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新2足球信用平台出租(rent.22223388.com):漫舞不慢,是你的眼睛没能跟上

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分类:科技

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Slow Dance|图源:https://www.nickolaspeter.com/slow-dance

画框中的羽毛像是在“慢动作”运动。但事实上,它运动得相当快――在加入一些光照和震动设计后,由于人类的视觉感知存在极限,使得它似乎正以一种令人难以置信的慵懒节奏摇曳生姿。

你看明白了吗?如果不明白也没关系。装置的设计师杰夫・利伯曼(Jeff Lieberman)说:“当你眼前的东西与你对现实的理解存在冲突时,困惑产生了。”作为探索 Discover 频道节目 Time Warp 的主持人,利伯曼使用高速摄像机来解构子弹发射、芭蕾舞和爆炸等运动过程包含的物理学。利伯曼把他最新的装置称为“漫舞”。在众筹平台 Kickstarter 上,他将其描述为 “一个能放慢时间的画框”。

事实上,“漫舞 ”的机制出奇简单,但巧妙得令人难以察觉。利伯曼说:“一旦你选择直接了解它的工作原理,就会永远失去探索和揭秘的乐趣。”但如果你真的迫切想要了解,利伯曼建议你多花一些时间来弄清楚它。

为揭晓“漫舞”的秘密,你可能需要先补充一个概念――视觉暂留。

“走马灯,灯马走,灯熄马停步。”|图源:钱江晚报

其实“视觉暂留”原理早在中国古代就被应用于民艺“走马灯”中。南宋周密在《武林旧事》中记载“若沙戏影灯,马骑人物,旋转如飞”,说的就是这种特殊的灯笼。

走马灯结构及原理|图源:科普中国

走马灯的原理是在一纸灯笼中插入一根铁丝作为立轴,轴上方为叶轮,剪纸小人用铁丝绕轴固定。当灯笼底部蜡烛点燃,被加热的空气上升形成对流,气流使叶轮转动并带动了轴以及小人转动。人影投在灯笼外部,便形成了人马追逐、物换景移的影像。

“魔术幻灯”原理|图源:《Ars Magna Lucis et Umbrae》阿塔纳修斯・基歇尔

“魔术幻灯”展现“幻像”|图源:M Plus

17世纪遥远的西方,欧洲人也发明了一种早期幻灯机,并开始以幻灯片展示“幻像”与“神迹,那时的它被称为魔术幻灯(Magic Lantern)――通过透镜组合快速地将手绘的图像投射到某个位置,形成视觉暂留。那么视觉暂留背后的原理到底是什么呢?

视觉实际上是从眼睛的晶状体成像,视锥细胞感光,并且将光信号转换为神经电流传回大脑的一整个过程。视神经的反应需要约1/16秒的时间,且针对不同频率的光反应时间会有一定差别。视神经的反应时长造成了视觉图像在大脑中的滞后现象,被称为“视觉暂留”或“正片后像”。

费纳奇镜|图源:Dick Balzers Website Phenakistascopes

费纳奇镜|图源:thisiscolossal.com

这个现象是由比利时物理学家尤瑟夫・普拉托(Joseph Plateau)1835年在观察太阳的实验中发现的,他根据这个现象发明了证明这种人体生理特征的“费纳奇镜”,而他自己也因为这次观察(直视太阳长达25秒)而导致双目失明,但太阳的影子永远地印在了他的眼睛里。

费纳奇镜|图源:The Richard Balzer Collection

1825年,英国的约翰・帕里斯博士发明的“幻盘”一直被认为是电影成像的起源,而理论上视觉暂留现象只能让我们看到鸟与笼子重叠的静态画面,那又是什么令我们“看见”了“鸟飞进笼子”这个并不存在的动作?

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“幻盘”|图源:《断头谷》

视觉暂留会让图像在人的脑海中持续0.1-0.4秒,但是当以大于这个时长范围的间隔播放动图时,我们却依然会觉得图像形成了连续的动作。对于这种并未产生运动,我们却知觉到了运动的情况,德国实验心理学家韦特海默称其为似动现象(phiphenomenon)。似动现象为人类的运动视觉感知提供了心理学解释,也是格式塔心理学的开端。格式塔学派主张人脑的运作原理属于整体论,“整体不同于其部件的总和”。格式塔是德文Gestalt的译音,意即“模式、形状、形式”等,意思是指“动态的整体(dynamic wholes)”。

格式塔原理|图源:Wiki

一个误解――“电影二十四帧每秒是由人类视觉暂留的现象所决定的”。如果帧率标准仅源于“视觉暂留”,那么基于视神经1/16秒的反应速度,只要帧率高于16帧每秒,图像就应当是连续的。条件是仅高于16帧,那么理论上高于16帧的任意数都可行,为何定在24帧?

快速的默片|图源:《城市之光》卓别林

在静默片时代,不管是手摇式还是电力驱动的放映机,都是由放映员设置播放速度的。由于种种因素,在1920年前大部分电影在14~18帧每秒播放。随着时间的推移平均速度逐渐上升,到了有声电影时期大家都用24帧,而这成为了有声电影行业的规范。在这一时期,高于或低于24帧的速率在彩色电影实验和电影爱好者的设备中偶有出现。

快速的默片|图源:《城市之光》卓别林

静默片的速率各不相同,主流是16帧。这也是为什么很多老片今天看起来“很快” ――因为我们用24帧的设备来播放16帧的片源。后来出现了 Vitaphone 系统,在这一系统中,16 英寸的唱片在 33 1/3 转每分钟的速率播放 11 分钟的电影正好是 24 帧每秒。后来各个制作室就给导演施压拍摄24帧的影片,这样就可以用Vitaphone 系统制作有声影片了。

24这个数字在技术上也具备一定优越性――和音频的采样率兼容 (44.1khz and 48khz @ 24hz = 1838 1 2 and 2000 samples per frame) ;是一个容易处理的复数(2^3*3)。这或许解释了为什么24帧得到了广泛的接受,并作为行业规范保留至今。

也就是说“The history of 24fps is all about sound”――24帧的历史其实是关于声音的历史。

最后,让我们揭开文章开头“漫舞”的秘密――答案是对光线和运动的精心编排。隐藏在木质框架边缘的LED灯以每秒76至84次的频率闪烁,速度快到超越你的视觉感知(人眼对光频率的感知上限,即“临界闪烁频率”约在60赫兹)。同时,框架底部的电磁马达以80赫兹的频率振动其夹持的物体――羽毛、树叶、花朵等。

闪烁的灯光照亮晃动中的物体,其频率与物体的振动频率正好存在0~4赫兹的频率差。如果频率一致,由于存在“频闪效应”,物体看上去根本就不会移动。举个直白的小例子――“频闪液滴”:当你用普通摄像机观察水滴下落,它与你在现实世界看到的并无不同,但如果你将摄像机快门频率调整到与水滴下落频率一致,你将记录到水滴悬浮在空中的奇妙景象。

“我要让雨滴静止!”|图源:《惊天魔盗团2》

水滴不但能静止,甚至可以倒流|图源:gfycat.com

相反,灯光在物体运动轨迹的不同位置上短暂地照亮了物体,那么每个照明事件就像一张频闪摄影照片――但快门按下的频率如此之高,以至于你的大脑将其视为连续的影片,而不是独立的一幅幅图像,物体因此动了起来。视觉暂留令其产生,似动现象让其连续。当灯光与振动的频率差降至0时,物体看上去将是静止的;关掉闪烁的灯光,物体将会飞速抖动起来。正是因为这仅仅0~4赫兹的小频率差使物体看上去变幻缓慢,与真实世界的风吹草动不同,显得曼妙轻柔。

Slow Dance|图源:https://www.nickolaspeter.com/slow-dance

像许多令人惊奇的魔术一样,知道 “漫舞”的工作原理并不能削弱它的美妙。通过利伯曼的画框看物体,就像在窥视一个不世出的慢速世界。突然间,你可以看到羽毛尾端的弯曲;植物仿佛拥有了另一种生命力,因为你可以清晰抓住它们每一刻的移动。利伯曼希望他的创作能帮助人们放慢自己的脚步,哪怕只是一瞬间。“作为成年人,我们逐渐对‘神秘’失去兴致,而‘漫舞’真的能让人进入一种好奇的状态。”

Slow Dance|图源:https://www.nickolaspeter.com/slow-dance

视觉暂留是人体机制的一种局限,但也正是这样的“缺陷”给技术留出了空间,让人类的好奇与想象有机会填补上这帧与帧之间的空白,创造出美妙的视觉艺术。

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

来源:科学艺术研究中心

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    2022-05-15 00:14:13 

    时光荏苒,昔日的战士成了今日的牧民,(但骨子里的勇敢与坚韧)永远不会变,〖马头琴的旋律里漂荡〗着<他们的传说>,【草原上的天之骄子在】生涯的战场上争取着一次又一次的胜利。在历史长河中演酿成无数说蒙古族民族漫衍在天下每个角落里。发现了新大陆,好棒!

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