Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

6 Schritt:Schritt 1: Wie die Blüten wurden entwickelt, um diesen Effekt zu erzeugen Schritt 2: Wie die Blüten hergestellt wurden Schritt 3: Natürliche Blooms Schritt 4: Tipps für die Animation des Blooms Schritt 5: Technische und Sourcing-Info für die Schaffung einer Blüte Animator Schritt 6: Acknowlegements

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Diese instructable zeigt und erklärt, Blüten, eine einzigartige Art von 3D-gedruckten Skulptur entworfen, um zu animieren, wenn gesponnen und beleuchtet von einem Blitzlicht (oder gefangen durch eine Videokamera mit einer sehr kurzen Belichtungszeit).

Was Sie in jedem der oben genannten Videos gerade sehen, eine Blüte Spinnen bei 550 RPMs, während bei 24 Bildern pro Sekunde mit einer sehr kurzen Belichtungszeit (1/4000 sec) auf Video aufgezeichnet werden. Die Drehzahl wird sorgfältig auf die Kamera Bildrate synchronisiert, so dass ein Frame des Videos wird jedes Mal, wenn die Blüte verwandelt ~ 137.5º-die goldene Winkel eingefangen. Jedes Blütenblatt auf der Blüte auf einem einzigartigen Abstand von der oben in der Mitte der Form platziert. Wenn Sie folgen, was scheint, ein einziges Blütenblatt, wie es arbeitet sich nach außen und unten der Blüte, was Sie tatsächlich sehen, ist all die Blütenblätter auf der Blüte in der Reihenfolge der jeweiligen Abstände von der oberen Mitte. Lesen Sie weiter, um mehr über diese Blüten wurden, warum die goldenen Winkel ist so ein wichtiger Winkel, und wie diese auf die Fibonacci-Zahlen im Zusammenhang erlernen.
Diese Blüten sind verfügbar Shapeways , einem 3D-Druck-Service.
Die STL-Dateien für diese Blüten kann heruntergeladen werden von DropBox . Mit dem Herunterladen der Dateien erklären Sie sich mit der Creative Commons License Namensnennung von, nicht-kommerziellen, Ergabe unter gleichen Bedingungen gebunden zu sein.
Schritt 1: Wie die Blüten wurden entwickelt, um diesen Effekt zu erzeugen



Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Die Anordnung der Fortsätze auf Blüten ist entscheidend für den Erfolg der Animationseffekt. Die Positionen werden auf der Grundlage einer bestimmten phyllotaxy (dh Blatt Reihenfolge) von Natur aus in einer Reihe von botanischen Formen, einschließlich pinecones, Ananas, Sonnenblumen, Artischocken, Palmen und vielen Sukkulenten verwendet.
Das Foto oben zeigt ein solcher saftig. Ich habe die Blätter vom jüngsten bis ältesten nummeriert. Wenn Sie die Zahlen der Reihe nach folgen, werden Sie feststellen, dass jedes Blatt ist ungefähr 137.5º um den Kern aus dem vorherigen Blatt. 137.5º ist ein ganz besonderer Winkel, die so genannte Goldene Winkel , bezogen auf den Goldenen Schnitt . Der Goldene Schnitt ist eine so wichtige Zahl in der Mathematik, dass es zu den griechischen Buchstaben α (phi) zugeordnet. Wenn der goldene Winkel ist von der Natur als Wachstumsstrategie verwendet wird, führt zur Bildung von spiralförmigen Mustern. Wenn Sie die Anzahl der Spiralen in dieser Muster zu zählen waren, werden Sie feststellen, dass sie immer Fibonacci Zahlen (zB Besuche die Spiralen auf diesen Zapfen ).
Bei der Gestaltung der Blüten, habe ich im Wesentlichen die gleiche von der Natur verwendeten Verfahren. Ich legte die Fortsätze eine-at-a-time ausgehend von der oben in der Mitte, Positionieren jedes Anhängsel 137.5º um das Zentrum aus dem vorherigen Ansatz und auch ein wenig weiter aus und / oder nach unten.
Also, wenn ich zu animieren, diese Blüten durch Spinnen sie mit einem Blitzlicht (oder Videokamera) Ich bin in einem gewissen Sinne, wieder die Verfahren, die ich verwendet, um sie in den ersten Platz zu machen. Unten sind zwei Stop-Motion-Animationen von einigen meiner früheren Arbeit mit Fibonacci-Spiralen. Sie können diese hilfreich bei der Gewinnung eines besseren Anschauung darüber, wie dieser Animationstechnik tätig ist.
Die erste Animation zeigt einen selbstähnlichen Fliesen, in denen jedes Teil ist eine eindeutige Größe, aber alle Teile haben die gleiche Form. In dem Video ist in einem Winkel von ca. 137,5 ° gegenüber der vorherigen jedes Stück entfernt (und später hinzugefügt). Hinweis: Dies ist kein CGI ( Computer Generated Imagery ); es ist ein Stop-Motion-Animation des tatsächlichen lasergeschnittenen Stücke von MDF .

(Übrigens, wenn Sie möchten, um eine dieser Fibonacci Pflasterungen für sich selbst machen, überprüfe mein instructable, der die Schneidunterlagen enthalten.)
Die zweite Animation zeigt die TransTower, eine Skulptur auf der Grundlage der gleichen Geometrie wie die Fliesen vor. Die Transformationen in diesem Turm resultieren ausschließlich aus einer Drehung der einzelnen Schichten durch den goldenen Winkel in Bezug auf ihre benachbarten Schichten. (Anmerkung: dies ist nicht CGI, es ist ein Stop-Motion-Animation des tatsächlichen lasergeschnittenen MDF.)
Schritt 2: Wie die Blüten hergestellt wurden

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Alle 12 Artikel anzeigen

Diese Blüten wurden mit modellierten Python Scripting für Rhino auf einem Mac . Sobald die Modellierung wurde in Rhino abgeschlossen, werden sie als exportiert wurden, STL -Dateien, und dann mit Hilfe eines gedruckten ZPrinter 450 .
Die kommentierten Bilder oben Spaziergang durch die Modellierung process.Step 3: Natur Blooms


Bei der Lektüre der vorhergehenden Beschreibungen, könnten Sie sich gefragt, "Da blüht auf natürlichen Pflanzenformen auf der Basis könnte die Pflanze bildet sich in der gleichen Art und Weise animiert werden?" Die Antwort ist: "Ja, wenn sie ausreichend symmetrisch sind." Unten ist ein Beispiel einer Artischocke ist auf einer Drehbank gedreht. Da dieser Artischocke ist nicht ganz symmetrisch, ist die Animation eher wackelig, aber Sie sollten noch in der Lage, um die Blätter nach unten Form aufwachsen und erscheinen sehen.

Und hier ist eine animierte Kaktus. Anstatt ihn in einer Drehbank (die nicht ratsam schien, da alle diese Stacheln) Ich benutze Stop-Motion-Animation, Drehen 137.5º zwischen aufeinanderfolgenden Bildern.

Ich bin auf der Suche nach anderen hochsymmetrischen Fibonacci-basierte botanischen Formen animieren. Stay tuned ... Schritt 4: Tipps für die Animation der Blooms


Die Wahl der Strobe Rate
Die zu Beginn der dieses instructable gezeigten Videos wurden mit einer Videokamera läuft mit 24 Bildern / Sekunde gedreht. Wenn Sie eine Blüte mit einem Strobe-Betrieb bei 24 blinkt animieren / Sekunde, werden Sie feststellen, dass das Gefühl der blink deutlich ausgeprägt und beeinträchtigt die Wirksamkeit der Animation. Ich schlage vor, den Blitz auf ein Minimum von 33 Blitze / Sekunde, um eine zufriedenstellend kohärente Illusion zu bekommen. Denken Sie daran, dass dies auch bedeuten, Drehen der Drehscheibe schneller, um die Strobe und Drehtisch synchron zu halten. Mit 33 Blitze / Sekunde, wird Ihr Plattenspieler sein müssen Spinnen 756 RPM (oder 12,6 U / s).
Eine unbequeme Wahrheit
Jetzt habe ich ein Geständnis machen. Um nicht den flüchtigen Leser verwirren, sagte ich eine kleine Notlüge zu Beginn dieses instructable, bei der Beschreibung, was los war in den Videos. Die überwiegende Mehrheit der Menschen das Lesen der Einleitung zu diesem instructable wird nie versuchen, die Auswirkungen neu zu erstellen, und somit nicht durch die leichte Ungenauigkeit von meiner Beschreibung beeinflusst werden. Aber Sie, nach dem Lesen so weit, sind viel eher um tatsächlich sein Versuch, eine Blüte zu animieren. I wollen sicher nicht, um unnötige Verwirrung für Sie in Ihrem Streben zu schaffen, so, ich gehe jetzt Sie die ungeschminkte Wahrheit zu geben.
Zur Erinnerung, ist hier, was ich in der Einleitung schrieb:

Was Sie in jedem der oben genannten Videos gerade sehen, eine Blüte Spinnen bei 550 RPMs, während bei 24 Bildern pro Sekunde mit einer sehr kurzen Belichtungszeit (1/4000 sec) auf Video aufgezeichnet werden. Die Drehzahl wird sorgfältig auf die Kamera Bildrate synchronisiert, so dass ein Frame des Videos wird jedes Mal, wenn die Blüte verwandelt ~ 137.5º-die goldene Winkel ... Wenn Sie folgen, was scheint, ein einziges Blütenblatt, wie es arbeitet sich heraus erfasst und ab der Blüte, was Sie tatsächlich sehen, ist all die Blütenblätter auf der Blüte in der Reihenfolge der jeweiligen Abstände von der oberen Mitte.
Nun, hier ist eine Version mit den Notlügen entfernt:

Was Sie in jedem der oben genannten Videos gerade sehen, eine Blüte Spinnen bei 340 RPMs, während bei 24 Bildern pro Sekunde mit einer sehr kurzen Belichtungszeit (1/4000 sec) auf Video aufgezeichnet werden. Die Drehzahl wird sorgfältig auf die Kamera Bildrate synchronisiert, so dass ein Frame des Videos wird jedes Mal, wenn die Blüte verwandelt ~ 85º erfasst - nicht den goldenen Winkel ... Wenn Sie folgen, was scheint, ein einziges Blütenblatt, wie es arbeitet sich aus und ab der Blüte, was Sie tatsächlich sehen, ist jeder zweite Blütenblatt auf der Blüte in der Reihenfolge der jeweiligen Abstände von der oberen Mitte.
"Hä ???"
Ok, mal sehen, was hier vor sich geht. Der Grund für die etwas kompliziertere Geschichte (und damit die Notlüge) ist, dass selbst in einem sehr schnellen Verschlusszeit, die Videokamera verwendeten wir (a Canon EOS 5D Mark III) nicht jedes Pixel des Bildes erfassen an genau der gleichen Moment, und dies führt zu Verzerrungen in dem Bild. Wenn Sie genau an den Videos zu suchen können Sie Beweise für diese Verzerrungen in bestimmten Teilen des Bildes zu sehen. Als wir versuchten, die Blüte Spinnen an der erforderlich ist, um 137.5º Drehgeschwindigkeit zu erreichen jedes Bild aufzeichnen, wurde die Verzerrung sehr ausgeprägt, so dass wir die Dinge verlangsamt und drehte es bei ~ 61,8% der "richtige" Drehzahl (550/340 = 0,618 --golden Verhältnis, anyone?).
Warum gerade diese Geschwindigkeit, fragen Sie? Nun, wenn an der "richtigen" Drehzahl läuft es bewirkt, dass die Kamera auf jedes Blütenblatt der Blüte der Reihe nach zu erfassen, wird die nächste langsameren Geschwindigkeit wir es an, während dennoch eine konsistente Animation würde man laufen, die zur Kamera erfassen jeden geführt zweiten Blütenblatt in der angegebenen Reihenfolge. Wir wissen, dass es eine Drehung 137.5º aus einem bestimmten Blütenblatt zum nächsten in der Folge zu bekommen, so, um ein Blütenblatt, müssen wir drehen 2 * 137.5º oder 275º überspringen. Nun kann, dass zunächst scheint kontraproduktiv, da wir Menge verdoppelt müssen wir für jeden Rahmen zu drehen. Aber weil wir mit einem Kreis zu tun haben, 275º ist die gleiche wie -85º. Wenn wir also die Richtung der Plattenteller dreht gerade umkehren, können wir sie zu verlangsamen, um pro Frame 85º und erhalten Sie eine Animation, die doppelt so schnell bewegt, weil es Sequenzen nur halb so viele Blütenblätter.
(Es ist interessant, die eher kontraintuitive Tatsache, dass durch die Verlangsamung der Drehtisch um 61,8%, verdoppeln wir die Geschwindigkeit der Animation.)
Natürlich Erfassung jede Sekunde Blütenblatt ist nicht die einzige Zahländerung wir erreichen können. Wir könnten auch festlegen, dass jede dritte, jede vierte, jede fünfte Blütenblatt zu erfassen, und so weiter. Lassen Sie uns, wie viel wir würden brauchen, um die Drehscheibe für die ersten acht von diesen zu drehen: Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

Einige Beobachtungen aus der obigen Tabelle:

1) Wenn die Frequenz zunimmt, diejenigen, die Fibonacci-Zahlen immer auf einen kleineren resultierende Winkel zu führen.
2) Das Vorzeichen der resultierende Winkel für die Fibonacci-Zahlen abwechselnd positiv und negativ.
3)% der vollen Geschwindigkeit für die nachfolgenden Fibonacci-Zahlen nimmt der Goldene Schnitt.
Die Graphik oben zeigt nur die ersten acht Frequenzen mit den Fibonacci-Frequenzen in Fettschrift. Ich ermutige Sie, den Prozess fortzusetzen für höhere Frequenzen, um sich davon zu überzeugen, dass die obigen Beobachtungen bleiben für alle Werte wahr.
Schließlich würde Ich mag zu beachten, dass in der Praxis ich den Strobe mit einer höheren Frequenz als 24fps. Weil das Licht auf für so ein winziger Teil eines jeden Zyklus, sieht es ganz "flashy" zu diesem Satz. Anstatt also ich es bei 36fps (50% schneller) und drehen Sie den Drehtisch bei 825rpm, das ergibt eine konstantere erscheine illumination.Step 5: Technische und Sourcing-Info für die Schaffung einer Blüte Animator



Blooms: Strobe-Animated Phi-Based Skulpturen

[Anmerkung: Dieser Schritt ist nicht besonders gut entwickelt. Ich hoffe, es zu verbessern einer dieser Tage. Ich würde auch gerne eine Alternative oder bessere Lösungen haben Sie mit oben kommen hören.]
Blooms
Blooms sind verfügbar Shapeways , einem 3D-Druck-Service.
Die STL-Dateien für diese Blüten kann heruntergeladen werden von DropBox . Mit dem Herunterladen der Dateien erklären Sie sich mit der Creative Commons License Namensnennung von, nicht-kommerziellen, Ergabe unter gleichen Bedingungen gebunden zu sein.
Drehscheibe
Für eine schnelle und unsaubere Prototyp, Sie versuchen, mit einer Bohrmaschine, das ist, was ich tat (siehe kommentierten Foto oben). Ich kontrollierte die Geschwindigkeit durch das Anbringen einer C-Klemme auf den Trigger. Es ist laut und schwer zu kontrollieren, aber es kann Ihnen den Einstieg.
Letztendlich werden Sie eine ziemlich ruhig, und sehr kontrollierbare Drehteller möchten. Ich habe mir mit diesen bürstenlosen Motor für R / C Hubschrauber, diesen ESC (Electronic Speed ​​Controller), und diese Servotester , um die Geschwindigkeit einzustellen. Ich es versorgt mit diesem 12V 5A DC-Netzteil . Es war ein ziemlich teuer Setup, aber es war die einzige Lösung, die ich finden konnte, dass genügend Drehmoment, um den Plattenspieler direkt ansteuern musste. Durch Antrieb des Drehtellers direkt aus dem Motor, war ich in der Lage, die Komplexität der Konstruktion ein Zahnrad oder Riemenmechanismen zu vermeiden. Schließlich ersetzte ich die Servotester mit einem Arduino Uno , die mir eine feinere Steuerung der Drehzahl.
Hinweis: Die ESC ich bereits erwähnt, funktioniert gut, aber verursachte auch der Motor, um einen eher unangenehmen schrillen quietschenden Ton aus. Um das zu vermeiden, können Sie verwenden diese ESC statt, sondern weil diese besondere ESC bietet keine 5V BEC, haben Sie, um die Servotester mit externer Stromversorgung. (Wenn jemand einen ESC, die das Quietschen verhindert, während immer noch die 5 V BEC lokalisiert, informieren Sie mich bitte und ich werde es hier posten.)
Ich konstruierte den Plattenspieler mit Laser geschnittene 1/4 "Acryl, mit Laser geschnittene Schraubenlöcher mit denen auf dem Motor ausgerichtet ist. Um eine Skulptur in Position zu halten, ich lasergeschnittenen einen 1/8" Acrylplatte, um satt in die passen Basisring der Skulptur. Die Festplatte und der Plattenteller haben zwei ausgerichteten Laser geschnitten Schraubenlöcher in die ich gestellt Schrauben, um die Festplatte zu fixieren. Diese Anordnung macht es relativ leicht zu ändern, aus unterschiedlich großen Scheiben für unterschiedlich große Skulpturen, aber wenn die Dinge nicht perfekt zentriert und ausgewogen, wird die Skulptur zu vibrieren, die machen die Animation wackeligen suchen, und möglicherweise zu den Skulpturen von abgelösten, sich seine Liegeplätzen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten beteiligt sind, ist es wichtig, dass alles perfekt zentriert sein. Die Genauigkeit der Laser-Cutter machen, dass machbar, aber auch Laserschneider sind nicht ganz perfekt, so können Sie immer noch in einigen kleinen, aber möglicherweise erhebliche Asymmetrie Probleme (ich) laufen. Möglicherweise müssen Sie sehr dünn Unterlegscheiben an verschiedenen Orten nutzen, um Dinge ausreichend zentriert zu bekommen.
Blitzleuchte
Das Blitzlicht ist in der Lage, mindestens 30 Blitze pro Sekunde (1.800 Blitze pro Minute) sein. Preiswert Partei Blitze sind nicht in der Lage, dies zu tun. Monarch Instruments übernimmt eine Reihe von Blitzleuchten, dies ist die am wenigsten teure Modell. Sollten Sie Kenntnis von einem weniger teuren Quelle für ein ähnliches Blitzlicht gibt, informieren Sie mich bitte.
Sie können auch Ihre eigenen LED Blitzlicht, durch eine kontrollierte Arduino Board. Ich kann schließlich machen eine instructable für wie dies zu tun, aber in der Zwischenzeit ist hier ein YouTube Video, das, wie es geht zeigt. Beachten Sie, dass es ist nicht genug, um einfach nur das Licht mit 30 Bildern pro Sekunde, mit der Ein-Zeiten und Aus-Zeiten als gleich lang; die Ein-Zeiten darf nicht mehr als 0,5% der Aus-Zeit, um richtig zu frieren die Spinn Skulptur. Dies bedeutet, daß die scheinbare Helligkeit des Lichts nur 0,5% (1/200), was es tatsächlich ist. So ist die LED muss sehr mächtig. Das YouTube -Video verwendet eine 100W LED. Ich habe erfolgreich eine solche Blitz gemacht, mit diesen LED und dieser Reflektor und es ist hell genug (vor allem, wenn Übersteuerung um den Faktor 2-5, die, ohne die LED, da es auf für eine so kurze Zeit durchgeführt werden können ). Da die Strobe ist für einen sehr kleinen Prozentsatz der Zeit, brauchen Sie nicht eine sehr große Stromversorgung, es so lange laufen, wie Sie einen Kondensator den notwendigen Strom für den kurzen hinzufügen zu speichern die Energie zwischen den Blitzen und dann liefern blitzt. Schritt 6: Acknowlegements


Die Videos der Blüten und Artischocken wurden von Charlie Nordstrom, Pier 9 Artist-in-Residence Digitale Storyteller erschossen.

Diese Arbeit wäre nicht möglich gewesen ohne die großzügige Unterstützung Instructables.com, wo ich hatte das Glück, eine sein, Artist-in-Residence im Sommer 2014. Ich bin sehr dankbar, hatte Zugriff auf ihre state-of-the haben -art Herstellungsmöglichkeiten und für die wertvolle Unterstützung ich von der bemerkenswerten Instructables Personal und Artists-in-Residence empfangen.