CN107103816B - 人体视觉惰性实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人体视觉惰性实验装置。本发明包括转筒以及立体模型组件，所述转筒侧面开设有多个均匀间隔布置的条状开口，所述条状开口长度方向与转筒轴向平行，所述立体模型组件包括多个与所述条状开口数量一致的模型单元，所述模型单元沿转筒周向依次布置在转筒外侧且与所述条状开口一一对应，所述立体模型组件与转筒同步转动并产生动态立体画面。本发明利用立体模型组件实现了实验画面动态、丰富、清晰、流畅。本发明可以让实验者或参观者能够通过自己的眼睛，直观的感受人眼具有的移动物体的视觉暂留现象和视觉互补效应，并且适合于长期的实验教学使用。

Description

人体视觉惰性实验装置

技术领域

本发明涉及一种人体视觉惰性实验装置，主要用于实验教学和科普教育实践活动。

背景技术

视觉暂留现象即视觉暂停现象，又称“余晖效应”，是1824年由英国伦敦大学教授皮特·马克·罗葛特在他的研究报告《移动物体的视觉暂留现象》中最先提出。

眼睛的一个重要特性是视觉惰性，即光像一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光像的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。

视觉暂留现象首先被中国人发现，走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留运用。宋时已有走马灯，当时称“马骑灯”。

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。该现象的具体应用有电影的拍摄和放映，其产生的原因是由视神经的反应速度造成的，其时值是二十四分之一秒，是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。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。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。

目前，在人体视觉惰性实验中采用的是如下两个方案：

1)、圆盘式：通过绳索等将一个圆盘在外侧水平两端固定(也就是一个被绳子在两面穿过的圆盘)，使得圆盘可以围绕着绳索旋转，在圆盘的两面画上有一定关联的不同图案。此时，如果我们快速旋转圆盘就会发现，两幅图案会形成一幅图案。比如，我们在圆盘的一面画了一只鸟，在圆盘的另外一面画了一只鸟笼子，在圆盘高速旋转的情况下，我们看到的是一幅鸟笼子中有一只鸟的画面。

2)、圆筒式：通过轴承等方式支撑一个圆筒，圆筒可以自由地旋转，在圆筒的内壁上贴上一组相关联的画面，此时，如果我们快速旋转圆筒就会发现，圆筒内会形成一幅图案。

不难看出，这种类型的演示装置存在着以下问题：

首先，圆盘旋转形成的是一幅静态画面，并且在这种条件下人眼还是可以断续的看出独立的两个画面；其次，由于圆筒内壁一组相关联的画面会使得实验者产生错觉，认为仅仅是在圆筒内部贴画才会有类似现象发生；再者，由于受到了画面、旋转体、光线等因素的影响，这类实验的画面模糊不清，严重的还会使实验者感到头晕恶心。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种人体视觉惰性实验装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

人体视觉惰性实验装置，包括转筒以及立体模型组件，所述转筒侧面开设有多个均匀间隔布置的条状开口，所述条状开口长度方向与转筒轴向平行，所述立体模型组件包括多个与所述条状开口数量一致的模型单元，所述模型单元沿转筒周向依次布置在转筒外侧且与所述条状开口一一对应，所述立体模型组件与转筒同步转动并产生动态立体画面。

进一步的，该实验装置包括固定轴底座，所述固定轴底座上安装有固定轴，所述固定轴上通过轴承支撑有轴承座，所述轴承座上连接安装有转盘，所述转筒以及立体模型组件安装于所述转盘的上盘面，所述转筒以及立体模型组件随所述转盘同步转动。

进一步的，所述条状开口的宽度为4～20mm，所述条状开口的长度小于所述转筒的长度，所述条状开口数量为6～20个；所述转筒的内壁为白色，所述转筒的外壁为黑色，所述立体模型组件为黑色。

进一步的，所述固定轴为空心轴，所述固定轴端部安装有位于所述转筒内的灯盘组件，所述灯盘组件通过布置在固定轴内部的电路与传感器实现控制连接，所述传感器在感应到转盘转动时灯盘组件的发光元件开启，所述传感器在感应到转盘静止时灯盘组件的发光元件关闭。

进一步的，所述固定轴底座安装于框架底座上，所述框架底座安装于台面板上，所述台面板上布置有以可拆卸方式安装在所述框架底座上并罩在所述转筒以及立体模型组件上的透明外罩。

进一步的，该实验装置还包括驱动所述转盘转动的皮带传动机构或齿轮传动机构；所述皮带传动机构包括安装在转动轴上的主皮带轮以及安装在所述轴承座上的副皮带轮，所述主皮带轮通过皮带带动所述副皮带轮转动；所述齿轮传动机构包括安装在转动轴上的主齿轮以及安装在所述轴承座上的副齿轮，所述主齿轮通过中间齿轮带动所述副齿轮转动；所述转动轴一端安装手轮或驱动电机。

进一步的，所述透明外罩侧面设有沿周向布置的槽口，所述转盘一侧边缘从所述槽口伸出构成便于人手拨动转盘的驱动端。

进一步的，所述透明外罩内顶部安装有聚光灯，所述转盘对应立体模型组件下盘面吸附有磁铁，所述磁铁的数量与立体模型组件的数量一致，所述磁铁在转盘转动时触发传感器并使得所述聚光灯闪烁。

进一步的，所述透明外罩外侧贴有半反半透膜。

本发明的有益效果在于：

1)本发明用立体模型组件替代了平面画。客观世界因双眼而立体，平面图像无法跃然纸上。我们在生活中看到的事物都是立体的，因此，立体模型组件替代平面画能够更加贴近生活，更能够真实的反映客观世界的现象，而这些是平面画无法做到的。

同时，本实验装置还可以用于验证双眼立体视觉的另外一个现象：视觉位移。早在1839年，英国著名的科学家温特斯顿进行过一系列研究发现：因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米，观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像，而我们的大脑可以通过对比这两副不同的“影像”自动区分出物体的距离远近，从而产生强烈的立体感。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越大，视差位移也越大。

2)实验画面动态、丰富。

本发明实例中立体模型组件由多个飞鸟模型单元构成，实现了画面动态，具有故事情节，展现了飞行姿态，且随着灯光(灯盘组件和/或聚光灯)的开启和变化，在展现出了飞翔的鸟飞入鸟笼的情景同时伴随着鸟的颜色的改变(白色变为黑色)；同时，根据不同的立体模型，同样可以展示出比如奔驰的骏马、火车、汽车和飞机等动态场景。

3)画面清晰、流畅。

由于采用了立体模型组件和灯光，展现出来的动态画面轮廓清晰、画面动感流畅。

4)实验操作方法多样化，包括用驱动电机驱动、用手轮旋转等，传动方式包括直连、皮带、齿轮、链条等，也可以通过驱动电机驱动实现长时间运转，可以根据实验和教学现场条件进行选择。

5)本发明设有的透明外罩表面贴有半反半透膜，可以进一步的增强演示效果。

6)本发明设有活动连接的透明外罩，可根据使用需要安装或拆卸透明外罩，在演示过程中，降低了外界因素对实验的干扰，为实验和教学成果提供了保证，同时也具有长期放置时的保护和防尘作用。

7)本发明可由人力驱动，聚光灯和灯盘组件采用LED光源，可根据实际需要在各种场所进行演示，符合节能减排的社会需要，并且结构简单，实验费用和维护费用低廉，适合于长期的实验和教学使用。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例2结构示意图。

图3为本发明实施例3结构示意图。

图4为本发明实施例4结构示意图。

图5为本发明实施例5结构示意图。

图6为本发明实施例6结构示意图。

图7、8分别为两种不同的飞鸟立体模型组件结构示意图，其中图7飞鸟立体模型为黑色，图8飞鸟立体模型为白色。

附图中标记的含义如下：

1-台面板 2-框架底座 3-固定轴底座 4-固定轴 5-轴承座

6-轴承 7-灯盘组件 8-转筒 8a-条形开口 9-立体模型组件

9a-模型单元 10-转盘 11-传感器 12-磁铁 13-手轮 13a-电机

14-转动轴 15-转动轴承座 16a-主皮带轮 17a-皮带

18a-副皮带轮 16b-主齿轮 17b-过渡齿轮 18b-副齿轮

19-聚光灯 20-透明外罩 21-驱动端

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，图例为一种用手直接拨动转盘进行实验的人体视觉惰性实验装置，该实验装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板1上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10上安装有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀布置的条状开口(槽)，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述固定轴4上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述灯盘组件7通过传感器11和控制电路启动或关闭发光元件。在台面板1上有透明外罩12罩住该实验装置，所述转盘10一侧边缘露出透明外罩12构成驱动端21，用于实验人员能够直接拨动转盘10，进行实验。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员以顺时针方向用手拨动转盘10，驱动转盘10发生旋转，转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8以及立体模型组件9一起同步旋转，此时，转盘10的旋转触发了传感器11，启动了灯盘组件7开始发光，实验人员就可以观察到：飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟。

实施例2

如图2所示，图例为一种利用电机驱动转盘进行实验的人体视觉惰性实验装置，该实验装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板1上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10上安装有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀的条状开口(槽)，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述立体模型组件9上方悬挂了聚光灯19，所述固定轴上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述的聚光灯19和灯盘组件7可以通过传感器11、磁铁12以及控制电路启动或关闭发光元件，转盘10通过电机13a驱动旋转。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员启动电机13a并通过主皮带轮16a和皮带17a以及副皮带轮18a驱动转盘10发生旋转，转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8和立体模型组件9同步一起旋转，此时，控制电路关闭灯盘组件7，立体模型组件9下部的磁铁12触发了传感器11，启动了聚光灯19发光，每触发一次，灯光闪一下，这个时候实验人员可以观察到一只白色的鸟在空中飞翔，随后，聚光灯19渐渐变暗至关闭，灯盘组件7开始逐渐发光变亮，此时，实验人员就可以观察到飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟，同时，白色的鸟颜色改变为黑色。

上述实验装置在透明外罩20表面可以贴半反半透膜，由于半反半透膜的特性，实验人员只能看到灯光照射部分的场景，也就是当聚光灯19点亮闪光时，只能看到白色飞翔的鸟，看不到转筒8，当聚光灯19熄灭，灯盘组件7点亮时，只能看到在鸟笼空中飞翔的黑色鸟。对提升实验人员的视觉效果非常明显突出。

实施例3

如图3所示，图例为一种利用手摇式皮带传动机构进行实验的人体视觉惰性实验装置，该装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板1上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述的固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10上安装有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀的条状开口槽，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述固定轴上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述的灯盘组件7通过传感器11和控制电路启动或关闭发光原件。在台面板1上有透明外罩12罩住该实验装置。

该实验装置在台面板1的上部设有手摇式的手轮13，手轮13套设固定在伸在台面板1上侧的转动轴14上，手轮13转动并驱动支撑在转动轴承座15上的转动轴14旋转；转动轴14带动主皮带轮16a、皮带17a、副皮带轮18a旋转，并驱动转盘10旋转。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员以顺时针方向旋转手轮13，驱动主皮带轮16a、皮带17a、副皮带轮18a旋转，并驱动转盘10旋转。转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8和立体模型组件9同步一起旋转，此时，转盘10的旋转触发了传感器11，启动了灯盘组件7开始发光，实验人员就可以观察到：飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟。

实施例4

如图4所示，图例为另一种利用手摇式皮带传动机构进行实验的人体视觉惰性实验装置，该装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述的固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10上安装有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀的条状开口槽，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述立体模型组件上方悬挂了聚光灯19，所述固定轴4上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述聚光灯19和灯盘组件7可以通过传感器11和磁铁12以及控制电路启动或关闭发光元件，转盘10通过手轮13b、转动轴14、转动轴承座15、主皮带轮16a、皮带17a、副皮带轮18a驱动旋转。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员摇动手轮13，通过手轮13、转动轴14、转动轴承座15、主皮带轮16a、皮带17a、副皮带轮18a驱动转盘10发生旋转，转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8和立体模型组件9同步一起旋转，此时，控制电路关闭灯盘组件7，立体模型组件9下部的磁铁12触发了传感器11，启动了聚光灯19发光，每触发一次，聚光灯19闪一下，这个时候实验人员可以观察到一只白色的鸟在空中飞翔，随后，聚光灯19渐渐变暗至关闭，灯盘组件7开始逐渐发光变亮，此时，实验人员就可以观察到飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟，同时，白色的鸟颜色改变为黑色。

上述实验装置在透明外罩20表面可以贴半反半透膜，由于半反半透膜的特性，实验人员只能看到灯光照射部分的场景，也就是当聚光灯19点亮闪光时，只能看到白色飞翔的鸟，看不到转筒8，当聚光灯19熄灭，灯盘组件7点亮时，只能看到在鸟笼空中飞翔的黑色鸟。对提升实验人员的视觉效果非常明显突出。

实施例5

如图5所示，图例为一种利用手摇式齿轮传动机构进行实验的人体视觉惰性实验装置，该装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板1上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述的固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10安装设有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀的条状开口槽，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述固定轴3上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述的灯盘组件7通过传感器11和控制电路启动或关闭发光元件。在台面板1上有透明外罩12罩住该实验装置。

该实验装置在台面板1的上部设有手摇式的手轮13，手轮13套设固定在伸出台面板1上侧的转动轴14上，手轮13转动并驱动支撑在转动轴承座15上的转动轴14旋转；转动轴14带动主齿轮16b、过渡齿轮17b、副齿轮18b旋转，并驱动转盘10旋转。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员以顺时针方向旋转手轮13，驱动主齿轮16b、过渡齿轮17b、副齿轮18b旋转，并驱动转盘10旋转。转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8和立体模型组件9同步一起旋转，此时，转盘10的旋转触发了传感器11，启动了灯盘组件7开始发光，实验人员就可以观察到：飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟。

实施例6

如图6所示，图例为另一种利用手摇式齿轮传动机构进行实验的人体视觉惰性实验装置，该装置包括设置在台面板1上的框架底座2和固定轴底座3，该实验装置在台面板上的固定轴底座3上安装了固定轴4，所述的固定轴4通过轴承6支撑轴承座5，所述轴承座5与转盘10连接，所述转盘10上安装有转筒8和一组飞鸟模型单元构成的立体模型组件9，所述转筒8的圆周筒壁上设置有均匀的条状开口槽，所述模型单元9a依次安装在转筒8侧面且与所述条状开口对应设置，所述立体模型组件9上方悬挂了聚光灯19，所述固定轴4上端安装有可以发光的灯盘组件7，所述聚光灯19和灯盘组件7可以通过传感器11和磁铁12以及控制电路启动或关闭发光元件，转盘10通过手轮13b、转动轴14、转动轴承座15、主齿轮16b、过渡齿轮17b、副齿轮18b驱动旋转。

下面结合附图对该实验装置的工作过程做详细说明。

首先，实验人员摇动手轮13，通过手轮13、转动轴14、转动轴承座15、主齿轮16b、过渡齿轮17b、副齿轮18b驱动转盘10发生旋转，转盘10的旋转带动了与转盘10连接在一起的转筒8和立体模型组件9同步一起旋转，此时，控制电路关闭灯盘组件7，立体模型组件9下部的磁铁12触发了传感器11，启动了聚光灯19发光每触发一次，灯光闪一下，这个时候实验人员可以观察到一只白色的鸟在空中飞翔，随后，聚光灯19渐渐变暗至关闭，灯盘组件7开始逐渐发光变亮，此时，实验人员就可以观察到飞鸟模型单元构成的立体模型组件9飞进了转筒8内，就像是一只在鸟笼空中飞翔的鸟，同时，白色的鸟颜色改变为黑色。

上述实验装置在透明外罩20表面可以贴半反半透膜，由于半反半透膜的特性，实验人员只能看到灯光照射部分的场景，也就是当聚光灯19点亮闪光时，只能看到白色飞翔的鸟，看不到转筒8，当聚光灯19熄灭，灯盘组件7点亮时，只能看到在鸟笼空中飞翔的黑色鸟。对实验人员的视觉效果非常明显突出。

应当指出，本发明中的传动装置还可采用其它结构，如链条传动机构、电机直连机构。这样的变换均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.人体视觉惰性实验装置，其特征在于：包括转筒(8)以及立体模型组件(9)，所述转筒(8)侧面开设有多个均匀间隔布置的条状开口(8a)，所述条状开口长度方向与转筒(8)轴向平行，所述立体模型组件(9)包括多个与所述条状开口(8a)数量一致的模型单元(9a)，所述模型单元(9a)沿转筒(8)周向依次布置在转筒(8)外侧且与所述条状开口(8a)一一对应，所述立体模型组件(9)与转筒(8)同步转动并产生动态立体画面；

该实验装置包括固定轴底座(3)，所述固定轴底座(3)上安装有固定轴(4)，所述固定轴(4)上通过轴承(6)支撑有轴承座(5)，所述轴承座(5)上连接安装有转盘(10)，所述转筒(8)以及立体模型组件(9)安装于所述转盘(10)的上盘面，所述转筒(8)以及立体模型组件(9)随所述转盘(10)同步转动；

该实验装置还包括驱动所述转盘(10)转动的皮带传动机构或齿轮传动机构；所述皮带传动机构包括安装在转动轴(14)上的主皮带轮(16a)以及安装在所述轴承座(5)上的副皮带轮(18a)，所述主皮带(16a)轮通过皮带(17a)带动所述副皮带轮(18a)转动；所述齿轮传动机构包括安装在转动轴(14)上的主齿轮(16b)以及安装在所述轴承座(5)上的副齿轮(18b)，所述主齿轮(16b)通过中间齿轮(17b)带动所述副齿轮(18b)转动；所述转动轴(14)一端安装手轮(13)或驱动电机(13a)。

2.如权利要求1所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述条状开口(8a)的宽度为4～20mm，所述条状开口(8a)的长度小于所述转筒(8)的长度，所述条状开口(8a)数量为6～20个；所述转筒(8)的内壁为白色，所述转筒(8)的外壁为黑色，所述立体模型组件(9)为黑色。

3.如权利要求1所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述固定轴(4)为空心轴，所述固定轴(4)端部安装有位于所述转筒(8)内的灯盘组件(7)，所述灯盘组件(7)通过布置在固定轴(4)内部的电路与传感器(11)实现控制连接，所述传感器(11)在感应到转盘(10)转动时灯盘组件(7)的发光元件开启，所述传感器(11)在感应到转盘(10)静止时灯盘组件(7)的发光元件关闭。

4.如权利要求1所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述固定轴底座(3)安装于框架底座(2)上，所述框架底座(2)安装于台面板(1)上，所述台面板(1)上布置有以可拆卸式方式安装在所述框架底座(2)上并罩在所述转筒(8)以及立体模型组件(9)上的透明外罩(20)。

5.如权利要求4所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述透明外罩(20)侧面设有沿周向布置的槽口，所述转盘(10)一侧边缘从所述槽口伸出构成便于人手拨动转盘的驱动端(21)。

6.如权利要求4所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述透明外罩(20)内顶部安装有聚光灯(19)，所述转盘(10)对应立体模型组件(9)下盘面吸附有磁铁(12)，所述磁铁(12)的数量与立体模型组件(9)的数量一致，所述磁铁(12)在转盘(10)转动时触发传感器(11)并使得所述聚光灯(19)闪烁。

7.如权利要求4所述的人体视觉惰性实验装置，其特征在于：所述透明外罩(20)外侧贴有半反半透膜。