Mixly開源項目設(shè)計11：編程與3D打印結(jié)合制作互動古瓷瓶

賀凱強(qiáng) 吳俊杰

交互設(shè)計（Interaction Design）是指兩個或多個互動的個體之間交流的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，使之互相配合，共同達(dá)成某種目的。交互設(shè)計旨在努力創(chuàng)建一種人與產(chǎn)品良好互動的關(guān)系，如果教師將這種理念滲透到信息技術(shù)課堂上，促使學(xué)生與軟硬件之間形成互動，可極大地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性與學(xué)習(xí)的主動性。

運(yùn)用上述理念，我們編輯了交互性強(qiáng)的程序，之所以選擇中國傳統(tǒng)文化的代表——瓷瓶作為主題，旨在讓制作者體驗瓷器的制作過程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)瓷器背后的文化與美。

瓷器，是中國古代人民手工制作的代表之作，是技術(shù)與藝術(shù)融合的典范。經(jīng)過與中國傳統(tǒng)文化上千年的融合，瓷器逐漸成為傳統(tǒng)文化的要素。其以自身的獨特之美，詮釋著中國傳統(tǒng)文化的發(fā)展與演進(jìn)。本文中，我們將圖形化編程與3D打印相結(jié)合，想制作一件古代瓷器——柳葉瓶（柳葉瓶為清代康熙官窯獨特器形之一，如圖1。侈口，細(xì)頸，斂腹修長，臥足。器形曲折多姿，雋秀典雅，若懸垂的柳葉，又似亭亭玉立的美人，故又有“美人肩”之稱）。

● 制作

要制作柳葉瓶模型，首先需要制作柳葉瓶的黑色二維平面圖。獲得平面圖的方法有很多，本文采用軟件與硬件互動的方式來制作。軟件使用Labplus圖形化編程軟件，硬件使用盛思Scratch實驗箱1.1版。使用軟件畫出一條線段作為瓷瓶的最基本的元素，編輯程序使得實驗箱滑桿可以控制這條線的長短。程序運(yùn)行后，線段X坐標(biāo)不變，Y坐標(biāo)勻速增加。在這一過程中，移動滑桿控制線段長短，將會同時通過“圖章”留下印記。線動成面后，就實現(xiàn)了最終的模型。具體制作過程如下。

在軟件的造型界面中，畫出最基本的元素，即一條線段。這條線段成為程序里的角色。設(shè)置線段的粗細(xì)和顏色——黑色（如圖2）。之后單擊“線段”，在畫板的正中央畫一條長度適中的線段（如圖3）。

將軟件與盛思實驗箱連接后，就可開始編輯程序了。當(dāng)“小綠旗”被點擊后，清空舞臺，將線段移動到（-28，-128）的位置（如圖4）。

之后重復(fù)執(zhí)行以下三條語句。首先將角色（線段）設(shè)定為可以調(diào)節(jié)的尺寸。滑桿傳感器的值的范圍為0～100，乘以2，其值為0～200，因此角色（線段）的尺寸為0～200%?！皥D章”語句會留下線段的印記?！皩坐標(biāo)增加1”使得線段勻速向上移動，移動的速度由增加的數(shù)值決定（如圖5）。

程序編輯完成后，依照搜索到的柳葉瓶的形狀，就可以開始畫瓶子了。需要特別注意的是，為了畫出與原瓶非常像的瓷瓶，需要綜合調(diào)節(jié)線段的長短、粗細(xì)，滑桿移動的速度和線段移動的速度，這就要求制作者有足夠的耐心反復(fù)調(diào)試，直至畫出完美的瓷瓶。圖6為原瓶與畫出瓷瓶的對比圖。

● 改裝

現(xiàn)在的瓷瓶只是一個二維圖形，還需要將它轉(zhuǎn)化成三維立體模型。于是，我們將畫出的瓷瓶截圖，導(dǎo)入3DOne軟件中。如圖7.1所示，3Done軟件顯示瓷瓶的輪廓。用“修建/延伸曲線”命令去除輪廓的左側(cè)曲線，留下另一半曲線，形成圖7.2。使用“偏移曲線”命令，形成圖7.3。圖中共有三條曲線，其中中間的曲線為原始曲線，兩側(cè)的曲線為偏移產(chǎn)生的曲線。將中間的曲線刪掉，使用“通過點繪制曲線”命令，沿著剩下的兩條曲線畫線，形成圖7.4。使用“移動”命令，使得新畫出的曲線移動位置，并刪除原有的兩條曲線，形成圖7.5。使用“直線”命令，將兩條直線連起來，形成一個封閉的圖形，如圖7.6。將圖7.6顯示的圖形沿著軸（0，-1，0），進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，形成立體的3D古瓷瓶——柳葉瓶（如圖8）。

使用“圓形”命令，在瓶子的底部中央畫一個圓，并向上進(jìn)行拉伸，與瓷瓶做“減運(yùn)算”，可以在瓷瓶底部挖開一個洞，方便LED燈從底部插入。將模型用3D打印機(jī)打印出來的效果如圖9所示。

● 玩轉(zhuǎn)

為了使瓷瓶更加智能化，我們使用Arduino硬件和Mixly軟件，將光控?zé)魪拇善康撞壳度氲酱善績?nèi)部，使得瓷瓶成為一個智能的裝飾品。

我們將紅色LED燈的長針腳與Arduino板的3端口相連，短針腳接地。10KΩ電阻與光敏電阻串聯(lián)，并用藍(lán)導(dǎo)線接入A1端口。光敏電阻的另外一端接地，而電阻的另外一端接5V端口（如圖10）。

打開Mixly軟件，編輯程序（如圖11）。

打開串口監(jiān)視器，光線越暗，則端口的值越高，光線越亮，則端口的值越低。因此若想在光暗的條件下使瓷瓶發(fā)光，應(yīng)設(shè)置A1端口值大于某臨界值時，輸出管腳的值為高。在特定環(huán)境下測試，選擇臨界值為600。

將Arduino電路與3D瓷瓶結(jié)合在一起，光控發(fā)光柳葉瓶制作完成（如圖12）。

● 分享

我們使用圖形化編程和3D打印軟件制作出了古瓷瓶。希望通過制作這件作品，了解瓷瓶的器型，欣賞瓷瓶的美，體會其中蘊(yùn)含的中國傳統(tǒng)文化。而這只是交互設(shè)計下的一個范例，運(yùn)用軟件還可以制作出更多的對稱模型，如心理學(xué)模型——魯賓的花瓶、酒杯、碗、天壇等，我們可以沿著這個思路進(jìn)一步探索！

本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續(xù)登載。