Gå bag scenerne ved at installere en interaktiv LED-kunstudstilling - 💡 Fix My Ideas

Gå bag scenerne ved at installere en interaktiv LED-kunstudstilling

Gå bag scenerne ved at installere en interaktiv LED-kunstudstilling


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Berlin-baserede kunstner Simonne Jones - et menneske, der udgør en sammensmeltning af kunst, videnskab og teknologi - bad mig om at konstruere et interaktivt belysningssystem til hendes installation.Universets hemmeligheder (SOTU) var en blandet mediekunstinstallation og musikalske præstationer, der blev udtænkt af Simonne under hendes kunstneres ophold på Platoon Kunsthalle i Berlin, Tyskland.

Simons vision var at skabe en fuldstændig fordybende oplevelse, der ville tilskynde seerne til at udforske deres nysgerrighed om eksistensen inden for en videnskabelig sammenhæng. Hun udtænkte en ny kombination af blandede mediemalerier, der udforskede koncepter i fysik og kosmologi (af Simonne Jones), et bevægelsesdetekterende, trådløst styrbart LED-belysningssystem (ved arbitrært ... AKA mig) og brugerdefinerede billeder + VJ-ydeevne (ved Jem the Misfit) det resulterede i et helt unikt show.

Tidligere havde jeg brugt 15 år som Software and Systems Engineer hos Boeing, udvikler software og it-løsninger, og mens ingen så på, fascinerede systemteknikprocessen. Begreber for drift, krav, simulering, test, design, oh min! Systemtænkning får mig til at salivere som om jeg havde lommer overfyldt med Chick-O-Sticks.

SOTU var den type projekt, jeg aldrig havde haft chancen for at være en del af i min karrierebyggeri store ting. Dette projekt ville tilfredsstille mit ønske om at konstruere et system fra start til slut. Det var så magisk, som jeg troede det ville være.

Platoon Kunsthalle, Berlin, Tyskland.

(L) Simonne Jones og (R) Jemma Woolmore aka Jem Misfit udføre på Platoon Kunsthalle

Hvad gjorde SOTU?

Simpelthen satte SOTU en række interaktive, kontrollerbare bevægelsesdetekterende LED-malerier. Når det udløses, vil SOTU-systemet skabe en belysningsoplevelse for observatøren, der komplimenterede maleriets emne. Hvordan fungerede de?

For det første fik folk lov til at krydse scenen og interagere med kunstværket. Da de kom ind i "Aktiveringszone" (AZ, et konfigurerbart område foran maleri), ville dets lysdioder lyse og løbe gennem en programmeret lysskema, indtil de forlod denne zone. Hvis en observatør trådte i den (konfigurerbare) "Advarselszone" (WZ), vil lysene rødt blinke rødt (en kølig Python-gevindskæringsapplikation), indtil de forlod dette område. Dette er kunstværker, der kan fortælle observatører at "Gå væk fra maleriet." (Mona Lisa har brug for et sikkerhedssystem som dette.)

Udstillingstilstand Koncept Operations (ConOps)

Under hendes præstationer spillede Simonne et sæt af hendes musik og brugte malerierne problemfrit som et præstationsværktøj. Hun aktiverede lysene ved at danse foran dem og udløse dem med hendes arsenal af musikinstrumenter.

Performance mode ConOps

SOTU-systemoversigt

I denne artikel vil jeg skitsere den involverede hardware og deres tilknyttede funktioner. Jeg vil også berøre software delsystemer, der var afgørende for at kontrollere malerier med musikinstrumenter. Den omhyggelige systembeskrivelse (husk, jeg var software-ingeniør hos Boeing i mere end et minut, så hatere af dokumentation skal advares) findes i SOTU-systembeskrivelsesdokumentet.

Et diagram og beskrivelse af hver komponent er angivet nedenfor. I hjertet af SOTU ligger en Raspberry Pi + Arduino mashup. Raspberry Pi's computerkraft og Raspbian Linux-operativsystem kombineret med Arduinos realtidsbehandlingskapacitet skaber en lille, billigt, mægtig computerduo, der var ideel til denne applikation.

SOTU enhed - Raspberry Pi Model B, Adafruit Pi Plate, Arduino Uno R3, Edimax USB 802.11n / g / b WiFi Dongle, 4GB SDHC kort klasse 4, 10K potentiometer, Sparkfun Arduino Protoplate, Maxbotix LV-EZ1 Range Sensor, Sparkfun 16 × 2 LCD-skærme, analoge RGB LED-strimler (30 LED / pr. Stribe), 12V 2A Strømforsyning (Arduino, LCD, Range Sensor og LED Power), 5V 2A Strømforsyning (Raspberry Pi, WiFi Dongle Power)

Hardware og systemfunktioner

Hindbær Pi

Raspberry Pi trukket det meste af behandlingsvægten:

  • Communications Server - Open Sound Control (OSC) Server, behandlet alle indgående OSC meddelelser.
  • Webserver - Apache httpd. Til web-baseret LED-kontrol
  • Fjernadgang - SSH og VNC. SSH til fjern softwareudvikling på Raspberry Pi og VNC til udvikling i Arduino IDE.
  • Trådløs forbindelse - Tilslutning til SOTU trådløse netværk
  • LED Control - Software Pulse Width Modulation (PWM) til LED-dæmpning

Bemærk at hver Raspberry Pi enhed var forbundet til et privat trådløst netværk kaldet "[PLTN]".

LED Driver Board

Jeg lavede to uafhængige kredsløb af transistorer og modstande anbragt på en Adafruit Pi-Plate for at drive LED'erne. Dette bord blev derefter fastgjort til Raspberry Pi I / O-panelet og var forbindelsesstedet for LED-strimlerne. Hvert maleri var foret med to uafhængigt styrbare strimler.

LED førerkort bygget af en Adafruit PiPlate.

Arduino og Protoshield

Arduino og protoshield var ansvarlig for følgende:

  • Range sensing og distance målinger - Målt afstanden af ​​en observatør
  • 12V og 5V strømfordeling - Drevet af Arduino, Raspberry Pi, LED'er, LCD-skærm og afstandssensor
  • LCD-skærm - Vist navnet på malingen

Arduino Uno og SparkFuns protoplate

Range Sensor og LCD Screen

Vi skærer huller ind i hvert lærred for at montere områdesensoren (center of painting) og LCD-skærmen (nederst til højre). Afstandssensoren blev brugt til at bestemme en observatørs afstand fra malingen, som i sidste ende blev brugt til at aktivere lysdioderne. LCD-skærmen viste malerens navn.

(R) Range sensor og LCD-skærm tilsluttet Arduino Uno. (L) SOTU enhed monteret på maleriet.

Big Bang: Universums fødsel af Simonne Jones. Squint ... afstandssensoren er monteret dead center

Produktion

Det tog næsten to måneder at købe, samle og teste for at få alle seks enheder klar. Jeg var nødt til at købe og modtage alle dele, loddetid som gal, installere operativsystemer og SOTU software, funktionelle test em og endelig etiket boks.

Dengang blev mit hjem et elektroniklaboratorium

Monteret SOTU enhed klar til installation

Simonne og jeg tag-teaming samling i Artist Lab på Platoon Kunsthalle

Software

SOTU er et komplekst software-system, der består af open source-moduler, software fra tredjeparter, brugerdefinerede Arduino-programmer, algoritmer til algoritmer til områdesensor, brugerdefinerede programmatiske LED-belysningsreguleringer og effektbiblioteker, et kommunikationslag, brugergrænseflader, systemhygiejneovervågning, vedligeholdelsesskript , OSS / COTS værktøjer, testværktøjer og webkontroller. Træk vejret. Jeg programmerede alle de brugerdefinerede kode i Python og PHP.

SOTU Software Architecture og Data Flow Diagram

Malerikontrol ved brug af musikinstrumenter

Den kritiske systemfunktion var at give en mekanisme til Simonne til at belyse malerierne med sine musikinstrumenter, nemlig hendes MIDI keyboard og kick drum. Tryk på en tast eller spark tromlen og lysene aktiveres. Jeg har bygget flere lag af abstraktion for at gøre det lettere for mig at programmere brugerdefinerede belysningsfunktioner og aktivere lysene fra eksterne kilder.

RGB LED-dæmpning (PWM)

Manipulering af RGB-LED'erne forbundet til Raspberry Pi krævet Pulse Width Modulation (PWM). Modellen B har kun en GPIO-pin, der er i stand til hardware PWM. Denne begrænsning krævede mig at bruge software PWM (hardware PWM emulering). Da jeg byggede SOTU, var de bedste biblioteker til rådighed RPi.GPIO v0.5.2a (Python-pakke, meget forældet version nu) og pi-blaster. Raspbian Wheeys kerne er ikke beregnet til real-time applikationer; jitter er sandsynligt, når du bruger software PWM. pi-blaster var meget mindre jittery end denne version af RPi.GPIO.

pi-blaster gør det muligt at regulere effekten til en given GPIO-pin (dvs. styre lysstyrken) ved blot at skrive en decimalværdi til en fil på OS-filsystemet som sådan:

ekko "2 = 0.2"> / dev / pi-blaster

Dette ville justere den vedhæftede LED til 20% lysstyrke.

Programmatiske LED-kontroller med Python

Næste brugte jeg pi-blaster til at bygge et LED-styrings abstraktionslag i Python. Jeg byggede en serie klasser, der tillod mig at programmere:

  • Indstil enhver (RGB) farve på en hvilken som helst LED-strimmel på et maleri
  • Aktivér effekter på en lysdiode på et maleri:
    • fade - Fade mellem farver
    • rotere - Roter gennem en række farver
    • puls - Skift frem og tilbage mellem farver
    • flashFade - Indstil en farve og fade den til

Ved hjælp af disse funktioner skabte jeg brugerdefinerede lysafspilningssystemer, der ledsagede hvert maleri ved at simulere de fysiske principper, der er forbundet med maleriets emne. Tjek en video demonstration af Big Bang: Universets Fødsel afspilningsskript, der kører på min SOTU prototype.

SOTU prototype. Jeg byggede en 1m x 1m lærred ramme for at sikre, at ledningslængder blev målt korrekt.

Hindbær Pi Control med OSC

Det næste lag i abstraktion i SOTU var at aktivere fjernbetjeningen. Indtast åben lydstyring. OSC er en kommunikationsprotokol, der gør det muligt for musikinstrumenter, Digital Audio Workstations (DAW'er), computere og andre multimedieværktøjer at kommunikere med hinanden på et netværk. OSC-protokollen bruger en simpel klientservermekanisme; en "OSC-klient" sender "OSC-meddelelser" til en "OSC-server", der modtager og behandler dem. Typisk behandling involverer udløser en systemfunktion baseret på den specifikke besked, der modtages (kendt som en "Tilbagekaldelse"). Endnu engang havde OSS-samfundet min ryg ... der er et stort bibliotek kaldet pyOSC, der er tilgængeligt for alle at bruge.

Ved hjælp af pyOSC's tilbagekoblingsmekanisme oprettede jeg OSC-adresser, der blev kortlagt til Python LED-kontrolfunktionerne (effekter, sæt farve osv.). Jeg kunne nu udføre alle LED-funktionerne på et maleri ved blot at sende OSC-meddelelser fra enhver OSC-klient (se SDD'en for detaljer om andre klienter) som denne:

/ osc / led r1 1 fast / osc / led b2 0,3 faststof

Dette ville gøre LED strip 1 til 100% rød lysstyrke og stripe 2 til 30% blå lysstyrke.

pyOSC's tilbagekaldningsmekanisme havde taffy-lignende fleksibilitet. Jeg kunne bruge den til mange andre ting som at manipulere og overvåge kritiske Linux-tjenester (httpd, ssh, rangeSensor osv.), Overvåge systemets sundhed (servicestatus osv. Ved hjælp af forarbejdning) og lukke dem fjernt (når det korrekte autorisation nøgle er givet selvfølgelig).

Performance Integration

Simonne bruger Ableton Live som sin DAW sammen med et arsenal af MIDI controllere og instrumenter under hendes live performance. Ableton Live bruger MIDI og OSC til intern kommunikation. For eksempel, når en tast trykkes på en tilsluttet ekstern styreenhed, modtager Ableton MIDI-eventmeddelelsen og bruger den til at udløse en begivenhed konfigureret i Ableton (for eksempel en musikprøve eller at afspille en notat fra et syntetiseret instrument). Ok, så vi har nu adgang til meddelelser relateret til hendes tastaturpresser. Hvad med kick tromlen? Vi måtte vende slået hendes spark tromme ind i en MIDI-aktiveret enhed. Vi tilsluttede en tryksensor til tromlen og tilsluttede den til en anden MIDI-styreenhed, der var forbundet til hendes bærbare computer. Med hvert trommeslag modtog vi derefter MIDI on / off meddelelser.

Simons trommeslager (Mathias Brendel) lyser "Universets død" med hvert spark af bastrommelen

Ableton eksponerer internt sin interne MIDI- og OSC-kommunikation. Jeg havde nu adgang til alle MIDI hændelsesmeddelelser, der kommer fra både hendes tastatur og trommesæt. Ableton Live er BizNiz.

Det sidste skridt var at tage disse meddelelser ud af Ableton og rute dem til de forskellige malerier for at tænde dem.

Besked Hungriske Tredjepartsværktøjer

Den sidste integration krævede mig at tage disse meddelelser ud af Ableton, oversætte dem til SOTU system OSC meddelelser og rute dem til malerierne. Ingen grund til at genopfinde hjulet her. OSCulator er et fantastisk, rimeligt prissat MIDI / OSC routing værktøj, der også kan prale med indbygget integration med Ableton Live. Det var nu trivielt at tage MIDI hændelsesmeddelelser fra hendes instrumenter og rute dem som OSC-meddelelser til at sende dem sammen til malerierne.

Nedenfor ses en prøve af OSCulator-konfigurationen til SOTU-programmet:

SOTU OSCulator OSC / MIDI ruter. Bemærk at adresserummet siden er blevet opdateret for at bruge / osc i stedet for / pltn.

Her lytter OSCulator på port 9001 til indgående meddelelser. Hvis tasten, der svarer til MIDI-besked 99, trykkes på tastaturet, modtages en værdi på 1 (på). OSCulator er konfigureret til at sende disse OSC meddelelser til maleri 3 ("PLTN3") for at gøre den rød.

/ osc / led r1 1 solid / osc / led r2 1 faststof

Når den nøgle blev frigivet, fik OSCulator en værdi på 0 og sendt følgende OSC-besked for at slukke for billedet (skaber en flash-effekt):

/ osc / ledet altOff

Lysene på hvert maleri kunne tilpasses efter farve og effekt og styres ved hjælp af hendes musikinstrumenter.

Så hvordan gik det?

Malerierne blev vist i en halvcirkel på et stadium lavet af mælkekasser, der lignede et Q-bert-spillefelt, som fungerede som udstillingens layout og scenen for Simons livlige musikalske præstationer. Showet var høj energi og mængden elskede det, de så:

Simonne "spiller" hendes malerier

I løbet af sommeren 2013 blev universets hemmeligheder også udstillet på Berlin Remake Festival, på Berlin Arts and Music Festival, og blev brugt under hendes forestilling i Bremen, Tyskland.

Simonne Jones i Bremen, Tyskland

Remake Festival Berlin, Tyskland 2013

Berlin Remake Festival, Berlin Tyskland 2013

Konklusion

SOTU udførte sig utrolig godt i hver af udstillingerne og forestillingerne. Mens Raspberry Pi typisk er spioneret som en hobbycomputer, kan jeg vidne til, at det også er fremragende til ægte (ish) -time interaktive kunst og ydeevne applikationer. Jeg tilskriver en stor del af vores succes med dette projekt robustheden af ​​Raspberry Pi.

At opbygge et system med dette niveau af kompleksitet er et problem fyldt med grænseflade-, logistik-, udviklings-, drifts-, test- og implementeringsudfordringer. Jeg udholdte alle disse udfordringer, mens jeg byggede SOTU med resultatet af mig at honey eksisterende færdigheder og erhverve mange nye. Vel spillet Raspberry Pi Foundation, mission opnået.

SOTU er den type problem, der forener skabere fra forskellige discipliner og en, der spænder os som alle ingeniører. Jeg udnyttede jeres kollektive viden alle gange under dette projekt, min mest værdifulde ressource. Con Amor de ArbitraryY

Ekstra

Simonne beskriver sin filosofi og kunstneriske vision for hemmeligheder af universet i sit interview for 3SAT TV.



Du Kan Være Interesseret

Spiselige innovationer: Gemmer bier og Snacking med Turtle Haus

Spiselige innovationer: Gemmer bier og Snacking med Turtle Haus


Maker Pro News: At holde Adafruit Fresh, Fidget Spinner Innovation, og mere

Maker Pro News: At holde Adafruit Fresh, Fidget Spinner Innovation, og mere


Denne open-source chassis er den næste 3D-trykte bil

Denne open-source chassis er den næste 3D-trykte bil


Gør problemer - Tings magt

Gør problemer - Tings magt