走馬燈的制作

走馬燈的制作

60 多年過去了，盡管輝光管已經停產，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象，原理示意如圖 1 所示。走馬燈內部有一個蠟燭或燈產生熱量，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部的葉輪旋轉，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，這些圖案的影子被投射到燈籠的屏幕上，從而產生動態的視覺效果，給人一種圖像連續運動的感覺。

圖 1 走馬燈的原理示意

走馬燈的歷史

正月十五元宵節，民間風俗要掛花燈，走馬燈為其中一種，傳統走馬燈如圖 2 所示。走馬燈的外形多為宮燈狀，在其內部粘一圈剪紙，將繪好的圖案粘貼在其外部。燃燈后熱氣上升，葉輪旋轉，燈屏上出現人馬追逐、物換景移的影像。宋朝就已經有走馬燈了，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，燈轉動時看起來好像幾個人你追我趕，故名走馬燈。

圖 2 傳統走馬燈

本作品的功能設計為走馬燈效果（燈面轉動、RGB 燈光秀和數字人）。結構設計為燈籠安裝、硬件搭建、電路連接等。文化設計體現南京地域文化。

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，在該函數中編寫控制 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如圖 5 所示，WS2812 RGB 全彩燈帶紅色燈光逐個亮起的函數如圖 6 所示。通過模擬環境光線傳感器來判斷是否執行走馬燈效果程序。

結構制作

1.為了能夠將南京的特色景點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構。

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 主控板及內部走線，在其中一個側面上固定模擬環境光線傳感器，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.組裝結構件及硬件。

5.測試運行。

制作數字人

1.打開如影網站頁面并完成用戶注冊，進入工作臺，制作數字人短視頻。

2.選擇視頻模式為橫屏模式。

3.單擊“數字人庫”，選取適合的數字人形象。

4.單擊“數字人編輯”，在紅框中輸入需要播報的文本內容。

5.單擊“字幕”選項卡，設置字幕樣式。單擊“合成視頻”, 生成數字人視頻。

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，即可觀看數字人解說視頻。