作者：張宇文
緣起
本文將介紹光學玩具中的費納奇鏡（Phenakistoscope）及其設計與應用。(圖1)
費納奇鏡的原理
在攝影術發明至1895年12月盧米埃爾電影攝影機首次公開放映期間，連續圖片中的運動攝影激發了許多科學家的靈感。由於視網膜持久性的錯覺效應，幾種光學玩具應運而生，這些被稱為「前電影」的玩具是現代電影的先驅。
有興的讀者可以參考: 【GIF動畫從頭說起-細說翻頁書的歷史】一文。
費納奇鏡是這類光學玩具的早期形式之一，由比利時物理學家Joseph Plateau和奧地利的Simon von Stampfer於1832年共同發明。其原理是在圓盤上畫出連續動作的圖像，安裝在手柄後，觀賞者面對鏡子，通過圓盤上的隙縫觀看圖像的反射。
利用視覺暫留的原理，這些圖像便會連續播放，呈現出動畫效果。儘管費納奇鏡一次只能供一人使用，並很快被其他技術取代，但其基本原理至今仍未改變。
常見的光學玩具結構
圖2
光學玩具有多種型式(圖2)和名稱，以下是幾個最常見的結構：
- 費納奇鏡（Phenakistoscope）：透過轉輪與空隙進行觀察。後來發展出投影費納奇（Projection Phenakistiscope），利用一個轉軸同時帶動兩個輪子，無需鏡子即可看到動畫。(圖3)
- 西洋鏡（Zoetrope）：圓筒外圍有等間距的觀察孔，內部可替換不同的動畫底片。透過轉動圓筒，觀察孔中呈現動畫。(圖4)
- 普拉克辛鏡（Praxinoscope）：與西洋鏡類似，但觀看時不透過筒身的觀察孔，而是利用圓筒中央的多邊型鏡面，使觀看更為便捷。(圖5)
圖4
圖5
西洋鏡和普拉克辛鏡都有許多不同的延伸設計與傳動形式，有興趣的讀者可以進一步研究。
設計與製作流程
結構設計
本次設計一款結合機電的西洋鏡，並透過LED提高動畫效果。設計結構包括底座、外罩、上蓋和轉輪四部分，並加入調速器控制轉速和電阻調整LED亮度。
在初期設計時原本想用齒輪帶動(圖6)，經過思考，這樣的設計會使底板變得很大，再經過各種思考後，我們決定在不破壞經典的造型之下作設計，讓作品盡量的保留了傳統的造型。(圖7)
圖6
立體建模
透過立體建模檢查干涉和比例，為了隱藏TT馬達，底座的兩個腳做了調整，並將外罩設計成7等分，以解決上蓋與觀察孔不對正的問題。(圖8)
圖8
打樣與試組裝
最初的外罩設計為上下卡住，為方便維修，改成上扣下壓的設計，這樣可以直接取下外罩上部，也讓替換內容變得更方便。
組裝完成
組裝完成後，可以透過不同的底片看到不同的動畫，也可以自行設計新的動畫。
光學玩具對孩子的發展益處
光學玩具如費納奇鏡、西洋鏡和普拉克辛鏡，不僅有趣，還對孩子的發展有諸多益處：
- 視覺和空間技能：這些玩具通過連續圖像和動畫效果，幫助孩子理解運動和視覺暫留的概念，提升他們的視覺和空間理解能力。
- 創造力和想像力：孩子在設計和創作自己的動畫圖像時，會激發他們的創造力和想像力。他們可以構思不同的場景和故事，將這些場景和故事在玩具中實現。
- 動手能力：動手製作這些光學玩具的過程，能夠提升孩子的動手能力和細節處理能力。從剪裁、繪畫到組裝，這些步驟都需要精確和耐心。
- 科學知識：通過實際操作，孩子們能夠更好地理解光學原理和運動的物理學知識。這些玩具為他們提供了一個將理論應用於實踐的機會。
- 專注力和耐心：製作和操作這些光學玩具需要一定的專注力和耐心，這有助於孩子培養專注力和解決問題的能力。
結語
希望通過此次介紹，讀者能夠瞭解到許多有趣的老玩具依然可以與現代技術結合。創新設計不僅讓傳統事物更符合現代人的口味，也能保存並傳承前人的智慧。透過設計，我們可以讓傳統與現代完美融合，實現「古玩新詮」的目標。
光學玩具不僅是一種娛樂工具，還是一個教育工具，能夠在遊戲中幫助孩子發展多方面的技能和知識。希望家長和教育者能夠認識到這些玩具的價值，並在孩子的成長過程中加以利用。
