制作一款图形处理装置,用数字控制自然力

第1篇:通过Raspberry Pi闪烁LED项目学习欧姆定律、GPIO和晶体管知识
第2篇:通过Raspberry Pi使用LED和电机:如何处理大电流
第3篇:使用Raspberry Pi进行传感器输入实验
第4篇:使用传感器轻松制作有趣的项目
第5篇:制作卡通角色随风摆动就能绘制图形作品的装置

 

在本系列连载中,主要是通过使用Raspberry Pi创建的简单项目来学习电子制作的原理和基础知识。此次的分享嘉宾是伊藤尚未先生,他活跃于媒体艺术领域,并且以讲解“更深层次的原理”的书籍而闻名世界。在上一篇文章中,我们制作了一款让卡通角色随风移动创建图形作品的装置。

[目录]

1.前言
2.去繁从简,让LED闪烁
3.重力的利用
4.记录光的轨迹
5.电子制作中的“灵光一闪”
6.总结

1.前言

大家好,我是伊藤尚未。在我们平时思索各种电子作品的制作时,有时会在不经意间,灵光突然闪现,然后就能从所谓的“死胡同”里钻出来了,对吧。虽然这肯定还需要掌握一定的技术才行,但是技术本身也是需要进行一定的练习才能够熟练掌握的。所以,从这个意义来说,我得深刻反省,反省自己所做的练习还远远不够。

最近,我在考虑制作什么样的电子作品时,我就想如果只是一味地玩弄数字设备,总感觉少了点意思。因此,我就试着制作了上一篇文章中介绍的图形创建装置,通过使用风这一自然力量,绘制具有数字技术风格的图形作品。这次呢,我想反过来,制作一个通过数字控制技术,利用自然的力量,制作图形作品。

2.去繁从简,让LED闪烁

这次我们不考虑太过复杂的东西,我们要回归初心。如果仅仅是让LED闪烁,那么就如同之前的文章中介绍的那样,外接电源用干电池就可以了。所以我决定这次的作品使用GPIO进行控制,来点亮LED。

arduino explorer rover

上面的电路图中,只接了一个红色的LED。同样的,这次我要用GPIO引脚17和27,分别接一个绿色和蓝色的LED。红色的LED连接一个150Ω的限流电阻,绿色和蓝色的LED则分别连接一个75Ω的限流电阻。
此外,我觉得最好使用多种、多个LED,再考虑到目标作品的灵活度,所以我决定使用面包板,这样就可以调整晶体管和LED等元器件的位置等。

arduino explorer rover

做好红绿蓝组合后,将其和电池盒一起悬挂起来,类似于下图这种感觉。

i06_3

下图是实际制作完成的装置照片。面包板上装了红、绿、蓝三个LED,然后把它们整体吊起来。

诶,吊起来?
是的,我把它吊起来了。

i06_4a

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3.重力的利用

就这样,把这个随手做出来的装置悬挂在天花板上,然后就可以使它像钟摆一样来回晃动。也就是说,该装置在重力的作用下,能够晃动。但是,此时LED已经点亮,为了让LED也能轻微转动,需要将LED从面包板上稍微推出来一点。然后,在该装置的下方,延长相机的曝光时间,记录下光的移动轨迹。如此,就能绘制出一条条长长的椭圆,记录光的曲线。

仅仅这样,生成的图形就已经足够漂亮了,但是到这步只能记录光的轨迹,并没有反映出数字信号控制相关的意图。

i06_6

红色LED亮灯的状态下,用相机进行拍摄,就能拍出如此漂亮的曲线。

4.记录光的轨迹

接下来,我们就要创建程序,对LED进行有意识的控制。比如,让安装在面包板上地红色、绿色、蓝色LED按照某一周期进行闪烁。我们先使用Scratch,如下图所示,编写一个仅让红色LED闪烁的程序。此时,GPIO 的引脚4分配给了红色LED,引脚17和27分别分配给了绿色和蓝色LED。这样,红色LED就会闪烁,而绿色和蓝色LED的效果则仅仅是通过滑动开关来调整点亮和熄灭的亮度而已。

i06_7

实际上如果我们使用微控制器来编程,就会发现这种方式格外方便,不用改变电路板的结构,就能实现对光的控制。我们先让3个LED都保持点亮的状态。

i06_8

本来是抱着试一试的心态,结果竟生成了上图所示的图形。

漂亮得超乎想象吧!

i06_9

这是仅仅点亮蓝色LED和红色LED得到的图形。这也足够漂亮,就如同用示波生成的几何学图形。但是,如果仅仅是这样的话,那么就失去了使用微控制器的意义,而且也没有具象意义可言,所以我又尝试了仅让红色LED闪烁,并且使用了双重曝光等技术。

i06_10

虽然绿色LED没有闪烁,但是受晃动角度的影响,当角度超出LED的半值角时,就无法看见绿色LED的灯光,这效果也完全出乎意料,得到的图形也有很强的艺术感。

i06_12

对于这种类似于钟摆轨迹的图案,我们也会称作“钟摆模式”。实际上,这种图形制作方法很早以前就存在。在照相机被发明出来,人类可以记录光的轨迹之后,在具象设计等众多领域,人们试验出或者说创造出了这一制图方法。如今,使用计算机等工具,通过计算好的CG复现某个东西已经变得非常简单,但是从记录光线轨迹的角度来看,使用数码相机或胶卷相机,都可以制作出非常精美的作品。

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通过程序,控制LED的颜色、闪烁周期、亮度等因素,再加上多重曝光等摄影技术,就可以欣赏各种各样的图形了。话虽如此,我们实际上要做的仅仅是晃动这个类似于钟摆的自制装置而已……(笑)

这次的图像拍摄条件如下,供参考。

・相机:PENTAX K-7
・光圈:f/29
・ISO:100
・曝光时间:30秒

因为LED比较亮,所以我将光圈和ISO调得比较暗。如果这样调了之后仍然过亮,则可以通过程序,调整LED本身的发光亮度。在天花板上贴上黑色的胶版纸,将我们制作出来的装置吊在胶版纸的中心,高度距天花板一米左右,再晃动该装置,那么该装置就会大概以两秒为一个周期晃动一圈。此时,再用相机在装置的正下方捕捉它的运动。如果我们延长曝光时间,拍摄到的图案上会留下更多的运动轨迹,也可以通过多重曝光等手段,合成不同形状的图案。我觉得这一运动原本就具有物理美感,与其想着制作形状复杂的图形,还不如精心设计打磨相对简单的图形,这样作品会显得更加精美。

5.电子制作中的“灵光一闪”

究竟什么是“灵光一闪”或者“突发奇想”呢?我想,如果没有任何积累,那也不可能产生非常棒的想法,也许只有我们在平时不断地积累各种经验和体验,大脑里的两个神经元接点才能在不经意间连在一起,从而涌现出各种创意吧。

也就是说,将我们过去见过的事物、接触过的事物组合起来,或者经过一系列的加减乘除,才能产生新的东西。在此基础上,对其进一步改良,或者再充分发挥我们想象力,形成一个良性循环,这样就能创作出更加有趣的作品。

此次,通过本项目的图形作品的制作,在重拾我自身过往的记忆的同时,也稍微梳理了一下关于“微控制器和艺术两者的结合”的模糊概念。

本系列连载共6篇,本篇是最终篇。感谢各位读者朋友一直以来的关注,谢谢!

希望了解更多有关二极管(LED)基础知识的读者朋友,欢迎访问ROHM官网,在“电子小百科”页面有“发光二极管(LED)”的介绍!

 

本系列连载的内容

第1篇:通过Raspberry Pi闪烁LED项目学习欧姆定律、GPIO和晶体管知识
第2篇:通过Raspberry Pi使用LED和电机:如何处理大电流
第3篇:使用Raspberry Pi进行传感器输入实验
第4篇:使用传感器轻松制作有趣的项目
第5篇:制作卡通角色随风摆动就能绘制图形作品的装置
第6篇:制作一款图形处理装置,用数字控制自然力(本文)

伊藤 尚未

伊藤 尚未

日本电子制作普及推进委员会代表、媒体艺术家。作为科普作家、假扮动物园管理员的电工、理科实验课堂讲师、工作坊讲师、教材开发人员等,积极参与各种活动。 在月刊《儿童科学(诚文堂新光社)》连载电子制作项目长达19年,代表著书有《电子制作大图鉴》、《电子制作完美指南》。

制作卡通角色随风摆动就能绘制图形作品的装置

Arduino电子制作总结!基于微控制器的电子制作基础之基础篇

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