走馬燈的制作

60 多年過去了，盡管輝光管已經(jīng)停產(chǎn)，有很多工程師仍然對它情有獨鐘。我用 8 塊液晶顯示屏制作了一個擬輝光管時鐘，感受復古元素的美感，表達對過去經(jīng)典的敬意。

本作品由信息科技、物理和歷史3門學科教研組共同研制而成。物理教研組從走馬燈的原理角度進行分析，歷史教研組從走馬燈的歷史角度進行設計，并將南京相關景點作為走馬燈的燈籠面，信息科技教研組從技術實現(xiàn)角度進行設計，最終制作出精美的走馬燈，如題圖所示。本作品具備走馬燈效果和數(shù)字人播報兩種功能，通過光控傳感器、RGB燈帶、舵機模擬走馬燈效果。用手機掃描二維碼，可觀看數(shù)字人播報走馬燈歷史的視頻。

走馬燈原理

走馬燈的原理基于熱空氣上升的物理現(xiàn)象，原理示意如圖 1 所示。走馬燈內(nèi)部有一個蠟燭或燈產(chǎn)生熱量，當熱量增加時，空氣體積膨脹，形成一股向上的氣流。這個上升的氣流推動燈籠內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪通常與輪軸相連，輪軸上附有剪紙或類似圖案。隨著葉輪旋轉(zhuǎn)，這些圖案的影子被投射到燈籠的屏幕上，從而產(chǎn)生動態(tài)的視覺效果，給人一種圖像連續(xù)運動的感覺。

圖 1 走馬燈的原理示意

走馬燈的歷史

正月十五元宵節(jié)，民間風俗要掛花燈，走馬燈為其中一種，傳統(tǒng)走馬燈如圖 2 所示。走馬燈的外形多為宮燈狀，在其內(nèi)部粘一圈剪紙，將繪好的圖案粘貼在其外部。燃燈后熱氣上升，葉輪旋轉(zhuǎn)，燈屏上出現(xiàn)人馬追逐、物換景移的影像。宋朝就已經(jīng)有走馬燈了，當時稱為“馬騎燈”。因在燈的各個面上都繪制了古代武將騎馬的圖畫，燈轉(zhuǎn)動時看起來好像幾個人你追我趕，故名走馬燈。

圖 2 傳統(tǒng)走馬燈

本作品的功能設計為走馬燈效果（燈面轉(zhuǎn)動、RGB 燈光秀和數(shù)字人）。結(jié)構(gòu)設計為燈籠安裝、硬件搭建、電路連接等。文化設計體現(xiàn)南京地域文化。

硬件材料

制作本作品所需的材料清單見附表。

制作過程

電路連接

模擬環(huán)境光線傳感器連接 DFRduino UNO R3主 控 板 的 A1 引 腳，WS2812 RGB 全 彩 燈 帶 連 接DFRduino UNO R3 主控板的 D5 引腳，舵機連接DFRduino UNO R3 主控板的 D8 引腳，具體連線如圖 3 所示。

圖 3 電路連線

程序編寫

將走馬燈效果定義為一個函數(shù)，在該函數(shù)中編寫控制 WS2812 RGB 全彩燈帶和舵機的程序，如圖 4所示。WS2812 RGB 全彩燈帶彩色燈光亮起的函數(shù)如圖 5 所示，WS2812 RGB 全彩燈帶紅色燈光逐個亮起的函數(shù)如圖 6 所示。通過模擬環(huán)境光線傳感器來判斷是否執(zhí)行走馬燈效果程序。

結(jié)構(gòu)制作

1.為了能夠?qū)⒛暇┑奶厣包c畫面留在燈籠表面上，本作品使用了燈箱布，將特色景點的圖片印刷上去，燈籠整體采用六面體結(jié)構(gòu)。

2.燈柱部分起到 WS2812 RGB 全彩燈帶粘貼及舵機固定的作用。分別在立柱 4 個面開孔，方便 WS2812 RGB 全彩燈帶與底座 DFRduino UNO R3 主控板連接，頂部舵機孔用于舵機安裝。

3.底座部分主要用于固定 DFRduino UNO R3 主控板及內(nèi)部走線，在其中一個側(cè)面上固定模擬環(huán)境光線傳感器，頂部圓孔用于將舵機、WS2812 RGB 全彩燈帶與 DFRduino UNO R3 主控板連接。

4.組裝結(jié)構(gòu)件及硬件。

5.測試運行。

制作數(shù)字人

1.打開如影網(wǎng)站頁面并完成用戶注冊，進入工作臺，制作數(shù)字人短視頻。

2.選擇視頻模式為橫屏模式。

3.單擊“數(shù)字人庫”，選取適合的數(shù)字人形象。

4.單擊“數(shù)字人編輯”，在紅框中輸入需要播報的文本內(nèi)容。

5.單擊“字幕”選項卡，設置字幕樣式。單擊“合成視頻”, 生成數(shù)字人視頻。

6.登錄 KIVICUBE 平臺。

7.進入平面 AR 界面，單擊“上傳素材”，將先前生成的數(shù)字人視頻導入，并將其拖曳到合適的位置。

8.單擊“視頻控制”，在彈出的對話框中設置視頻為“video”，類型為“播放”，觸發(fā)條件為“場景開始”。

9.對當前工作進行保存，并保存觀看視頻的二維碼。

10.手機打開 KIVICUBE 小程序，掃描二維碼，即可觀看數(shù)字人解說視頻。