フィロタキシス：音に反応するLEDディスプレイ

概要

• 自然界のパターン をコードで再現し、物理オブジェクトに変換した体験談
• Phyllotaxis （ひまわりなどの螺旋模様）をLEDマトリクスに応用
• Voronoi分割と3Dプリント で独自の形状を作成
• オーディオリアクティブ機能 やPCB設計への発展
• 今後の 改良案と課題 についての展望

自然界のパターンをコードで再現

• Phyllotaxis （フィロタキシス）は、ひまわりや多肉植物の中心部に見られる 拡大する二重螺旋 パターン
• 黄金比 を使い、各点を円周上で回転・配置することで、 自然な点群 を生成
• Voronoi分割 を適用することで、 種子のような分割形状 を作成
• Processing で点群データをスケッチし、 物理形状データ としてエクスポート

物理オブジェクトへの変換

• CadQuery （Pythonライブラリ）を使い、 各セルのジオメトリ を生成
• 各セルの中心に LEDを配置するための穴 を作成
• 合計形状を4分割 し、3Dプリンタのベッドサイズに合わせて出力
• FreeCAD で後処理し、 ネジ穴や薄型フェイスプレート を追加
• 和紙のような半透明紙 で光を拡散し、オーガニックな印象を演出

LEDマトリクスの実装と制御

• 89個のLED をはんだ付けし、 STM32 Blackpill ボードで制御
• SPI経由のNeopixelドライバ を自作
• LEDの位置情報 をLUT（ルックアップテーブル）として保持し、 シェーダー風のパターン生成 を実現
• ラジアルパターン や パルス状の輝度変調 など、独自のアニメーションを実装

オーディオリアクティブ機能の追加

• I2Sデジタルマイク（INMP441） を接続し、 リアルタイム音声解析
• ARM CMSISライブラリ でFFTやオートゲイン制御を実装
• 周波数帯域ごとのエネルギー分析 で、音に合わせてLEDが動的に反応
• Jon Hopkinsの楽曲 などで、 生きているような動き を実現

エンクロージャーと基板設計

• 竹製カッティングボード を円形に加工し、 有機的な質感 を強調
• 初期はパフボード で配線しノイズ問題が発生
• PCB設計に挑戦 し、 Blackpill、マイク、ロジックレベルシフタ を一体化
• 組み立てやメンテナンス性 が大幅に向上

第二世代への発展

• New Year’s Party で展示し、好評を得る
• 5分割PCB構成 に設計変更し、 手間と堅牢性 を向上
• Recurse Center でのリトリートで、 ホットエアステーション を使いはんだ付けを効率化
• ESP32 に変更し、 Wi-Fi対応・Rustでファームウェア再構築
• WebAssemblyバックエンド で、 Web経由のスケッチアップロード を実現

今後の改良案と課題

• 手はんだしやすいLED の選定や PCBアセンブリ への移行検討
• アクリルカバー を追加し、 紙の保護と耐久性向上 を模索
• 磁石によるフェイスプレート着脱 など、新しいアタッチ方法の実験
• 制作工程の簡略化と量産性 の改善が今後の課題
• Version 3 に向けて、さらなる実験と改良への意欲