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
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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
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