當(dāng)你每天穿行在地鐵之中，不知道你有沒有注意到這么一個現(xiàn)象。當(dāng)列車逐漸加速行駛起來以后，在窗戶外出現(xiàn)了不斷變換的畫面。不知道大家第一次見到的時候是怎么樣一個心情，是不是一眼就看穿了這里面的秘密？反正小編第一眼看到的時候就覺得這是個黑科技 見識短讓大家見笑了……

然而事實上，這里面的原理，兩百年前的物理學(xué)家就已經(jīng)做出了原型。

費納奇鏡

Phenakistiscope

在 1832 年的冬天，比利時物理學(xué)家尤瑟夫?普拉托 和奧地利數(shù)學(xué)家西蒙?史坦弗 (Simon Stampfer) 幾乎同時地發(fā)明了費納奇鏡 (Phenakistiscope) (2)。在最開始，費納奇鏡中往往把圖案畫在圓盤上，然后將其轉(zhuǎn)動起來。透過具有均勻條帶的狹縫裝置，我們就可以觀察到動畫的效果，這也是人們最早提出來的動畫的效果，如今看起來就和一段幾秒長的 GIF 動畫相類似。

這背后的原理也很簡單。如果狹縫和圖案轉(zhuǎn)動頻率相匹配，當(dāng)人們透過一個狹縫位置，就可以依次看到后面每一幀的動畫圖樣。利用視覺暫留，原本短暫的幀與幀之間的變化被人們通過「腦補」補上了。

實際上，人們意識到存在視覺暫留效應(yīng)就在這之前沒多久。1824 年，英國倫敦大學(xué)教授皮特?馬克?羅葛特 在他的研究報告《對通過垂直狹縫觀察輪子輻條外觀變化幻覺的解釋》(Explanation of an optical deception in the appearance of the spokes of a wheel when seen through vertical apertures) 中最先提出人眼觀察在這里面起到的作用 (4,5)。雖然這篇文章中的關(guān)于幻覺形成的論述在現(xiàn)在看起來顯然已經(jīng)不合時宜，不過并不妨礙它在電影史和動畫史上的重要性。

現(xiàn)在普遍認(rèn)為，視覺暫留是由于被觀察物體移去后，視神經(jīng)對物體的印象不會立即消失，而是會持續(xù)一小段時間。普拉托在當(dāng)時還是個學(xué)生，而費納奇鏡的發(fā)明很可能就受到這篇研究報告 的影響。不過普拉托后來因為沉迷視覺暫留現(xiàn)象的研究付出了慘痛的代價，他把太陽光聚焦到眼睛里長達 25s，為此徹底失去了自己的視力。大家做實驗的時候一定要規(guī)范操作啊

接下來就給大家展示一些好看的費納奇鏡的圖案吧~

3D 動畫

3DPhenakistiscope

如今，費納奇鏡已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于平面上，利用它，人們可以實現(xiàn)三維空間中的動畫。原理依舊很相似，但是我們不再使用狹縫，而是使用頻閃的燈來代替。其實這個原理我們早在生活中，或者電影里就見到過了。比如《驚天魔盜團》里面的控雨神技

當(dāng)?shù)谝淮握樟劣陼r，你會看到一個雨滴，當(dāng)燈關(guān)閉后第二次開啟，這時剛好有另一滴雨在之前你看到的雨附近，你的大腦會錯認(rèn)為這滴雨就是剛才那滴，從而得出雨靜止的錯誤結(jié)論。

又比如平時看到的倒轉(zhuǎn)的風(fēng)扇

接下來我們就來欣賞一些近乎以假亂真的 3D 動畫

實際上，還有很多公司利用這種形式的動畫來作廣告。

Video On the Subway

看了上面這么多動畫，不知道你有沒有想出來地鐵上視頻的原理？

It's Not Enough

上面所說的都是怎么呈現(xiàn)一個動態(tài)的畫面。那反過來，怎么把一個動態(tài)的畫面錄制下來？兩者其實都有異曲同工之妙，電影就是這么拍的?，F(xiàn)在我們?nèi)绻麃硖魬?zhàn)一件更有趣的事情，比如給光的傳播錄個像。

實際上光速真的非常非常非常的快，一束光從一個可樂瓶的頭走到可樂瓶的尾只需要零點幾納秒。而在這個過程中可以被外部觀察到的光子數(shù)量屈指可數(shù)。既然一次看不清，那就重復(fù)幾百萬次。最終，我們就可以看到這樣的一幅圖像。

皮一下

Have Fun

參考鏈接

• 土豆網(wǎng) - 上海地鐵一號線廣告

• 費納奇鏡 - wikipedia

• Correspondance mathématique et physique (in French). 7. Brussels: Garnier and Quetelet. 1832. p. 365.

• Peter Mark Roget - wikipedia

• 論文原文 PDF 版

• Joseph Plateau - wikipedia

• First Animated Gif

• 日本岡山縣立大學(xué)視頻制作課程作品集

• 中科院物理所問答專欄 No.128

• Simon de Groot - Lego Figures Doing the Wave

• PANTOGRAPH07 - クリスマスゾートロープ

• Kevin Holmes - Fish Eating Fish

• Kevin Holmes - Jumping Frogs

• Airbnb「別樣巴黎」廣告視頻

• 劉叔亮 - 地鐵窗外的動態(tài)廣告，這里有它的前世今生

• 知乎問題「上海地鐵行駛中窗外的廣告是如何實現(xiàn)的？」下 Kon Tiki 的回答

• Ramesh Raskar - TED Talk