面LED系统、指挥系统、通讯系统等几十项高新科技,涉及多个领域。

1.数码灯

奥运五环在鸟巢中缓缓升起,飞向浩瀚夜空;中国古代书画卷轴缓缓展开,呈现出水墨画的古典意境;古老丝绸之路上,巨大的木舟乘风破浪——这些令人震撼的视觉效果都是由鸟巢华丽的灯光勾勒出来的。

在奥运会开幕式上,鸟巢内部的600余盏比赛照明灯全部被弃用,张艺谋选用的是自带的照明灯具。科技进入数码时代,灯光效果也过渡为数码灯。这种新兴的灯光效果使得本次奥运会开幕式舞台效果的规模和想象力都发挥到了极致。

本届奥运会上使用的是数码灯的一种:PG灯,即高亮度投影灯,运用光学投影原理,采用高亮度的光源,将底片上的内容以全彩的形式投射到地面上,在夜间能够形成极富视觉冲击力的画面效果。在开幕式表演中,场地中央始终贯穿表演的大型卷轴,以及在卷轴上陆续展现出由古代到现代的演进动画,都是经过前期制作之后,由这种PG灯投射至场地中央。中国水墨画黑白对比的古朴,西洋油画的绚丽,再到印象派的浓厚色彩,都是依靠这种高科技技术呈现的。

2.LED

LED,即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

在本届奥运会,LED得到了最大限度的利用。开场的卷画轴就打开在一个巨大的LED屏幕上。屏幕长147米,宽22米,是科技含量最高的一个巨大平台,上面铺了4万4千颗LED。LED制造的光影效果和表演密切结合,幻化出各种图案,将观众引入梦幻般的世界 中。而且,LED还经过反复测试,完全经得住演员踩踏、水浸等考验。

升入空中的“梦幻五环”,也是由4万5千颗LED在一张大网上描绘而成。连演员身上的演出服也缀满了一颗颗的LED,随着演员阵型变化,舞台上“鸟巢”重现。虽然整个开幕式时间很长,但蓄电池等科技攻关技术,解决了LED的能源难题。

3.铝合金材料

开幕式上,舞台中央,开了一个大洞,一个有6层楼高、直径约20米的“地球”缓缓从中升起。这么大的“地球”起先藏身何处呢?原来,这个“地球”是先压缩在地下的,也就是说,球体结构必须是柔性的。放在地上时是椭圆形的,被上面的钢丝拉起时才会变成球形。

而用升降台升起球体之后,演员需要在球体的立面上表演,因此升起后又要具有很强的稳定性,才能保障演出安全和效果。而这全依赖高科技的铝合金感光材料,让“地球”能屈能伸。

4.多媒体

在巨大的卷轴上空,“飞鸟”与“鲸鱼”自在地飞翔和遨游,这些又是怎么做出来的?原来,以前开幕式上使用幻灯投影技术,而本次则使用万相多媒体装备。它可以利用电脑把文字、图形、影像、动画、声音及视频等媒体信息都数位化,再整合在一定的交互式界面,才能在“鸟巢”顶部营造出上千平方米的碗边形状的屏幕,显现出“鲸鱼”自在游动的清晰画面,表达了人与自然和谐相处。

5.数码点火

回顾奥运会开幕式,最令许多人称奇的是由焰火组成的29个巨大彩色脚印从永定门出发,穿过天安门广场,沿着中轴线一路向北,最后到达国家体育场鸟巢。

这29个焰火大脚印,拉开了第29届奥运会的序幕,象征着现代奥林匹克盛会一步步向着北 京走来,进入鸟巢。这29个大脚印的点燃采用了电脑系统控制,采用的是数码点火的方式。这种技术在很短的时间内就能点燃所有焰火,保证焰火可以在短短几秒钟之内横穿3.5公里。另外,在鸟巢旁边的龙形水系设有22个发射点,利用电脑进行数码控制之后,所有的焰火d能够接连不断地射上天空,让焰火整体看起来就像一条腾空的巨龙一样。尽管采用的还是传统焰火,但是经过数码点火,焰火就产生了新的变化,产生与以往不同的视觉效果。

半导体照明是一种采用发光二极管(LED)作为光源的照明装置,广泛应用于装饰灯、城市景观照明、交通信号灯、大屏幕显示、仪器仪表指示灯、汽车用灯、手机及PDA背光源、电脑及普通照明等领域。LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它是半导体制成的光电器件,可将电能转换为光能。半导体照明相同亮度的能耗仅为普通白炽灯的十分之一,而寿命却为其100倍,被誉为“21世纪新固体光源时代的革命性技术”。

半导体照明产品的构成及其发光原理

与白炽灯和节能灯不同的是,半导体照明采用电场发光。它的基本结构是将一块电致发光的半导体材料置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。LED因使用材料的不同,其二极管内电子、空穴所占能级也有所不同,能级差的不同使载流子复合时产生的光子的能量不同,从而形成不同波长的光。

由于半导体照明能把电能直接转换为光能,因此从理论上可以产生较高的光效。近几年来, LED的光效提高很快。在1998年,白光LED的光效只有5 lm/W,但在2000年时,白光LED的光效已达25 lm/W,这一指标与卤钨灯相近。2008年7月22日,位于加州的欧司朗公司在开发高亮度、高效率LED上取得了新的突破,在350 mA的标准条件下,亮度的峰值达到155 lm,效率达到136 lm/W。2009年,世界LED巨头Cree、Nichia新近宣布LED的发光效率实验值分别是161 lm/W@350 mA、145 lm/W@350 mA,这些结果都已经大大超过了现有照明灯具的光效。当然,上述这些都是在实验室取得的,在实际应用中,由于受散热性等多方面的影响,LED的光效仅只有几十lm/W。不过以当前LED技术的发展速度,相信LED光效的瓶颈会得到突破,从而真正实现LED照明的广泛应用。

半导体照明产品的分类

LED常见分类主要有以下五种方式:

(1) 按发光管发光颜色:可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。目前,为了提高LED的发光效率,推动LED在通用照明领域的应用,用红、绿、蓝三基色或其他途径合成白光LED成为该领域的研究热点。

(2) 按发光管出光面特征:可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为Φ2 mm、Φ4.4 mm、Φ5 mm、Φ8 mm、Φ10 mm及Φ20 mm等。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

(3) 按照发光强度角分布图,可分为以下三类:

高指向性:一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。

标准型:通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。

散射型:这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

(4) 按发光二极管的结构:可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

(5) 按发光强度和工作电流:按发光强度可分为普通亮度的LED(发光强度小于10 mcd)、高亮度的LED(发光强度介于10~100 mcd之间)和超高亮度的LED(发光强度大于100 mcd);按照工作电流,可分为一般LED和低电流LED,其中一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2 mA以下(亮度与普通发光管相同)。

半导体照明产品的特点

在当前全球能源短缺的形势下,节约能源是我们正面临的重要问题。LED被称为第四代照明光源或绿色光源,它的节能、环保、寿命长等特点,正是其不断受到世界各国推崇的重要原因:

(1) 寿命长:光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时,一个LED灯在理想情况下可以使用50年。

(2) 色彩丰富:LED已经实现了多个波长的单基色,有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等,基本满足了应用领域对LED色彩的要求,随着更多新材料的开发,还会实现更多的基色及至全彩色。

(3) 稳定可靠:没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小。在LED的寿命期内,LED一般都能稳定地工作,维护工作量较小。

(4) 电气安全性高:LED一般工作在低电压(6-24 V)、小电流(10-20 mA)环境下,属弱电级工作器件,有较好的电气安全性能。

(5) 节能环保效率高:光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到50%以上,而光效相近的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。而且LED灯不存在有害金属汞污染等问题,符合社会发展趋势。

(6) 应用灵活性好:LED可进行低压供电,也可用110 V/220 V电源供电,加上单粒LED的体积小(芯片更小,只用3-5 mm2),可以平面封装,易开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

(7) 受控制能力强:现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示、分布控制等,是其它发光装置无可比拟的。

(8) 抗震性能优越:LED的坚固、耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其它类型的电光源产品。

(9) 响应速度快:LED的响应速度在毫秒级,可以有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等领域。

(10) 显色性能良好:白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上,色温范围从3600 K到11000 K不等(随荧光粉不同而变),而且已经获得了实验室提高的方案。

此外,LED还具有亮度高、无干扰、方向性好等特点。


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