자연 패턴을 구현한 오디오 반응형 LED 예술 작품
Phyllotaxis: An audio-reactive LED display
Hacker News자연의 나선형 패턴인 'Phyllotaxis'를 수학적 공식으로 분석하여, LED 셀 매트릭스 형태의 독특한 물리 예술 작품을 구현했습니다.
- 초기 황금비율 기반의 정적인 패턴에서 나아가, 디지털 마이크와 푸리에 변환 기능을 적용해 실시간 오디오 반응 시스템으로 발전시켰습니다.
- CAD 모델링과 STM32/ESP32 등 다양한 임베디드 기술을 활용하여 하드웨어와 소프트웨어를 통합하는 공학적 과정을 거쳤습니다.
- 이 프로젝트는 자연 과학의 원리를 코드로 해석하고 물리적 오브제로 구현하며, 기술과 예술이 결합하는 새로운 가능성을 제시합니다.
작가는 자연에서 발견되는 나선형 패턴인 필로택티스를 이해하기 위해 코드를 활용했습니다. 이 패턴은 해바라기 등 식물에서 나타나는 황금비율 기반의 팽창하는 이중 나선 형태입니다. 초기에는 수학적 공식을 이용해 점군을 생성하고, 이를 CADQuery 라이브러리를 사용해 물리적인 셀 구조로 변환하여 LED 매트릭스 형태로 구현했습니다.
초기 시스템은 코딩된 '셰이더' 방식으로 방사형 패턴(radial spirals)의 밝기를 제어하는 정적 패턴을 보여주었습니다. 이후 이 작품을 단순한 시각적 전시를 넘어 실시간으로 주변 소리에 반응하도록 발전시켰습니다. 이를 위해 디지털 I2S 마이크와 STM32 보드를 사용하여 푸리에 변환 및 오디오 분석 기능을 추가했으며, 자동 게인 제어와 다중 대역 분할(multiband splitting)을 통해 음향 신호를 처리했습니다.
작품은 여러 번의 개선 과정을 거쳤습니다. 초기에는 3D 프린팅된 케이스를 사용했으나, 진동에 취약하다는 문제점을 발견하고 PCB 기반으로 구조를 변경했습니다. 최종 버전에서는 ESP32 컨트롤러와 Rust 언어로 펌웨어를 재작성하여 Wi-Fi 네트워크에 연결할 수 있게 했으며, 로컬 웹사이트를 통해 사용자 스케치 및 게임 업로드가 가능한 인터페이스까지 갖추게 되었습니다.