Освещение кубом как это выглядит

LED-куб + змейка

Предисловие

В данной статье мы (т.к. статью писали и делали проект 2 человека) расскажем вам, как мы вдохнули жизнь в старую, позабытую всеми игру.

Подготовка

Создание собственного LED куба

Обсудив некоторые моменты, было решено делать куб размером 8х8х8. Нам удалось купить оптом 1000 светодиодов по хорошей цене, как раз то что нужно, правда это были не совсем подходящие светодиоды. Визуально лучше бы смотрелись светодиоды синего цвета с матовой линзой, свечение получается не такое яркое и более равномерное. Есть еще одна проблема прозрачных светодиодов, нижний слой подсвечивает верхние. Однако, несмотря на все это, светодиоды должны быть достаточно яркими, чтобы изображение получилась четкой. Для больше прозрачности куба лучше взять маленькие светодиоды, например, 3 мм. Еще один пункт при выборе светодиодов — длинна ног. Каркас куба будем делать из ног светодиодов, поэтому они не должны быть меньше, чем размер клетки.

Еще один важный пункт при построении куба – это его размер. Мы делаем каркас с помощью ног светодиода, хотя есть способы, где используются металлические стержни или проволока. Длинна катодов наших светодиодов оказалась примерно 25 мм, поэтому размер клетки мы выбрали 20 мм, а остальное использовать для пайки, решили, что так куб будет прочнее. Это как раз небольшое отличие от конструкции автора статьи, приведенной выше.

Следующий этап – создание макета для пайки слоев куба, это поможет облегчить пайку и куб будет более ровным. Макет делается очень просто, я взял кусок фанеры, расчертил его по размерам моего куба и просверлил в местах пересечения линий отверстия по размеру светодиодов.

Спаяв несколько слоев понял, что данной конструкции не хватает ножек, коими послужили длинные болты.

Прежде чем начать паять куб советую все подготовить. Из личного опыта могу сказать, что гораздо удобнее это делать вдвоем, т.к. рук реально не хватает, один человек прикладывает катоды, а второй подает припой и паяет. Делать это нужно быстро, светодиоды маленькие и боятся перегрева. Также в разных мануалах говорят проверить каждый светодиод перед пайкой. Я не вижу в этом смысла, потратите много времени на по сути бессмысленную операцию. Мы покупали новые светодиоды и все они оказались рабочими. А вот когда вы спаяли слой, там уже стоит хорошо все проверить потому, что выпаивать светодиод из центра неприятное занятие, проверено на личном опыте.

Итак, приступим непосредственно к пайке. Не могу сказать, что это самый верный способ, но мы это делали так. Для начала располагаем все светодиоды в нашем макете, желательно их установить ровно, потом не будет возможности что-то исправить.

Затем загибаем катоды так, чтобы они накладывались друг на друга. Когда все будет подготовлено можно начинать паять, но стоит помнить о возможном перегреве, и, если пайка не удалась, не стоит торопиться перепаивать, лучше дайте светодиоду остыть.

Спаяв все светодиоды, мы получим 8 полосок по 8 светодиодов. Чтобы это все превратить в один слой, мы использовали обычную алюминиевую проволоку, которую предварительно выпрямили. Решили использовать всего 2 таких «стержня», чтобы не усложнять конструкцию, к слову она и так получилась достаточно прочной.

Спаяв последний слой не нужно его доставать потому, что потом придется вставлять его обратно. Теперь имея все 8 слоев нам нужно их как-то объединить в один куб. Чтобы куб был более-менее ровным на пришлось отогнуть аноды как показано на рисунке, теперь он огибает светодиод, и может быть аккуратно припаян.

Паяем куб с верхнего слоя и до самого нижнего, при этом постоянно проверяя работоспособность светодиодов, лучше не ленитесь, т. к. потом будет сложнее исправить ошибку. Выставлять высоту между слоями лучше с помощью каких-то шаблонов, автор приведенной выше статьи использовал обычные кроны. У нас ничего подходящего не оказалось, но нас было двое, поэтому решили все выставлять вручную. Получилось достаточно ровно, но не идеально.

Сделав все эти действия, вы получите собранный вами LED куб и несколько обожженных пальцев, но это уже зависит от вашей аккуратности.

Разработка схемы

Для воплощения нашей задумки нам нужен был какой-то микроконтроллер. Мы решили остановиться на микроконтроллере Arduino Leonardo. Мы не хотели заморачиваться насчет программаторов и нужного ПО, так же нам не нужен мощный процессор для наших задач. Имея готовое устройство, мы поняли, что можно было использовать и Nano, но это не столь критично. Для управления кубом мы решили использовать телефон, подключенный к Arduino по Bluetooth, в нашем случае используется HC-05, но вы можете использовать любой другой.

А вот что действительно важно так это количество выводов микроконтроллера, т. к. мы получили 64 анодных и 8 катодных вывода, но о их подключении позже. Мы решили расширить порты IO с помощью сдвиговых регистров, в нашем случае это регистры фирмы TI 74HC595 в DIP корпусе, чтобы припаять сокеты к плате, а уже в них вставлять сами микросхемы. Подробнее об этих регистрах вы можете почитать в datasheet, скажу лишь что нами использовалось все кроме сигнала сброса регистра, мы подали на него единицу, т. к. он инверсный, и вход output enable мы завели на землю, он тоже инверсный и мы хотели всегда получать данные с регистров. Также можно было использовать и последовательные регистры, но тогда пришлось бы поставить дешифратор для выбора в какой именно регистр записывать информацию.

Для того, чтобы замыкать цепь на землю, выбирая уровень, который хотим зажечь, нам нужны транзисторные ключи, ну или просто транзисторы. Мы использовали обычные маломощные биполярные транзисторы N-P-N типа, соединенные по 2 параллельно. Не уверен, что в этом есть смысл, но так вроде как ток протекает лучше. База через подтягивающий резистор номиналом 100 Ом заведена на микроконтроллер, который и будет открывать наши транзисторы. На коллектор заведены слои куба, а эмиттеры соединены с землей.

Сборка куба воедино

Для питания куба не смогли найти ничего лучше, чем блок питания от планшета, параметры которого 5 В и 2 А. Может этого и мало, но куб светится достаточно ярко. Чтобы не сжечь светодиоды все анодные выводы соединены с регистрами через токоограничивающий резистор. По моим расчетам они должны были быть примерно по 40 Ом, но у меня таких не оказалось, поэтому использовал по 100 ОМ.

Разместили мы все это на 2 небольших печатных платах. Специально травить ничего не стали ввиду отсутствия практики, просто соединили все обычными проводниками. Регистры с анодами куба соединили с помощью шлейфов, которые мы достали из старого компьютера. Так проще ориентироваться в проводах.

Собрать прототип решили на том макете, который использовали для пайки.

Отладив все и исправив сделанные ошибки, мы сделали корпус из имеющегося у нас ламината, он оказался хорош тем, что его не пришлось красить. Вот конечный результат:

Да будет свет!

Куб есть, осталось заставить его светиться. Далее будут описаны различные моды (режимы) работы куба, для переключения которых использовался bluetooth + Android. Приложение для телефона писалось с использованием Cordova. Код приложения здесь описываться не будет, но ссылка на репозиторий представлена в заключении.

Алгоритм работы с кубом

Ввиду того, что мы не имеем доступ сразу ко всем светодиодам, мы не можем их зажечь все сразу. Вместо этого, нам надо зажигать их послойно.

Алгоритм таков:

1. Текущий слой равен 0.
2. Заносим в регистры маску для текущего слоя
3. Закрываем транзистор для предыдущего слоя. Если текущий слой нулевой — то предыдущий для него — 7й слой
4. Защелкиваем значения в регистры. Значение появляются на выходах регистров
5. Открываем транзистор для текущего слоя. Ура, один слой светится!
6. Текущий слой ++. goto: 2

Итого, данный алгоритм повторяется довольно быстро, что и даёт нам иллюзию того, что все светодиоды светятся одновременно (но мы то знаем что это не так). Маски хранятся в массиве 64х8 байт.

Написание модов

Данные моды появлялись не в том порядке, в каком они будут представлены здесь, так что прошу не наказывать за их нумерацию в коде. Начнём с самого простого: зажечь все светодиоды.

“Залипательный” мод

Идея: горят всего два слоя нулевой и седьмой, причём они являются инверсными по отношению друг к другу (светодиод в позиции Х горит только на одном из слоёв). Рандомно выбирается позиция (почему-то все пытаются найти алгоритм выбора позиции), и светодиод в данной позиции “переползает” на верхний слой, если он светился на нижнем слое, и соответственно на нижний, если светился на верхнем.

“Ещё один залипательный мод”

Данный мод похож на предыдущий, за исключением, что горит не слой, а грань, и огоньки с данной грани, один за одним перемещаются на противоположную, а потом обратно.

Куб внутри куба

Идея: зажигать внутри куба светодиоды ввиде граней куба размерами от 1 до 8 светодиодов и обратно.

И наконец змейка

Из особенностей реализации змейки, стоит отметить, что нету никаких ограничений на поле, и соответственно уходя за пределы куба с одной стороны, появляешься с другой. Проиграть можно, только если врезаться в себя же (по правде говоря, выиграть нельзя).
Так же стоит отдельно рассказать про управление:

В случае двумерной реализации данной игры никаких вопросов с управлением не возникает: четыре кнопки и всё очевидно. В случае трёхмерной реализации возникает несколько вариантов управления:

1. 6 кнопок. При таком варианте кнопке соответствует свое направление движения: для кнопок вверх и вниз всё очевидно, а остальные кнопки можно “привязать” к сторонам света, при нажатии кнопки “влево” вектор движения всегда меняется “на запад” и т.д. При таком варианте возникают ситуации, когда змейка движется “на восток” и и мы нажимает “на запад”. Т.к. змейка не может развернуться на 180 градусов, приходится такие случаи обрабатывать отдельно.

2. 4 кнопки (Up Down Left Right). Действия данных кнопок аналогичны действиям в двумерной реализации, за исключением того, что все изменения берутся относительно текущего направления вектора движения. Поясню на примере: при движении в горизонтальной плоскости, нажимая кнопку “Up”, мы переходим в вертикальную плоскость. При движении в вертикальной плоскости нажимая “Up”, мы переходим к движению в горизонтальной плоскости против направления оси Х, для “Down” — по направлению оси Х и т.д.

Безусловно, оба варианта имеют право на существование (было бы интересно узнать другие варианты управления). Для нашего проекта мы выбрали второй.

Результат работы программы:

Ссылки на исходный код прошивки куба и приложение для телефона:

Источник

Студийная съемка с использованием настольного лайт-куба

Световые боксы уже достаточно давно используются фотографами для съемки в студии. В прошлом высокая стоимость и большие габариты такого оборудования не принесли ему популярности среди начинающих фотографов и фотолюбителей.
Для тех из Вас, кто занимается или планирует заняться рекламной фотосъемкой товаров, лайт-куб станет хорошим началом. В световом боксе используется та же технология, что и в рефлекторах, которая делает его более прочным и компактным. В сложенном состоянии лайт-бокс может поместиться в Вашем кармане, а в собранном виде позволяет снимать компьютер среднего размера.

В этом уроке мы расскажем Вам, как использовать световой бокс среднего размера, а также покажем примеры снимков, сделанных с использованием еще двух лайт-кубов разных размеров.

(Нажмите на картинку ниже для просмотра увеличенного изображения.)

• Недостатки использования внешней вспышки
• Использование 6-и дюймовых рефлекторов
• Использование светового бокса среднего размера и 6-и дюймовых рефлекторов
• Сравнение результатов
• Использование светового бокса большого размера
• Использование светового бокса малого размера
• Съемка на прозрачном столе
• Съемка с фоном для цветовой рирпроекции
• Результаты всего урока

Недостатки использования внешней вспышки

Мы начали с того, что установили деревянную столешницу на две подставки, эта конструкция использовалась нами в качестве съемочного стола. Мы расположили его так, чтобы вести съемку сверху с небольшого расстояния и когда мы захотим добавить еще один источник света, нам не нужно будет передвигать установку.

В качестве объекта съемки мы использовали старые настольные часы, немного наклонив их, чтобы отобразить на снимке объемность. После установки камеры на штатив мы присоединили внешнюю вспышку и настроили камеру со вспышкой на автоматический режим (изображения 1 и 2).

Мы окончательно отрегулировали положение штатива и штативной головки, скомпоновали кадр и сделали снимок (изображение 3).

Полученный результат не очень нас порадовал. Мы утратили контроль над контрастом и в результате получили нединамичный снимок с некрасивыми бликами и тенями.

Использование 6-и дюймовых рефлекторов

Сначала мы отсоединили внешнюю вспышку от камеры и установили первую студийную вспышку справа от камеры под углом 45 градусов и на расстоянии 120 см от объекта съемки (изображение 4).

Мы настроили мощность студийной вспышки на 1/16, затем замерили экспозицию. На основе полученных данных экспозамера мы выбрали в камере ручной режим и установили выдержку на 1/60 секунды, а диафрагму на f/16. Наконец мы соединили камеру со вспышкой проводом синхронизации и сделали снимок (изображение 5).

Окончательно отрегулировав положение второго источника света, мы проверили настройки камеры и сделали следующий снимок (изображение 9).

Использование предложенных инструментов позволило нам получить неплохой результат. Несмотря на то, что мы потратили много времени, чтобы хорошо почистить и отполировать часы, на изображении все равно видны царапины и пылинки, которые были не заметны в видоискателе. Хотя снимок получился очень контрастным и унылым, все же часы выглядят достаточно четко на изображении. В результате нашу миссию можно было считать выполненной, но мы решили на этом не останавливаться.

Использование светового бокса среднего размера и 6-и дюймовых рефлекторов

Мы собрали световой бокс среднего размера и с помощью липучих застежек прикрепили белый фон, входящий в комплект. Мы поставили лайт-куб на белый лист пенопласта, чтобы темный стол не просвечивался сквозь белую ткань на снимке (изображения 10 и 11).

Подсказка: Чтобы правильно выбрать размер светового бокса для рекламной съемки определенной продукции, нужно учесть некоторые основные правила. Предметы, которые Вы собираетесь фотографировать, должны составлять прибл.1/2 размера светового бокса. Таким образом, при использовании лайт-куба малого размера (30 см высотой) Ваш объект съемки по габаритам должен составлять от 15 до 20 см , для светового бокса среднего размера (50 см высотой) — от 25 до 30 см, а для большого лайт-куба (80 см высотой) — от 40 до 55 см. Другими словами, световой бокс малого размера можно использовать для съемки ювелирных изделий, часов и т.п., лайт-куб среднего размера подойдет для съемки объектов размера коробки из-под обуви, а большой световой бокс — для компьютера с большим корпусом или для стерео системы.

При использовании одной и той же световой установки в разных позициях можно значительно усовершенствовать результат. Для начала мы поместили настольные часы в лайт-куб под таким же углом, что и в предыдущем случае. Закрывающаяся шторка на передней панели устройства состоит из двух частей, это позволяет установить камеру в любом положении. Чтобы полностью воспользоваться преимуществом светового бокса, мы опустили камеру почти на уровень стола, направив ее на объект съемки снизу для создания более драматичного вида. Затем мы застегнули шторки вокруг объектива (изображения 12 и 13).

В результате замера экспозиции выяснилось, что количество света уменьшилось на 1/2 ступени. Мы отрегулировали уровень мощности студийной вспышки. Когда все настройки были завершены, мы приступили к съемке (изображение 15).

Полученный результат демонстрирует более интересный ракурс и лучший контроль над контрастом. Мы решили поменять положение основного света для уменьшения количества бликов, которые возникли в результате того, что стены светового бокса смягчили и рассеяли свет, засветив, таким образом, циферблат часов.

Изменив положение света, мы еще раз замерили экспозицию и настроили мощность света. После установки экспозиции мы приступили к съемке (изображение 17).

На полученном изображении видно, что нам удалось уменьшить блики на передней панели и стеклянном циферблате часов с помощью мягкого бокового освещения. В результате мы получили детализированный снимок с хорошим общем уровнем контрастности.

После установки второго источника света мы проверили настройки камеры и приступили к съемке (изображение 19).

Теперь мы могли с уверенностью сказать, что наша миссия выполнена. С помощью простого освещения и нижнего ракурса съемки нам удалось добиться прекрасного результата.

В каталоге товаров или на любом сайте такое изображение будет выглядеть намного лучше обычного снимка, полученного без использования лайт-куба.

Сравнение результатов

На изображении ниже показаны все полученные результаты в хронологической последовательности. При сравнении снимков Вы можете увидеть, как с помощью лайт-куба можно улучшить общий вид изображения, а также увеличить продуктивность съемки.

Используя нашу студийную установку, мы сделали еще несколько снимков других предметов. Для следующего примера в качестве объекта съемки мы использовали пару замшевой обуви, чтобы продемонстрировать качество освещения на поверхностях, которые не отражают свет. На изображениях ниже показана окончательная световая расстановка и полученный результат (изображения 21 и 22).

Использование светового бокса большого размера

Для съемки следующих примеров мы отложили в сторону световой бокс среднего размера и использовали большой лайт-куб с белым фоном. Мы поместили в него вазу с цветами, затем установили основной свет справа от камеры под углом 45 градусов и заполняющий свет с левой стороны под таким же углом, направив свет на объект съемки сзади (изображения 23 и 24).

В качестве объекта с отражающей поверхностью мы использовали электрическую скрипку. На этот раз мы установили основное освещение слева от камеры под прямым углом к объекту съемки. Чтобы смягчить и рассеять свет мы прикрепили на студийную вспышку небольшой софтбокс. В качестве заполняющего света использовался 6-и дюймовый рефлектор справа от камеры под углом 90 градусов (изображения 25 и 26)

Чтобы продемонстрировать еще одну особенность светового бокса, мы открыли шторки и с помощью липучих застежек прикрепили их к боковым панелям устройства для создания круговой панорамы. Это позволило нам немного отодвинуть камеру назад и использовать длиннофокусный объектив, избежав, таким образом, искажения, которые могли бы возникнуть при использовании широкоугольного объектива при съемке этого длинного объекта (изображения 27 и 28).

Использование светового бокса малого размера

Наши следующие примеры были сделаны с использованием светового бокса малого размера.

Чтобы придать снимку более интересный вид, мы поместили отполированную каменную плиту на нижнюю панель лайт-куба и поставили на нее кольцо. Мы установили основной свет справа под прямым углом ближе к передней панели светового бокса. Заполняющий свет был установлен слева под прямым углом и немного приподнят для верхнего и бокового освещения (изображения 30 и 31).

Для нашего следующего примера мы использовали старые наручные часы и две каменные плиты. На этот раз мы наложили фоновые плиты одна на другую, а на переднюю поместили часы. Наше основное освещение было установлено справа под прямым углом и приподнято так, чтобы свет падал на верхний передний угол лайт-куба. Заполняющий свет был установлен слева под углом 90 градусов на уровне светового бокса (изображения 33 и 34).

Съемка на прозрачном столе

Световой бокс можно использовать для съемки на прозрачном столе, это позволяет установить источник света под самим объектом съемки.

Чтобы соорудить прозрачный стол, мы сняли деревянную столешницу с подставок и вместо нее поставили плиту из органического стекла размера 80х80 см. Вы можете также использовать матовое стекло, но имейте в виду, что оно уменьшает интенсивность света на 1/2 ступени (изображение 36).

В качестве объекта съемки для следующего изображения мы использовали кувшин, наполненный чаем со льдом. Поскольку использовались настоящие кубики льда, время на съемку было ограничено. Поэтому сначала мы поместили в лайт-куб пустой кувшин для предварительной настройки света.

Выставив свет, мы замерили экспозицию для настройки нужной мощности света, установили камеру и приступили к съемке (изображения 39 и 40).

В результате мы получили интересный снимок, но при этом нам не удалось отделить верхнюю часть кувшина от заднего фона, кроме этого, изображение получилось слишком контрастным.

Следующее, что мы сделали — установили вторую студийную вспышку за нашей установкой, подняли ее на высоту прибл. 1.5 м и направили ее вниз, сфокусировав свет на верхнюю панель светового бокса. Затем мы замерили экспозицию и отрегулировали свет с первой вспышкой, после этого сфокусировались на объекте и сделали снимок (изображения 41 и 42).

Использование софтбокса в качестве нижнего освещения под лайт-кубом добавило последний штрих нашему изображению. В результате на снимке мы получили более чистый и равномерный фон. С помощью софтбокса, который смягчил и рассеял свет, нам удалось получить намного лучшее количество деталей и красивое отражение на стеклянной поверхности кувшина. На изображениях 46 и 47 можно увидеть сравнение полученных снимков с данным объектом съемки.

Съемка с фоном для цветовой рирпроекции

Синий фон для цветовой рирпроекции входит в комплект поставки лайт-куба, его размеры зависят от размеров светового бокса. Этот фон можно использовать для съемки отдельных предметов или для последующей обработки полученного снимка в маскирующих программах, с помощью которых можно убрать задний фон. В результате объект съемки можно легко отделить и использовать при наложении изображений с другими объектами или на другом фоне.

Мы могли прикрепить синий фон так же, как и белый, но мы решили продемонстрировать другой способ использования светового бокса для достижения нашей цели.

Мы перевернули лайт-куб так, чтобы отверстие находилось сверху, таким образом, мы могли использовать верхний ракурс для съемки.

Чтобы немного опустить нашу установку, в качестве подставки под лайт-куб мы использовали большую коробку, которую нашли в студии. Затем мы положили белую ткань на коробку, чтобы скрыть надписи на ней (изображение 48).

Мы поставили световой бокс на коробку отверстием вверх. Затем мы сложили синий фон втрое подобно тому, как складывают письмо в конверт (изображения 49 и 50).

После этого мы поместили сложенный втрое фон на дно лайт-куба (изображения 51 и 52).

Чтобы установить камеру в нужном положении, мы воспользовались штативом. Сняв нижнюю крышку на центральной колонне штатива, мы вытянули ее и наклонили горизонтально. Это позволило установить камеру прямо над объектом съемки. Поскольку мы сместили центр тяжести штатива от центра в сторону, в качестве меры предосторожности мы прикрепили сумку с грузом к противоположной штативной ножке, чтобы сбалансировать уровень нагрузки на штатив (изображения 54 и 55).

Мы установили наш первый источник света под прямым углом с правой стороны примерно на уровне светового бокса и направили свет в центральную часть правой панели (изображение 56).

После этого мы застегнули шторки, настроили камеру и приступили к съемке.

На изображении 57 видно, что нам не удалось полностью заблокировать попадание внешнего света со студии на объект съемки. Чтобы выправить эту ситуацию, мы использовали кусок белой ткани вокруг объектива, чтобы скрыть все возможные щели (изображение 58).

В результате нам удалось добиться красивого и чистого отражения по всей длине бутылки и оптимального количества деталей на этикетке, что придало объекту съемки правильную округлую форму.

Второй источник света мы разместили за нашей установкой и выровняли его по высоте с первым источником. При этом мы установили его так, чтобы свет одновременно падал на заднюю и правую боковую панель светового бокса (изображение 60).

При сравнении изображений 62 и 63 можно увидеть, как добавление второго источника света помогло улучшить отражение света по всей длине бутылки. Кроме этого на снимке объект съемки получился правильной формы и с большим количеством деталей.

С помощью маскирующей программы Вы можете отделить бутылку от фона и использовать ее отдельно или при наложении изображений. Поскольку все объекты съемки снимались при одинаковой расстановке света, в результате на снимке мы получили хороший вид профессионального качества (изображения 64 и 65).

Результаты всего урока

Изображения 66 и 67 сделаны с использованием лайт-куба большого размера.

Изображения 68 — 73 сделаны с использованием лайт-куба среднего размера.

Изображения 74 и 75 сделаны с использованием лайт-куба малого размера.

Источник