2013年2月12日

科學玩具-視覺-費納奇鏡


這個兒童實驗組合包中,不但可以動手做,還可以將動畫和玩具結合起來
引領操作者理解到所謂的動畫是如何運作的

其實在大創百貨中的玩具區「偶爾」會出現能吸引我掏錢出來買的小玩具,除了木製古早味童玩之外,還有這一種以科學玩具為主題的吊卡包裝,像是傳聲筒氣球與光碟漂浮組合水果電池組等等。我雖然知道這些玩具的做法與遊戲方式,但還是會花錢買下來,因為我想看看日本的科教玩具有沒有另類的組合,尤其是在器材方面。
組裝材料很簡單,需要的是小木棍、圖釘和圓盤
其中圖釘如果釘得太深、太緊密,圓盤轉動就會因為摩擦力太大而出現困難

一個教具包裝中有兩種玩法,裡面的組裝及實驗步驟其實說明的很清楚,搭配簡易的圖示。其中第一個光學實驗是費納奇鏡Phenakistoscope),可以說明現代動畫的先驅,透過簡單的組裝來重溫前人的智慧。費納奇鏡的歷史不算悠久,但卻在視覺娛樂上佔了很重要的份量,由靜止的畫面變動成為連續的影像,這是利用了所謂視覺暫留的現象,並且跟閃頻效應脫離不了關係。
觀察方式則不是直接觀察,而是透過平面鏡的反射
其實從這邊就可以切入反射定律的概念

將圓盤上有圖畫那一面朝向鏡子,鏡子中就會出現和實物相同大小的正立虛像,當透過狹縫看鏡子中的影像時,視野是被侷限住的,所以眼睛要盯著某一點,不能隨著狹縫的移動而將焦點移轉到別的地方。而所盯著的地方,不是在鏡面上,而是在鏡子中,因為平鏡面成像中的一個重要規則就是「物距=像距」。
圖釘所釘的位置因人而異,但建議的位置是在頂端下方一公分左右
圓盤上的圖畫數和狹縫數是相同的,所以可以看到兩隻兔子原地上下跳動

因為相機在拍攝的時候,如果焦點是對準在鏡子的玻璃上,那麼所拍攝出來的影像就會是模糊的,因為影像不在那裡,所以拍攝焦點要放在圓盤與鏡面間距的兩倍距離上。不管讀哪一個版本的國二生都做過這一題,對吧?
因為圓盤被手撥動之後,狹縫就會因為圓盤的轉動而偏離原位。直盯著某一點的眼睛在狹縫偏離後,所看到的是狹縫與狹縫之間的無圖區域。為了讓這個區域所呈現的視覺效果最好,所以通常會被塗上黑色,明暗之間的反差效果才會最棒,也就是說,圓盤的背面是深色的(當然最好是黑色)。
一個圖釘、一張有狹縫的圓盤和一支小木棍就可以組成一個光學玩具
透過鏡子的反射,讓圖中的兔子似乎有了生命

再加上圓盤擺放在眼前的距離短,遠小於人的明視距離,所以縫隙之間的區域看起來根本就是模糊一片。唯一清楚的地方,就是透過狹縫所看到的影像了。而且轉動時,從鏡面反射的光線穿透過狹縫,像是一明一暗似地反覆出現,存有既定的變換頻率。透過狹縫所觀察到的影像變化頻率也跟明暗變化頻率一樣,所以所觀察到的影像便會在原地產生動作。
最重要的是,如果已經透過這個活動知道動畫原理的話
就可以利用身邊的素材,剪輯出屬於自己獨一無二的動畫

只要裝得上去,就可以做出這一個玩具,舉凡免洗竹筷、鉛筆、吸管、氣球桿等等都可以代替小木棍,而圖釘上也可以安裝個氣球棍當做轉軸,因為紙做的圓盤的圓心小孔會越轉越大。如果不想要用手動的方式來轉動圓盤,那就把它裝在小電風扇上吧。對了,這個實驗組中還有其他的材料可以做西洋鏡Zoetrope)哦!

其中的影像數和狹縫數的差異會使得影像「運動」的方式產生變化,可以設計成順時針轉動,也可以逆時針轉動,甚至是停留在原地的變化。像這一類的閃頻效應,也常常出現在生活中,甚至是應用在工業上,像是工廠中檢查高速運轉的齒輪時,就派得上用場,因為總不能停機靜止後再受檢吧,想想看停電後的損失,這可是會要了那些大老闆的命!

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