走马灯的制作
走马灯的制作
走马灯是一种结合了传统文化与现代科技的创意作品。本文将详细介绍走马灯的制作过程，从原理分析到具体实施，让读者能够深入了解这一传统工艺品的现代演绎。
走马灯的制作
60 多年过去了，尽管辉光管已经停产，有很多工程师仍然对它情有独钟。我用 8 块液晶显示屏制作了一个拟辉光管时钟，感受复古元素的美感，表达对过去经典的敬意。
本作品由信息科技、物理和历史3门学科教研组共同研制而成。物理教研组从走马灯的原理角度进行分析，历史教研组从走马灯的历史角度进行设计，并将南京相关景点作为走马灯的灯笼面，信息科技教研组从技术实现角度进行设计，最终制作出精美的走马灯，如题图所示。本作品具备走马灯效果和数字人播报两种功能，通过光控传感器、RGB灯带、舵机模拟走马灯效果。用手机扫描二维码，可观看数字人播报走马灯历史的视频。
走马灯原理
走马灯的原理基于热空气上升的物理现象，原理示意如图 1 所示。走马灯内部有一个蜡烛或灯产生热量，当热量增加时，空气体积膨胀，形成一股向上的气流。这个上升的气流推动灯笼内部的叶轮旋转，叶轮通常与轮轴相连，轮轴上附有剪纸或类似图案。随着叶轮旋转，这些图案的影子被投射到灯笼的屏幕上，从而产生动态的视觉效果，给人一种图像连续运动的感觉。
图 1 走马灯的原理示意
走马灯的历史
正月十五元宵节，民间风俗要挂花灯，走马灯为其中一种，传统走马灯如图 2 所示。走马灯的外形多为宫灯状，在其内部粘一圈剪纸，将绘好的图案粘贴在其外部。燃灯后热气上升，叶轮旋转，灯屏上出现人马追逐、物换景移的影像。宋朝就已经有走马灯了，当时称为“马骑灯”。因在灯的各个面上都绘制了古代武将骑马的图画，灯转动时看起来好像几个人你追我赶，故名走马灯。
图 2 传统走马灯
本作品的功能设计为走马灯效果（灯面转动、RGB 灯光秀和数字人）。结构设计为灯笼安装、硬件搭建、电路连接等。文化设计体现南京地域文化。
硬件材料
制作本作品所需的材料清单见附表。
制作过程
电路连接
模拟环境光线传感器连接 DFRduino UNO R3主 控 板 的 A1 引 脚，WS2812 RGB 全 彩 灯 带 连 接DFRduino UNO R3 主控板的 D5 引脚，舵机连接DFRduino UNO R3 主控板的 D8 引脚，具体连线如图 3 所示。
图 3 电路连线
程序编写
将走马灯效果定义为一个函数，在该函数中编写控制 WS2812 RGB 全彩灯带和舵机的程序，如图 4所示。WS2812 RGB 全彩灯带彩色灯光亮起的函数如图 5 所示，WS2812 RGB 全彩灯带红色灯光逐个亮起的函数如图 6 所示。通过模拟环境光线传感器来判断是否执行走马灯效果程序。
结构制作
- 为了能够将南京的特色景点画面留在灯笼表面上，本作品使用了灯箱布，将特色景点的图片印刷上去，灯笼整体采用六面体结构。
- 灯柱部分起到 WS2812 RGB 全彩灯带粘贴及舵机固定的作用。分别在立柱 4 个面开孔，方便 WS2812 RGB 全彩灯带与底座 DFRduino UNO R3 主控板连接，顶部舵机孔用于舵机安装。
- 底座部分主要用于固定 DFRduino UNO R3 主控板及内部走线，在其中一个侧面上固定模拟环境光线传感器，顶部圆孔用于将舵机、WS2812 RGB 全彩灯带与 DFRduino UNO R3 主控板连接。
- 组装结构件及硬件。
- 测试运行。
制作数字人
- 打开如影网站页面并完成用户注册，进入工作台，制作数字人短视频。
- 选择视频模式为横屏模式。
- 单击“数字人库”，选取适合的数字人形象。
- 单击“数字人编辑”，在红框中输入需要播报的文本内容。
- 单击“字幕”选项卡，设置字幕样式。单击“合成视频”, 生成数字人视频。
- 登录 KIVICUBE 平台。
- 进入平面 AR 界面，单击“上传素材”，将先前生成的数字人视频导入，并将其拖曳到合适的位置。
- 单击“视频控制”，在弹出的对话框中设置视频为“video”，类型为“播放”，触发条件为“场景开始”。
- 对当前工作进行保存，并保存观看视频的二维码。
- 手机打开 KIVICUBE 小程序，扫描二维码，即可观看数字人解说视频。