一种展示余晖效应的动态立体演示装置的制作方法

本发明涉及一种展示余晖效应的动态立体演示装置，主要用于科普教育和教学实践活动。

背景技术：

人的视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。整个过程大概需要0.1～0.4秒的时间，当眼前的物体突然消失，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1～0.4秒的时间，人眼的这种现象是视觉暂留现象，又被称为“余晖效应”。视觉暂留现象是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。电影的胶片实际上就是一条塑料胶片上印着连续的画面，每一个画面称为一帧，代表电影中的一个时间片段。这些帧的内容总比前一帧有稍微的变化，当电影胶片在投影机上放映时就产生了运动的错觉：每一帧都很短并且很快被另一帧所代替，这样就产生了运动。

在教学过程中，通常教师会用到一种简易的道具来展示视觉暂留现象，这种道具被称为“笼中鸟”，主要是一个硬纸板正面画上鸟笼，背面画上鸟，用一个直杆沿着“鸟笼”的中心穿过硬纸板，当这个硬纸板围绕直杆快速翻转时，可以观察到“鸟”出现在“鸟笼”中的视觉现象。其实就是硬纸板翻转过程中正面的“鸟笼”与背面的“鸟”的影像在我们的视觉中重合了。更进一步的，在讲解电影或者动画原理的时候，就需要用到一种相对专业的装置了，这种装置被称为“奔腾的画中马”，一个水桶状的圆桶，底面中心安装有垂直于底面向外的转轴，经轴承座等固定在基座上，圆桶侧壁不透光，沿着轴线方向均布很多通透的狭缝，圆桶内壁在狭缝之间粘贴着马奔跑循环动画动作分解图案。快速转动圆桶，并通过狭缝从圆桶外向圆桶内看，能看到马在原地奔腾的动态影像。这两种道具和装置，前者能展示视觉暂留原理但不能展示电影的原理，后者能展示电影原理但影像是在原地动作。并且两者都是平面的图像，不够立体生动。综上所述，目前的教具难以吸引观众的注意，难以激发观众探究的意愿，教学效果不佳。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种展示余晖效应的动态立体演示装置，该演示装置能让参观者或学习者更加直观的认识视觉暂留现象和动画与电影的原理，并且适合长期教学使用。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种展示余晖效应的动态立体演示装置，包括机架以及转盘轴系，所述转盘轴系包括安装在机架上的转轴以及固定在所述转轴上随转轴一起同步转动的转盘，所述转盘上固定有与转盘同轴转动的转筒，所述转筒外侧面上设有多个沿转筒周向均匀间隔布置且构成连续动作姿态的立体模型，所述转盘的盘面上均匀间隔设有多个沿转动周向布置的参照标记，所述参照标记位于所述转筒的外侧，所述参照标记的数量比立体模型的数量多一个。

进一步的，所述转盘的盘面上设有多个沿转动周向均匀间隔布置且构成连续动画的分解图案，所述分解图案位于所述转筒的外侧，所述分解图案的数量与所述立体模型的数量相等。

进一步的，所述演示装置还包括安装在机架底座上的保护罩，所述保护罩内顶部安装有频闪灯，所述转盘的盘面上设有多个沿转动周向均匀间隔布置的传感标记，所述传感标记位于所述转筒的内侧，所述参照标记的数量与所述传感标记的数量相等或参照标记的数量等于整数倍的所述传感标记的数量，所述机架上安装有用于检测所述传感标记的对射传感器，所述传感标记以及对射传感器与转轴之间的距离相等；所述传感标记随转盘转动并与所述对射传感器重合时，所述对射传感器将感应信号发送至相应的控制系统，所述控制系统每接收一次信号则控制所述频闪灯开启闪烁一次。

进一步的，所述演示装置包括驱动所述转轴转动的驱动机构，所述驱动机构为手轮或电机。

进一步的，所述连续动作姿态的开始姿态与最后姿态相同，所述连续动画的开始图案与最后图案相同。

进一步的，所述保护罩的正面透明、其他面均为非透明，所述转轴的轴向垂直于所述保护罩的正面。

本发明的有益效果在于：

1、构成连续动作姿态的立体模型可以采用3d打印技术制作而成，所述立体模型在随转筒转动时所呈现出的连续动作姿态的效果生动鲜明，更吸引观众的注意力。

2、以人体行走的连续动作姿态来分解获得多个人偶立体模型、以动物行走的连续动画来分解获得多个动物分解图案、以大树图案为参照标记为例，本发明进行演示操作时：由于所述参照标记的数量与所述传感标记的数量相同，所以当转盘轴系转动起来以后在频闪灯的作用下大树图案的所述参照标记在视觉上静止不动。固定在所述转筒外侧面上的人偶立体模型数量与所述动物分解图案数量相同，人偶立体模型数量与所述传感标记的数量不一致也不是倍数关系，所以当转盘轴系转动起来以后在频闪灯的作用下人偶立体模型与动物分解图案在视觉上呈现出连续行走动作的同时其位置也持续偏移。从而呈现出立体的人偶与平面的狗在一条路边间隔均匀的种植了相同树木的路上向前行走的视觉效果，行走动作与位置偏移符合逻辑关系。人偶立体模型与平面狗的分解图像同时呈现出动画效果，能调动起观众的探究兴趣。而人偶向前行进与参照标记树木图案保持不动的视觉反差，则更能激发观众探究的意愿。

3、所述转盘轴系可以在所述驱动系统的带动下转动，既可顺时针转动又可逆时针转动，当逆时针转动时人偶和动物呈现出视觉上向前行进的效果；当顺时针转动时则人偶和动物呈现出视觉上向后倒退的效果。双向转动带来不同效果对比更容易让观众理解视觉暂留现象和动画与电影的原理。

4、本发明设有保护罩，除正面透明外，其余面均不透光，降低了外界的光线干扰的同时也有效地保护了转盘及人偶立体模型，为教学成果提供了保证，同时也具有长期放置时的防尘作用。

5、本发明结构简单，使用方便，适合于长期的教学使用。本发明能让参观者或学习者更加直观的认识视觉暂留现象和动画与电影的原理，并且适合长期教学使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明正面示意图；

图3为本发明侧面示意图；

图4为本发明一组连续动作姿态人偶立体模型正面示意图；

图5为本发明参照标记与分解图案结构示意图；

图6为本发明采用电机驱动的结构示意图。

图中标记符号的含义如下：

100-机架110-轴承座120-传感器安装孔200-转盘轴系

210-转盘220-立体模型230-转轴240-驱动系统211-参照标记

212-传感标记213-转筒214-分解图案240a-手轮240b-电机

300-保护罩310-频闪灯安装座400-传感器500-频闪灯

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，图例为一种展示余晖效应的动态立体演示装置。

该演示装置包括机架100、保护罩300、转盘轴系200、一组对射传感器400、一组led频闪灯500及控制系统等，机架100上设置有轴承座110与传感器安装孔120，保护罩上设置有频闪灯安装座310，转盘轴系200包括转轴230、转盘210、一组构成连续行走动作姿态的人偶立体模型220以及手轮240a，所述转盘210上设置有30个树木图案的参照标记211、29个构成狗跑动动画循环动作的分解图案214以及30个通孔构成的传感标记212，29个人偶立体模型220按照连续动作姿态顺序顺时针均匀排布并固定在转筒213外侧面上，转盘210固定在转轴230上，转盘轴系200通过轴承座110安装在机架100上，并能通过手轮240a带动整个轴系200旋转，led频闪灯500固定在频闪灯安装座310上，并位于转盘210的正上方(如图3所示)，对射传感器400固定在机架安装孔120上，对射传感器400中心位置到转轴230的距离与转盘210上设置的传感标记通孔212阵列中心圆的半径相同(如图2所示)，转盘轴系200转动时，每当一个传感标记212经过对射传感器400都可以实时检测到，控制系统在每接收到对射传感器400检测到转盘内圈传感标记212一次就控制点亮led频闪灯500一次，使得频闪频率与转盘转速相匹配。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者逆时针转动手轮240a，带动转盘210逆时针旋转，转盘上的传感标记212依次经过对射传感器400，对射传感器400每检测到传感标记212一次，控制系统就控制点亮led频闪灯500一次。由于所述转盘上的参照标记211的数量与传感标记212的数量相同，所以当转盘轴系200转动起来以后在led频闪灯500的作用下参照标记211在视觉上静止不动。固定在所述转筒213上的连续动作姿态人偶立体模型220数量与所述分解图案214数量相同，该数量比传感标记212的数量少1，所以当转盘轴系200转动起来以后在频闪灯500的作用下立体模型与分解图案呈现出视觉上连续行走动作的同时其位置也持续向前偏移360°×(1/29-1/30)。即呈现出立体的人偶与平面的狗在一条路边间隔均匀的种植了相同树木的路上向前行走的视觉效果。同样，当手轮240a以顺时针方向旋转时，转盘210逆时针旋转，呈现出立体的人偶与平面的狗在一条路边间隔均匀的种植了相同树木的路上向后退的视觉效果。

实施例2

如图6所示，图例为一种展示余晖效应的动态立体演示装置。

该演示装置包括机架100、保护罩300、转盘轴系200、一组对射传感器400、一组led频闪灯500及控制系统等，机架100上设置有轴承座110与传感器安装孔120，保护罩上设置有频闪灯安装座310，转盘轴系200包括转轴230、转盘210、一组形成连续行走动作姿态的人偶立体模型220和电机240b，所述转盘210上设置有30个树木图案的参照标记211、29个形成狗跑动动画循环动作的分解图案214以及30个通孔构成的传感标记212，29个人偶立体模型220按照连续动作顺序顺时针均匀排布并固定在转筒213外侧面上，转盘210固定在转轴230上，转盘轴系200通过轴承座110安装在机架100上，并能通过电机240b带动整个轴系200旋转，led频闪灯500固定在频闪灯安装座310上，并位于转盘210的正上方(如图3所示)，对射传感器400固定在机架安装孔120上，对射传感器400中心位置到转轴230的距离与转盘210上设置的传感标记通孔212阵列中心圆的半径相同(如图2所示)，转盘轴系200转动时，每当一个传感标记212经过对射传感器400都可以实时检测到，控制系统在每接收到对射传感器400检测到转盘上传感标记212一次就控制点亮led频闪灯500一次，使得频闪频率与转盘转速相匹配。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者接通电源，电机240b在控制系统作用下逆时针转动，带动转盘210逆时针旋转，转盘上的传感标记212依次经过对射传感器400，对射传感器400每检测到传感标记212一次，控制系统就控制点亮led频闪灯500一次。由于所述转盘上的参照标记211的数量与传感标记212的数量相同，所以当转盘轴系200转动起来以后在led频闪灯500的作用下参照标记211在视觉上静止不动。固定在所述转筒213上的连续动作姿态人偶立体模型220数量与所述分解图案214数量相同，该数量比传感标记212的数量少1，所以当转盘轴系200转动起来以后在频闪灯500的作用下立体模型与分解图案呈现出视觉上连续行走动作的同时其位置也持续向前偏移360°×(1/29-1/30)。即呈现出立体的人偶与平面的狗在一条路边间隔均匀的种植了相同树木的路上向前行走的视觉效果。在达到控制系统设定的而时间后，电机240b逐步减速直至停止，然后以顺时针方向旋转时，转盘210逆时针旋转，呈现出立体的人偶与平面的狗在一条路边间隔均匀的种植了相同树木的路上向后退的视觉效果，直至达到控制系统设定的而时间后，电机逐步减速直至停止。