CN107170332B - 一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置。本发明包括机架以及托盘转动轴系，托盘转动轴系包括第一转轴以及固定在第一转轴上的托盘，第一转轴通过第一轴承座安装在机架上，托盘上安装有空间网格结构，空间网格结构、托盘随所述第一转轴同轴转动，空间网格结构包括一组平面的且形成连续动作的姿态轮廓模型单元，姿态轮廓模型单元沿着空间网格结构的转动周向均匀间隔布置，姿态轮廓模型单元的面与托盘的径向平行，相邻姿态轮廓模型单元之间对应位置通过光滑连线连接并构成一体结构的空间网格结构。该演示装置能让参观者或学习者更加直观生动地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。

Description

一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置

技术领域

本发明涉及一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置，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第一转轴，经第一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者一系列马在奔跑中的图画，一圈下来正好是一个完整的奔跑动作。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由于图画之间的差异较大使得影像不够连贯。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。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置。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：

一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置，包括机架以及托盘转动轴系，所述托盘转动轴系包括第一转轴以及固定在第一转轴上的托盘，所述第一转轴通过第一轴承座安装在所述机架上，所述托盘上安装有空间网格结构，所述空间网格结构、托盘随所述第一转轴同轴转动，所述空间网格结构包括一组平面的且形成连续动作的姿态轮廓模型单元，所述姿态轮廓模型单元沿着空间网格结构的转动周向均匀间隔布置，所述姿态轮廓模型单元的面与所述托盘的径向平行，相邻所述姿态轮廓模型单元之间对应位置通过光滑连线连接并构成一体结构的所述空间网格结构。

进一步，所述机架上设有罩在所述托盘转动轴系上的保护罩，所述保护罩正面贴有半反半透明膜，所述保护罩其他面为非透光面，所述第一转轴与所述保护罩正面平行。

进一步，所述第一转轴通过联轴器与第一电机相连，所述机架上设有用于安装所述第一电机的电机安装座。

进一步，所述连续动作的开始动作姿态与结束动作姿态相同；所述空间网格结构采用半透明的光敏树脂3D打印获得。

进一步，所述保护罩内侧安装有灯光系统，所述灯光系统位于所述托盘转动轴系的正上方。

进一步，所述灯光系统为投影机，所述投影机安装在灯光系统安装座上，所述投影机的投影光线的中心线与所述第一转轴的轴线重合。

进一步，所述灯光系统包括灯光组件、第二转轴以及第二电机，所述第二转轴通过第二轴承座安装在灯光系统安装座上，所述第二电机通过联轴器与所述第二转轴连接，所述灯光组件固定在所述第二转轴上且与第二转轴同轴转动，所述灯光组件包括多个一字激光灯与LED灯，所述一字激光灯均匀布置所述LED灯外围，所述灯光组件通过导电滑环取电；所述一字激光灯的发出光线垂直照射在所述托盘上。

本发明的有益效果在于：

1)、所述保护罩除正面外其余各面均不透光，而且正面粘贴半反半透膜或采用半反半透镜，使得所述灯光系统发出狭缝光演示的过程中只能看到被狭缝照亮的截面，增加了在上述演示过程中的神秘感，更激发观众探究的意愿。

2)、所述灯光系统发射出的狭缝光照射到所述空间网状结构上时能够显现出空间网状结构在径向方向上的截面轮廓，即姿态轮廓模型单元的轮廓形状。所述托盘转动轴系能够在所述第一电机的带动下旋转，所述灯光系统发射出的多条狭缝光也可以沿圆周顺时针或逆时针进行双向旋转，则不同的动静组合、不同的转向转速组合能呈现出多种多样的视觉体验：

所述灯光系统发射出的多条狭缝光照射到所述空间网状结构上并且保持静止不动时能够显现出其多个位置截面的轮廓，则灯光照射下旋转的所述空间网状结构就能够在狭缝光所在位置循环连续呈现出其截面轮廓的动作姿态变化；

所述托盘转动轴系静止时，所述灯光系统发射出的多条狭缝光照射到所述空间网状结构上并且沿圆周方向旋转，则每条狭缝光依次照亮的所述空间网状结构就能够循环连续呈现出其不同位置上截面轮廓的动作姿态变化；

所述托盘转动轴系旋转与所述灯光系统发射出的多条狭缝光转向相同且转速相同时，只呈现出多个固定的轮廓姿态在托盘上旋转；

所述托盘转动轴系旋转与所述灯光系统发射出的多条狭缝光转向相同且灯光转速快时，呈现多个慢速反向的动作沿托盘圆周快速移动；

所述托盘转动轴系旋转与所述灯光系统发射出的多条狭缝光转向相同且灯光转速慢时，呈现多个慢速正向的动作沿托盘圆周慢速移动；

所述托盘转动轴系旋转与所述灯光系统发射出的多条狭缝光转向相反时，呈现出多个快速正向的动作沿托盘圆周移动，且灯光转速越高动作速度与沿圆周移动的速度也越快。

多种多样的组合能更充分的展示视觉暂留现象，也能更充分引起观众的好奇心。

3)、所述灯光系统发射出的狭缝光在演示过程中可以在控制系统作用下增减数量，能带来更加丰富的演示现象。

4)、在演示过程的最后阶段，所述灯光系统能发出放射状光线，全面照亮所述托盘上的所述空间网格结构，通过对比能全面透彻的展示视觉暂留的原理。

5)、所述空间网格结构采用半透明的光敏树脂3D打印制作而成，姿态轮廓模型单元转动时呈现出的连续动作效果生动鲜明，更吸引观众的注意力。

6)、所述灯光系统采用投影机，通过编辑投影的画面可以使投射出的狭缝光线数量增减变化，位置可以旋转移动，能呈现出更加生动的景象，教学效果更佳。

7)、本发明设有保护罩，有效地保护了托盘转动轴系、空间网格结构和投影机等，为教学成果提供了保证，同时也发挥了长期放置时的防尘作用。

8)、本发明结构简单，使用方便，适合于长期的教学使用。

附图说明

图1为本发明采用投影机的结构示意图。

图2为本发明采用一字激光灯与LED灯组合的结构示意图。

图3为本发明的空间网状结构示意图。

图中标记符号的含义如下：

100-机架 110-第一轴承座 120-电机安装座 200-托盘转动轴系

210-托盘 220-第一转轴 230-联轴器 240-第一电机

300-空间网格结构 310-姿态轮廓模型单元

400-灯光系统 410a-投影机 410b-一字激光

420b-LED灯 430b-导电滑环 440b-第二轴承座 450b-第二电机

500-保护罩 510-灯光系统安装座

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

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，图例为一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置。

该演示装置包括机架100、托盘转动轴系200、空间网格结构300、灯光系统400、保护罩500等；所述机架100上设置有第一轴承座110与电机安装座120；所述托盘转动轴系200包括圆形托盘210、第一转轴220、联轴器230和第一电机240。

如图3所示：所述空间网格结构300包括一组平面的且形成连续动作的姿态轮廓模型单元310，所述姿态轮廓模型单元310沿着空间网格结构的转动周向均匀间隔布置，所述姿态轮廓模型单元310的面与所述托盘210的径向平行，相邻所述姿态轮廓模型单元310之间对应位置通过空间光滑连线连接并构成一体结构的所述空间网格结构300。图3中沿托盘210的径向示出了空间网格结构300的部分截面，每个截面的形状即为姿态轮廓模型单元的轮廓形状。本实施例中所述连续动作为完整的芭蕾舞演员的经典转身动作，所述姿态轮廓模型单元310可以为任意时刻的姿态轮廓。所述空间网格结构300采用半透明的光敏树脂3D打印而成。

所述保护罩500上设置有灯光系统安装座510；所述灯光系统400使用的是投影机410a，能够发射出狭缝光线沿着托盘圆周垂直照射到圆形托盘210上，狭缝光的数量可以增减，狭缝光能静止不动也能沿托盘圆周双向旋转，所述投影机410a也可以发出放射状光线照亮保护罩500全部空间；所述灯光系统400通过所述灯光系统安装座510固定在所述保护罩500上，并位于所述空间网格结构300的正上方；所述空间网格结构300安装在所述托盘210上，所述托盘210安装在所述第一转轴220上，所述第一转轴220经所述联轴器230与所述第一电机240相连，并通过所述第一轴承座110固定在所述机架100上，所述第一电机240也通过所述电机安装座120固定在所述机架100上；所述托盘转动轴系200能够在所述第一电机240的带动下旋转。

下面结合附图对该演示装置的工作过程做详细说明。

首先，参观者按下按钮，在控制系统的作用下，第一电机240开始带动托盘转动轴系200旋转，并且灯光系统400的投影机410a开始投射出多条狭缝光，狭缝光照射到空间网状结构300上时能够显现出截面的芭蕾舞演员经典转身动作的姿态轮廓，由于空间网状结构300是持续旋转的，所以截面就连续循环呈现出其芭蕾舞演员经典转身动作姿态变化，事先编辑的投影画面可以使投射出的狭缝光线数量增减变化，狭缝光线位置可以沿托盘圆周双向旋转，能呈现出更加丰富生动的景象。由于保护罩500除正面外其余各面不透光，且正面粘贴有半反半透膜，所以在达到控制系统设定的时间前，观众在外面只能看到空间网状结构300被投影机410a投射出的狭缝光照亮的截面，也就是只能看到被照亮的截面呈现出的芭蕾舞演员经典转身动作姿态变化；当到达控制系统设定的时间后，投影机410a透射的光线由狭缝光变为全亮，同时第一电机240逐渐减速停止转动，此时观众就可以透过保护罩500正面的半反半透膜看到内部空间网状结构300的真实面目了。

实施例2

如图2所示，图例为一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置。

该演示装置包括机架100、托盘转动轴系200、空间网格结构300、灯光系统400、保护罩500等；所述机架100上设置有第一轴承座110与电机安装座120；所述托盘转动轴系200包括圆形托盘210、第一转轴220、联轴器230和第一电机240。所述空间网格结构300的结构同实施例1。

所述保护罩500上设置有灯光系统安装座510所述灯光系统400是由一字激光灯410b和LED灯420b组合而成，多个所述一字激光灯410b能够发射出狭缝光线沿着托盘圆周垂直照射到圆形托盘210上，狭缝光的数量可以增减，狭缝光能静止不动也能沿托盘圆周双向旋转，所述LED等420b可以发出放射状光线照亮保护罩500全部空间；所述灯光系统400通过所述灯光系统安装座510固定在所述保护罩500上，并位于所述空间网格结构300的正上方；所述空间网格结构300安装在所述托盘210上，所述托盘210安装在所述第一转轴220上，所述第一转轴220经所述联轴器230与所述第一电机240相连，并通过所述第一轴承座110固定在所述机架100上，所述第一电机240也通过所述电机安装座120固定在所述机架100上；所述托盘转动轴系200能够在所述第一电机240的带动下旋转。

下面结合附图对该演示仪的工作过程做详细说明。

首先，参观者按下按钮，在控制系统的作用下，第一电机240开始带动托盘转动轴系200旋转，并且灯光系统400的多个一字激光灯410b开始投射出多条狭缝光线，狭缝光线照射到空间网状结构300上时能够显现出截面的芭蕾舞演员经典转身动作的姿态轮廓，由于空间网状结构300是持续旋转的，所以截面就连续循环呈现出其芭蕾舞演员经典转身动作姿态变化，由于保护罩500的出正面外其余各面不透光，且正面粘贴有半反半透膜，所以在达到控制系统设定的时间前，观众在外面只能看到空间网状结构300被一字激光灯410b投射出的狭缝光照亮的截面，也就是只能看到被照亮的截面呈现出的芭蕾舞演员经典转身动作姿态变化；事先设定的控制系统可以通过开启和关闭一字激光灯410b的数量使投射出的狭缝光线数量增减变化，可以由通过第二轴承座440b安装在灯光系统安装座510上的第二电机450b带动灯光系统400旋转使投射出的狭缝光的位置沿托盘圆周双向旋转，能呈现出更加丰富生动的景象。当到达控制系统设定的时间后，一字激光灯410b关闭，LED灯420b点亮，同时第一电机240逐渐减速停止转动，此时观众就可以透过保护罩500正面的半反半透膜看到内部空间网状结构300的真实面目了。

Claims (4)

1.一种展示视觉暂留现象的空间网格结构演示装置，其特征在于：包括机架(100)以及托盘转动轴系(200)，所述托盘转动轴系(200)包括第一转轴(220)以及固定在第一转轴(220)上的托盘(210)，所述第一转轴(220)通过第一轴承座(110)安装在所述机架(100)上，所述托盘(210)上安装有空间网格结构(300)，所述空间网格结构(300)、托盘(210)随所述第一转轴(220)同轴转动，所述空间网格结构(300)包括一组平面的且形成连续动作的姿态轮廓模型单元(310)，所述姿态轮廓模型单元(310)沿着空间网格结构(300)的转动周向均匀间隔布置，所述姿态轮廓模型单元(310)的面与所述托盘(210)的径向平行，相邻所述姿态轮廓模型单元(310)之间对应位置通过光滑连线连接并构成一体结构的所述空间网格结构(300)；

所述机架(100)上设有罩在所述托盘转动轴系(200)上的保护罩(500)，所述保护罩(500)正面贴有半反半透明膜，所述保护罩(500)其他面为非透光面，所述第一转轴(220)与所述保护罩(500)正面平行；

所述保护罩(500)内侧安装有灯光系统(400)，所述灯光系统(400)位于所述托盘转动轴系(200)的正上方；

所述灯光系统(400)包括灯光组件、第二转轴以及第二电机(450b)，所述第二转轴通过第二轴承座(440b)安装在灯光系统安装座(510)上，所述第二电机(450b)通过联轴器与所述第二转轴连接，所述灯光组件固定在所述第二转轴上且与第二转轴同轴转动，所述灯光组件包括多个一字激光灯(410b)与LED灯(420b)，所述一字激光灯(410b)均匀布置所述LED灯(420b)外围，所述灯光组件通过导电滑环(430b)取电；所述一字激光灯(410b)的发出光线垂直照射在所述托盘(210)上。

2.如权利要求1所述的演示装置，其特征在于：所述第一转轴(220)通过联轴器(230)与第一电机(240)相连，所述机架(100)上设有用于安装所述第一电机(240)的电机安装座(120)。

3.如权利要求1所述的演示装置，其特征在于：所述连续动作的开始动作姿态与结束动作姿态相同；所述空间网格结构(300)采用半透明的光敏树脂3D打印获得。

4.如权利要求1所述的演示装置，其特征在于：所述灯光系统(400)为投影机(410a)，所述投影机(410a)安装在灯光系统安装座(510)上，所述投影机(410a)的投影光线的中心线与所述第一转轴(220)的轴线重合。