センサ連動型球体ディスプレイ

開発中 2023.10.05 公開（2023.10.17 更新） © CC BY 4+ visibility451

開発中 © CC BY 4+

2023.10.05 公開（2023.10.17 更新） visibility451

以前から球体ディスプレイを作成しており、その中で実装したいと思っていた機能です。
センサに連動して「起き上がり小法師」のように球体を回転させてもいつも同じ向きに画像が表示されるデバイスを作りました。

link https://tajmahal0707.hatenablog.com/entry/2023/06/08/074346

sell C++, MAID, XUI

動画

開発素材: ツール

Arduino IDE

デバイス

WS2812B

API

M5StampS3

システム構成

構成

マイコン部　　マイコンにはM5StampS3を使用し、球体内部にバッテリーと共に収納。　　バッテリーはCR123Ax2から出た7.4VをDCDCコンバータ TPS63020 で５V化して入力。
表示部
　　表示にはWS2812を使用して一面8x8=64個のLEDマトリクスを6面（合計64x6=384個）を今回はすべてシリアルで接続しました。
センサ部　　センサにはBNO055を使用し、9軸のデータを得ています。　　このセンサ値をもとに毎フレームすべてのLEDを回転させます。最初は画像を回転させようと思っていたのですが、入力画像が正距円筒図法といういわゆるパノラマ画像になっているため、非線形な変形になってしまうのでした。このあたりは苦労した点ですね。　　http://qcganime.web.fc2.com/BLENDER/Misc01.html 　実はBNO08xも試してみたんですが、

　 https://learn.adafruit.com/adafruit-9-dof-orientation-imu-fusion-breakout-bno085/arduino 　　ライブラリの特性上取得したいデータを切り替えることができず、こちらに落ち着きました。

プログラム部　　今回M5StampにはSDカードなどが無いため画像はメモリに直書きです。このおかげでメモリを圧迫していて、どうにかしたいところですね。　　画像とはいっても今回収納しているのは色ではなくマスク（0 or 1）で上下半分としているので、マスクが１のピクセル（下半分）は色をグラデーションが変えたりいろいろやってます。　　すべてのLEDの３次元上の空間座標を計算し、その座標値を画像のUVマップに転写したときにそこのピクセルが何色なのか、を抽出してLEDで表示するという方式です。

ストーリー

センサ連動型球体ディスプレイ: Isolation Cube

はじめに

2017年から取り組んでいる球体ディスプレイ計画「neon」において実現したかった機能の実装試験用に作ったものです。

球体ディスプレイを作っているとおそらくやりたくなるんじゃないでしょうか。起き上がり小法師のように回転させても模様が変化しない https://www.youtube.com/shorts/b0QLBZQhfP0

元々作成しているものはPOVを用いた球体ディスプレイですが、こちらで機能実験をするとディスプレイそのものの機能評価と今回のセンサ連動部分の機能評価がごっちゃになってしまい、問題の切り分けができなさそうなので今回は表示部分を既製品のWS2812マトリクスを使って実装してみました。

そのため、球体というよりはキューブになってしまっていますが、機能は確認できると思います。

今回は機能確認が一番の目的なので表示する画像はシンプルです。上半分は何も表示せず、下半分に色を表示します。読み込んだものは画像ではなく実はマスク画像（0 or 1）で、この場合には下半分が１、上半分が0のUVマップを使用しています。そのため、シンプルな画像ですが、色はプログラム上で生成することでグラデーションなどの処理を入れることができます。

まだ計測していないのでわかりませんが、９軸計測→（LED座標変換→UVマップから色取得）x384の処理を10Hz以上で回せているようで、なかなか良い追従性です。 https://twitter.com/Yakatano/status/1707022379266998627

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