李 杰，張錢(qián)潮，王虞燕，朱國(guó)鋒，呼格吉樂(lè)

（湖州師范學(xué)院 理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，浙江 湖州 313000）

光影大小自動(dòng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 杰，張錢(qián)潮，王虞燕，朱國(guó)鋒，呼格吉樂(lè)

（湖州師范學(xué)院 理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，浙江 湖州 313000）

文章設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器通過(guò)合適的光源置于電控滑控軌之上，用電控開(kāi)關(guān)控制光源在直線滑軌上的位置，操作電路板控制光源的照射位置，從而控制投影物的影子大小、清晰程度以及畫(huà)面效果。原有定點(diǎn)光源改為動(dòng)光源，適合影子舞表演、移動(dòng)燈光定點(diǎn)調(diào)節(jié)，減輕表演者的排練負(fù)擔(dān)，并且使得畫(huà)面效果更加精準(zhǔn)，排除人為定點(diǎn)誤差和加快定點(diǎn)時(shí)間。

自動(dòng)調(diào)節(jié)器；光源；排練；精準(zhǔn)

1 投影背景及研究目的

影子舞，最早發(fā)源于中國(guó)，中國(guó)的皮影就是一種影子舞，國(guó)外比較知名的shadow舞團(tuán)及一些媒體報(bào)道相關(guān)藝術(shù)形式起源的時(shí)候都會(huì)提到中國(guó)。不過(guò)中國(guó)傳統(tǒng)藝術(shù)的沒(méi)落和不被重視已經(jīng)讓寶貴的藝術(shù)形式趨于弱勢(shì)，在國(guó)外反而做得風(fēng)生水起。其通常是由藝術(shù)家透過(guò)光影，用肢體語(yǔ)言表達(dá)情感，使現(xiàn)場(chǎng)效果宛如黑白電影，是時(shí)尚而又返古的一種適合小型舞臺(tái)表演的舞蹈。通常表演場(chǎng)地必須具有的是一塊白幕，也可以使用現(xiàn)成的投影幕，通過(guò)設(shè)置不同類(lèi)型的光源 通過(guò)演員肢體協(xié)作創(chuàng)造不同的奇幻造型，也可以適當(dāng)借助道具。目前比較流行多媒體相結(jié)合 主要通過(guò)投影儀的光源創(chuàng)造影子與視頻互動(dòng)的媒介形式。

本文的研究目的和意義在于既能在一定程度上減少演員的工作量，減少排練成本和物質(zhì)損耗，又能達(dá)到事半功倍的作用。該裝置將大大減少排練時(shí)間和成本開(kāi)銷(xiāo)，使更多的人選擇這種方式從而使得表演形式更加豐富和完美，達(dá)到兩全其美的目的。

2 功能簡(jiǎn)介

光影自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置通過(guò)電控調(diào)節(jié)光源位置，從而得到最為理想的光影。它大大地減少和緩解了演員和工作人員的工作量和勞累程度。并且大大加強(qiáng)了演出效果，保證演出是每個(gè)畫(huà)面達(dá)到精準(zhǔn)。整套裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，可以人為控制不同時(shí)刻光源的位置，也可通過(guò)簡(jiǎn)單的編程自動(dòng)控制。與現(xiàn)有的人動(dòng)光不動(dòng)的形式相比，此項(xiàng)目達(dá)到了減少排練難度和時(shí)間，節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力。

3 “智能窗”的主要結(jié)構(gòu)

“智能窗”的主要結(jié)構(gòu)，如圖1—2所示。

4 光影大小自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的物理原理

4.1 光影的形成

影子舞表演道具作品“光影大小自動(dòng)調(diào)節(jié)器”，在其實(shí)用性的基礎(chǔ)上，研究其產(chǎn)生的物理效果，研究其原理，探究其原理的實(shí)驗(yàn)性，可行性。

作品的主要原理是由于物體遮住了光線。即光的直線傳播定律：光線在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，不能穿過(guò)不透明物體而形成較暗區(qū)域，形成的投影就是我們常說(shuō)的影子。

一個(gè)物體可以投出不同形狀的影子。物體靠近光源時(shí)，影子較大，因?yàn)槲矬w檔住了大量光線。當(dāng)物體逐步遠(yuǎn)離光源，影子也逐漸變小，因?yàn)槲矬w檔住的光線減少。如果轉(zhuǎn)動(dòng)物體，會(huì)得到不同形狀的影子。

4.2 光影的調(diào)節(jié)原理

影子的邊緣可能清晰，也可能模糊。當(dāng)物體靠近影子投向的地方，如墻壁，邊緣就清晰可見(jiàn)。當(dāng)物體遠(yuǎn)離影子投向的地方時(shí)，邊緣就變得模糊。有時(shí)影子的中間部位比邊緣要暗，中間部位叫作本影，顏色較淺的區(qū)域叫作半影。當(dāng)光源較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種影子。要使影子各部位同樣暗，光源必須要小。為了避免半影對(duì)本影的視覺(jué)干擾，光源必須調(diào)至恰當(dāng)?shù)奈恢?，并且光源大小也?yīng)適當(dāng)。

圖1 “智能窗”的實(shí)用模型

圖2 控制電路線路圖

4.3 二維燈光移動(dòng)系統(tǒng)

通過(guò)二維控制器設(shè)置程序，命令十字滑臺(tái)工作，改變光源位置，從而在幕布上呈現(xiàn)出影子大小和位置的變化，達(dá)到表演的目的，精確為表演者快速找到最合適的點(diǎn)位，減少工作量。

5 “智能窗”的制作方法

（1）在安裝直線導(dǎo)軌之前必須清除機(jī)械安裝面的毛邊、污物及表面?zhèn)邸?/p>

注意: 直線滑軌在正式安裝前均涂有防銹油，安裝前請(qǐng)用清洗油類(lèi)將基準(zhǔn)面洗凈后再安裝，通常將防銹油清除后，基準(zhǔn)面較容易生銹，所以建議涂抹上黏度較低的主軸用潤(rùn)滑油。

（2）將主軌輕輕安置在床臺(tái)上，使用側(cè)向固定螺絲或其他固定治具使線軌與側(cè)向安裝面輕輕貼合。將兩臺(tái)直線導(dǎo)軌組裝成兩維十字導(dǎo)軌滑臺(tái)。

（3）組裝連接控制器和驅(qū)動(dòng)器:輸入信號(hào)共有三路，分別是：①步進(jìn)脈沖信號(hào)CP+，CP-；②方向電平信號(hào)DIR+，DIR-；③脫機(jī)信號(hào)EN+，EN-。輸入信號(hào)接口有兩種接法：用戶可根據(jù)需要采用共陽(yáng)極接法或共陰極接法。

注意：EN端可不接，EN有效時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)），這時(shí)可以手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，作適當(dāng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)完成后，再將EN設(shè)為無(wú)效狀態(tài)，以繼續(xù)自動(dòng)控制。

共陽(yáng)極接法：分別將CP+，DIR+，EN+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是+5 V則可直接接入，如果此電源大于+5 V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供8～15 mA的驅(qū)動(dòng)電流。脈沖輸入信號(hào)通過(guò)CP-接入，方向信號(hào)通過(guò)DIR-接入，使能信號(hào)通過(guò)EN-接入。

（4）焊接好電路。①預(yù)熱：參照其他電子作品的制作過(guò)程，預(yù)熱時(shí)，需要將烙鐵頭呈45度角，并且用力頂住焊盤(pán)和元件進(jìn)行加熱；②上錫：上錫的時(shí)間大約需要維持2秒，上錫過(guò)程中需要將錫線從元件腳和烙鐵的接觸面處引入；在錫線受熱熔化的時(shí)候，要控制好進(jìn)線的速度不能過(guò)快或過(guò)慢；③拿開(kāi)錫線：持續(xù)約2秒的時(shí)間，將錫線拿開(kāi)，同時(shí)將烙鐵頭放回到焊盤(pán)上；④拿開(kāi)烙鐵：當(dāng)觀察到焊錫冒出少量的煙霧的時(shí)候，便可以將烙鐵拿開(kāi)了，最后錫會(huì)自己凝固并固定住線頭。

（5）把投影光源置于移動(dòng)平臺(tái)上，用螺絲固定，反復(fù)調(diào)試。

6 “智能窗”的使用說(shuō)明

（1）組裝好光影大小自動(dòng)調(diào)節(jié)器，調(diào)試正常，擺放至正確方位；（2）將影子舞的編排調(diào)節(jié)要求編寫(xiě)程序，將程序輸入至控制板內(nèi)；（3）接通電源，打開(kāi)燈光開(kāi)關(guān)；并且設(shè)置控制板；（4）開(kāi)始工作，在排練過(guò)程中隨時(shí)暫停，配合排練至達(dá)到表演要求。

7 相關(guān)拓展

此項(xiàng)目能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，省時(shí)省力，是很有市場(chǎng)前景的。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活的要求也在日益提高，這對(duì)我國(guó)藝術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。自動(dòng)化的科技產(chǎn)品在生活中不斷的普及也使得這款產(chǎn)品的發(fā)展有了較好的鋪墊，同時(shí)這款光影自動(dòng)調(diào)節(jié)器組裝簡(jiǎn)捷，使用簡(jiǎn)單方便。相對(duì)現(xiàn)有的儀器中，效果很好，便于推廣。此款光影自動(dòng)調(diào)節(jié)器旨在為解決影子舞演員在實(shí)際生活中所遇到的一些難題煩惱，因此具有一定現(xiàn)實(shí)意義，所以其社會(huì)效益是毋庸置疑的。

社會(huì)效益：現(xiàn)如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平迅速提高，人們已經(jīng)不滿足于吃飽穿暖，娛樂(lè)也是必不可少的。影子舞是類(lèi)似黑白電影的藝術(shù)。文中提到的光影大小自動(dòng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)社會(huì)具有一定的價(jià)值，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程是無(wú)污染、零排放的，滿足環(huán)保節(jié)能的要求，這也是當(dāng)代社會(huì)研究和開(kāi)發(fā)的主要方向之一。正由于該裝置是集環(huán)保和實(shí)用創(chuàng)新于一體的，從而項(xiàng)目具有一定的社會(huì)效益。本項(xiàng)目的研究方向能夠滿足人們對(duì)高生活品質(zhì)的需要，同時(shí)對(duì)社會(huì)也有一定的貢獻(xiàn)。

[1]曹陽(yáng).淺述對(duì)影子舞的認(rèn)識(shí)與感知[D].北京：北京舞蹈學(xué)院，2015.

[2]戶佩佩，朱振偉.步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)在十字滑臺(tái)控制中的應(yīng)用[J].輕工科技，2016（3）：53-54.

[3]張鵬.十字滑臺(tái)裝配測(cè)量技術(shù)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015（4）：217-218.

[4]董里楊.淺談步進(jìn)電機(jī)的工作原理[J].科技信息，2007（8）：74.

Design and application of automatic light and shade size adjuster

Li Jie, Zhang Qianchao, Wang Yuyan, Zhu Guofeng, Hugejile
（Physics Experiment Teaching Demonstration Center of Science College of Huzhou University, Huzhou 313000, China）

Through the electric light source arranged in the right track on the design of sliding control regulation, control light source in the linear slide position with the electric control switch, and control light irradiation position with operation circuit board, so as to control the projection of the shadow of the size and clarity of picture. The original point source instead of moving the light source, is suitable for shadow dance, mobile light regulation, reducing the burden and making the performers rehearse, and the screen effect is more accurate,removing the artificial fixed-point error and speeding up the fixed time.

automatic regulator; light source; rehearsal; precision

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目）；項(xiàng)目編號(hào)：201610347008。項(xiàng)目名稱(chēng)：浙江省新苗人才計(jì)劃大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：2016R427027。

李杰（1995— ），男，浙江杭州，本科。