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创客作品《光幻觉走马灯》

来源: 发布时间:2018-10-28 19:28:00 浏览次数: 【字体:

光幻觉走马灯

南信大高新实小   李欣然  周恒慧  殷先正

一、创作背景

2018年南京市中小学创客大赛以“传承与创新”为主题,通过活动引导广大青少年体验感受优秀传统文化的魅力,感悟中国传统文化中蕴涵的价值理念。通过大赛使我市学生学习、理解、守护、传承中国传统文化遗产,并通过技术创新让传统文化闪耀新的光芒。

走马灯古称蟠螭灯(秦汉)、仙音烛和转鹭灯(唐)、马骑灯(宋),中国特色工艺品,亦是传统节日玩具之一,属于灯笼的一种。公元1000年左右,中国人就创造了走马灯。许多古籍都有关于走马灯的记述。走马灯上有平放的叶轮,下有燃烛或灯,热气上升带动叶轮旋转,这正是现代燃气涡轮工作原理的原始应用。

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走马灯外形多为宫灯状,内以剪纸粘一轮,将绘好的图案粘贴其上。燃灯以后热气上熏,纸轮辐转,灯屏上即出现人马追逐、物换景移的影像。

二、作品简介

本作品是根据2018年创客大赛的主题,选取中国古代的“走马灯”为元素,使用生活中常见的可回收材料设计制作而成。为了减少污染,我们用电机代替了燃烛来驱动走马灯的内部旋转,用彩色的LED灯来发光,用密度板制作骨架,用硬纸板制作外壳。我的作品之所以叫“光幻觉走马灯”,是因为我们在内部转动的图画上做了一点创意设计,这也是我们这件作品的亮点:我们利用光幻觉动画原理,让走马灯上的图画不再是简单的旋转替换,而是让马真的“走”起来,更厉害的是不止是一匹马哦!另外,我们还加装了一些开源硬件,可以对作品进行编程,实现自动旋转,切换灯的颜色,播放简单的音乐,甚至可以用遥控器来操作。可以说,我们的作品既有“传承”,也有“创新”!

二、主要配件

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控制器:makeblock mCore

驱动:TT马达

发光:全彩RGB LED灯条

结构部件:硬纸板、密度板

工具:铅笔、直尺、美工刀、热熔胶枪、绝缘胶布

三、设计草图

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四、作品原理

本作品内部转动过程中,无论你才哪个方向观看,都能看到不同的动画效果,这里利用到了“光栅动画”的原理。“光栅动画”又称“莫尔条纹动画”。是一种有趣的视觉游戏和动画显示方式,通过移动印在透明胶片上的光栅依次露出动画的多个帧来显示动画。

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原理测试效果图

四、制作过程

(一)制作光栅和光栅动画的图片

在学习和了解了光栅动画的原理以后,我们开始制作图片,由于绘画能力有限,我们选择了上网下载现成的逐帧动画图片,再用Photoshop软件来合成。可是我们发现网上找不到现成的逐帧动画素材,于是张老师帮我们下载了一些flash动画源程序,并提取了里面的图片。

我们制作的是四帧动画。首先在Photoshop中建立图层,如下图:

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每一竖条0.2厘米,四种颜色依次排列

然后导入四张动画原图,如下图:

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接下来,用Photoshop的魔棒工具,依次选择四种颜色,选择反向,分别删除四张图片的多余部分,如下图:

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然后,将光栅图层隐藏,保存图片,就得到了一张光栅动画的图片了:

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第一幅图保留了第一帧,第二幅图保留了第二针……

接着,将光栅图层显示出来,用魔棒工具和油漆桶工具把第1帧设成透明,第2、3、4帧涂成黑色,这样就得到了一个光栅图片。

最后用透明打印纸打印光栅,普通白纸打印动画素材,为了方便使用,我们还用压膜机压了一层保护膜。这样,光栅动画的素材就准备好了。

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(二)走马灯内部结构的设计制作

光幻觉动画需要移动光栅或者动画纸来显示不同帧的内容,所以我们打算把走马灯的内部设计成两层滚筒,我们有两个构想:①让外层的光栅滚动,里层的动画纸固定不动,这样设计的效果是在不同位置观察走马灯能看到不同的动画;②让外层的光栅固定,里层的动画纸滚动,这样设计的效果是无论在哪个位置观看走马灯,都是有不同的动画效果依次跑过。根据我们的讨论,结合制作难度,最终我们选择了第二种方案,然后开始制作:

1.制作里层的滚筒

我们使用超轻黏土的包装桶作为滚筒,上下粘上密度板,起到固定和支撑作用,在圆心处打孔,把打印好的3附图贴在滚筒的表面,完成内层滚筒的制作,效果如下图:

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2.制作底座

一开始,我们直接使用mBot小车的电机和车轮作为动力,制作了第一版的底座,如下图:

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把滚筒放在两个轮子上,把中轴固定,两个轮子一个正转一个反转,滚动就滚动起来了。转动的效果非常好,可是在测试中出现了一个致命的问题,转速太快了,动画效果看不出来,速度太低了,电机就转不动了。分析原因:车轮外径与滚筒外径比例问题。

于是我们改变策略,给两个电机装上小齿轮,在滚筒底部一周粘上扎带模拟齿轮,用小齿轮高速转动带动滚筒慢慢的旋转。为了保证平稳,我们在底座上挖了两个小坑,里面放上弹珠,既能支撑又不会阻碍滚筒转动,效果如下图:

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3.安装外层光栅

由于我们对光栅进行了亚膜处理,所以有一定的韧性,我们直接把光栅卷成圆筒,上下用硬纸板固定,套在滚筒外面就可以了,效果如下图:

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我们在内部装上彩灯,编写了简单的程序测试一下,测试效果如下图:

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4.走马灯的外形设计

我们把密度板锯成条作为支撑,然后根据古代宫灯的造型,用硬纸板制作外壳:

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再用硬纸板雕刻装饰,图上颜色,用橡皮塞做腿,上部加装挂钩,最终组装成型,我们还制作了新的动画图。这样一个可以悬挂也可以摆放的光幻觉走马灯就制作完成了。

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5.程序设计

这次的作品,程序部分是很简单的,就是控制两个电机旋转和彩灯闪烁,因为我们采用的是makeblock主控板,它的编程软件是图形化的,非常简单。因为我们的作品开关在底部,不太方便,所以我们编写了一段程序,用红外线遥控器来控制走马灯的旋转和停止,还可以切换灯的颜色,甚至我们还编了一小段音乐。

五、问题与体会

问题:

由于没有专业的工具,我们制作的滚筒中轴有点偏,另外我们组装零部件主要使用的热熔胶,粘好以后就很难拆开来,最终导致滚筒滚动有点卡顿,甚至有时候会卡住不动,需要手动拨一下。另外红外遥控器需要对准主控上的红外接收器(反射也可以),所以在使用的时候必学对准底部才有用。

体会:

这次的创作给我们最大的体会就是,要大胆想象,敢于创新。我们是无意中在网上看到的光栅动画,基本上都是用手拉动光栅来观察效果的,于是我们想到了用把它用在创客作品上,最终效果也是令人满意的。

但是,这一次是我们加入创客社团以来最难的一次。一切都是从零开始自己制作,我们遇到了很多困难,我们有过争吵,有过眼泪,甚至想过放弃。还好,老师们给了我们很大的帮助,并鼓励我们,让我们发挥团队的力量,最终完成了作品的制作。


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