Обычно квадрокоптеры воспринимаются как устройства с камерой, предназначенные для съемки каких-либо событий. Однако сфера применения этих аппаратов все больше расширяется. Одно из популярных направлений, в котором дроны являются активными участниками, — это организация световых шоу.
Во время представления сотни квадрокоптеров взмывают в ночное небо и создают трехмерные изображения, причем фигуры могут меняться или двигаться. Продолжительность шоу обычно не превышает 10–15 минут, однако оно отличается красотой и зрелищностью. При этом для воплощения в жизнь оригинальных сценариев необходимо решить ряд серьезных технических вопросов.
Подготовительный этап
При организации светового шоу необходимо учесть ряд факторов, среди которых — требования, предъявляемые к квадрокоптерам, синхронизация всех устройств, включая позиционирование и программирование, выбор места проведения представления и установка дронов.
Параметры квадрокоптеров
Необходимо подобрать дроны со светодиодными RGB-лампами и с соответствующей системой навигации. Разноцветные фонари лучше оснастить рассеивателями, чтобы квадрокоптер был виден хорошо со всех сторон, в том числе сбоку и сверху. Лампы должны иметь большую мощность. Также нужно учесть следующие характеристики:
- сложность производства и стоимость. Чем дешевле дрон и проще его конструкция, тем больше их можно выпустить. А это влияет на стоимость представления и его зрелищность;
- массу квадрокоптера. Для дронов весом более 250 г необходимы дополнительные разрешающие документы для осуществления полетов;
- конструкцию каркаса. Корпус должен быть достаточно прочным, чтобы обезопасить электронную начинку при столкновениях и падениях с высоты. Также необходима защита винтов;
- время полета. Обычно шоу длится 10–15 минут;
- скорость. Чем быстрее квадрокоптер, тем больше перемещений он сможет сделать за указанный промежуток времени. А это дает больше композиций.
Также одним из главных вопросов является выбор и настройка систем навигации.
Выбор системы навигации
При выборе нужно исходить из места проведения представления. Это может быть помещение или открытое пространство. Первый вариант кажется более безопасным, однако крыша и другие элементы архитектуры будут гасить сигналы навигации от спутниковых систем. Поэтому необходимо будет создавать местные точки отсчета. Для этого используют радио, инфракрасные устройства, лазеры, ультразвуковое и оптическое оборудование. Каждый случай нужно рассматривать индивидуально, подбирать для него соответствующие аппаратные и программные составляющие.
На открытом пространстве используются глобальные системы GNSS — GLONASS, GPS или Beidou. Это уже отлаженная технология, но есть некоторые нюансы, связанные с позиционированием дронов. GNSS-системы точно указывают положение предмета в горизонтальной плоскости, а при определении его высоты могут ошибаться на 10 метров и больше. Это неприемлемо при проведении светового шоу.
Для точного позиционирования квадрокоптера в вертикальной плоскости применяют технологию RTK, по которой на дроны посылаются радиосообщения от базовой станции, корректирующие высоту полета. При этом достигается точность около 2–20 см по трем направлениям. Нужно отметить, что стоимость системы высока и она чувствительна к помехам.
Также необходимо, чтобы дроны при полете не сталкивались друг с другом. Квадрокоптер должны точно «знать», где он будет в определенный момент времени и какой цвет должен излучаться при этом. Для решения данной задачи необходимо составить правильную программу полета и заложить ее в устройство.
Наземный этап
На земле необходимо установить базовую станцию, которая решает несколько задач:
- создание системы RTK. Для этого принимаются сигналы GNSS и формируются RTCM-сообщения, содержащие корректировку по высоте и другие команды;
- отправку необходимой информации дронам по радиоканалу. Сообщения могут содержать команды об экстренной посадке или старте;
- обеспечение удаленного доступа. К базе подключаются компьютеры или смартфоны для контроля и управления. Для связи может использоваться Wi-Fi или Ethernet.
Каждый разработчик обычно использует собственное ПО для реализации перечисленных задач.
Создание трехмерных изображений
Один из важных этапов — создание анимации. Здесь помимо технической подготовки нужно проявить творческие способности. Необходимо создать зрелищное шоу с учетом параметров системы. Для этого необходимо воспользоваться услугами опытных 3D-аниматоров. Они должны смоделировать красивое представление, учитывая множество факторов, среди которых:
- скорость дрона;
- время работы аккумулятора;
- радиус безопасной зоны для дрона;
- ветровое сопротивление.
Учитывая эти данные, необходимо построить алгоритмы по плавной смене картинок. При этом нужно производить это как можно быстрее, чтобы на небе не образовывалась разноцветная «каша». Это сложная задача даже при наличии ста дронов, а если вверх взмывают тысячи квадрокоптеров, то расчеты становятся намного сложнее, фигуры — более объемными и малоподвижными. Для создания программы полетов можно использовать 3DS MAX, Cinema4D, но многие компании применяют софт собственной разработки. После того как в анимации все было проверено, необходимо загрузить полетные задания в коптеры и отправиться к месту запуска.
Этап запуска
Вначале нужно найти площадку для запуска. На ней не должно быть деревьев, высоких сооружений, столбов с ЛЭП, чтобы избежать столкновений с ними коптеров и появления наводок на сигналах GNSS. Нельзя допускать, чтобы рядом с площадкой находились люди, в целях безопасности. К тому же излишнее внимание будет мешать проведению предполетных испытаний. На площадке не должно быть высокой травы, чтобы избежать поломки дронов при посадке и старте.
Далее нужно расставить квадрокоптеры по заранее отмеченным местам на определенном расстоянии друг от друга. Переносить дроны удобно в специальных стойках, где они располагаются стеками. После установки проводят проверку правильности расположения коптеров. Для этого запускают световую «змейку»: каждое устройство должно начать мигать последовательно, друг за другом. Также нужно позаботиться о средствах связи для организаторов светового представления, так как расстояния между ними будут большими. После завершения подготовительных мероприятий дается сигнал к синхронному старту, и шоу начинается.