做一個(gè)會(huì)“變臉”的小寵物

龔瑩瑜 謝作如

川劇變臉是川劇的特技之一，演員在舞臺(tái)上的一抬手一提足，臉上的面具都可能發(fā)生翻天覆地的變化，滿滿的神秘感、震撼的舞臺(tái)效果，都給了觀眾不一樣的體驗(yàn)。

偶然間看到DFRobot社區(qū)的一個(gè)表白神器——跳動(dòng)的心（如圖1），一個(gè)火柴盒大小的點(diǎn)陣屏，非常適合作為送給女友的小禮物、小伙伴的愛(ài)心玩具等。這個(gè)創(chuàng)意讓我心動(dòng)，也引發(fā)了我的思考：點(diǎn)陣屏能夠畫(huà)出愛(ài)心，那能不能繪制出臉譜呢？

● 器材和原理

創(chuàng)客空間剛好有盛思的Duinoplus box實(shí)驗(yàn)箱，這款教學(xué)套件整合了8×8的點(diǎn)陣屏（如圖2），很適合做變臉的研究。所謂的8×8是指點(diǎn)陣屏由8行8列的LED組成，共有64個(gè)點(diǎn)組成，可以顯示簡(jiǎn)單的圖形。

這款點(diǎn)陣屏不僅可以用X、Y來(lái)定位，精確控制某一個(gè)LED的狀態(tài)，也可以用行、列賦值的方法，給某一行寫(xiě)一個(gè)參數(shù)，以點(diǎn)亮相應(yīng)的LED。行賦值的代碼以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，每一行對(duì)應(yīng)的是8位二進(jìn)制，左邊的位高，右邊的位低（如圖3），賦的值是該行所有亮的點(diǎn)對(duì)應(yīng)值之和。如果給第一行賦值1（十進(jìn)制），則最右邊的LED亮，其他都暗；賦值255，則所有的LED亮。因?yàn)槭M(jìn)制的1對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為“00000001”，255對(duì)應(yīng)的則是“11111111”。

為了更好地理解行賦值，需要先學(xué)習(xí)二進(jìn)制。二進(jìn)制是逢2進(jìn)位的進(jìn)位制。0、1是基本算符。二進(jìn)制數(shù)據(jù)也是采用位置計(jì)數(shù)法，其位權(quán)是以2為底的冪。最后一位是2的0次冪，倒數(shù)第二位是2的1次冪，以此類(lèi)推。

所以把二進(jìn)制化成十進(jìn)制只需要將數(shù)值乘以2的冪次相加即可。例如，把二進(jìn)制11111111轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，*1+*1+*1+*1+*1+*1+ *1+*1+*1=255。

知道了如何點(diǎn)亮點(diǎn)陣屏后，又一個(gè)問(wèn)題來(lái)了——如何用點(diǎn)陣屏顯示圖片呢？其實(shí)位圖都是由像素點(diǎn)組成的，只是平時(shí)我們看到的圖片像素點(diǎn)很多，而且像素點(diǎn)又很小，所有我們看圖片的時(shí)候很難發(fā)現(xiàn)。如果把圖片一直放大，就能發(fā)現(xiàn)圖片上出現(xiàn)了馬賽克一樣的方格，這就是像素點(diǎn)。所以點(diǎn)陣屏上的這64個(gè)點(diǎn)就相當(dāng)于“像素點(diǎn)”，而我們要做的就是利用這些像素點(diǎn)繪制出不同的臉譜。

● 繪制臉譜

知道了點(diǎn)陣屏的點(diǎn)亮方法和繪圖的原理之后，接下來(lái)我們就可以在點(diǎn)陣屏上開(kāi)始繪制臉譜了。

打開(kāi)Excel，模擬點(diǎn)陣屏的排布建立一個(gè)8×8的表格。然后，在表格中確定圖案所對(duì)應(yīng)的單元格位置，然后求出每行所對(duì)應(yīng)的值。如圖4中畫(huà)出的是一張笑臉。

觀察圖4可知：

第0行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第1行：*0+*1+*0+*0+*0+*0+ *0+*6+*0=66。

第2行：*1+*0+*0+*1+*0+*0+ *1+*0+*1=165。

第3行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第4行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第5行：*0+*0+*1+*0+*0+*1+ *0+*0+*0=36。

第6行：*0+*0+*0+*1+*1+*0+ *0+*0+*0=24。

第7行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

確定了每行所對(duì)應(yīng)的值后，就可以開(kāi)始點(diǎn)亮點(diǎn)陣屏了。每個(gè)臉譜都由8行點(diǎn)陣組成，為了讓代碼能簡(jiǎn)潔明了，我們用8個(gè)長(zhǎng)度的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)點(diǎn)陣屏中每行所對(duì)應(yīng)的值。然后，利用循環(huán)語(yǔ)句對(duì)數(shù)組中的各個(gè)值進(jìn)行讀取，把這些值賦給對(duì)應(yīng)的行，讓點(diǎn)陣屏上顯示笑臉。同理可以繪制其他的臉譜，如圖5所示的三組數(shù)字，分別代表笑臉、哭臉和無(wú)表情的臉。

● 實(shí)現(xiàn)變臉

準(zhǔn)備工作完成了，接下來(lái)我們開(kāi)始編寫(xiě)代碼，以便控制點(diǎn)陣屏實(shí)現(xiàn)“變臉”的過(guò)程?！白兡槨钡墓ぷ髁鞒倘缦拢寒?dāng)程序開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，點(diǎn)陣屏上顯示一種臉譜；當(dāng)左、中、右按鈕被按下的時(shí)候，分別出現(xiàn)不同的臉譜。相對(duì)來(lái)說(shuō)，代碼的編寫(xiě)倒最簡(jiǎn)單。當(dāng)按鈕按下時(shí)是高電位，也就是1電位，松開(kāi)時(shí)是低電位，也就是0電位，可以用邏輯模塊中的等于節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程，也可以把按鈕模塊作為條件，因?yàn)闆](méi)有說(shuō)明時(shí)，就是默認(rèn)條件是高電位。完整的代碼如圖6所示，效果圖如圖7所示。

● 拓展升級(jí)

利用實(shí)驗(yàn)箱制作的作品僅僅是原型，不夠美觀，也不好展示。我們的最終作品應(yīng)該利用體積較小的Arduino板子和點(diǎn)陣屏模塊，結(jié)合3D打印合，呈現(xiàn)各種有趣的作品形態(tài)，如會(huì)變臉的小寵物、鑰匙掛墜等。圖8所示的作品，是不是很酷炫？

如果對(duì)相關(guān)內(nèi)容感興趣，請(qǐng)關(guān)注主持人博客。