stringtranslate.com

Постоянство видения

Эффект следа бенгальского огня

Инертность зренияоптическая иллюзия , которая возникает, когда зрительное восприятие объекта не прекращается в течение некоторого времени после того, как исходящие от него лучи света перестали попадать в глаз . [1] Иллюзия также описывается как «ретинарная инертность», [2] «инерционность впечатлений», [3] просто «инерционность» и другие вариации. Очень часто приводимым примером этого явления является кажущийся огненный след тлеющего угля или горящей палки, когда они вращаются в темноте. [1]

Многие объяснения иллюзии на самом деле, по-видимому, описывают положительные остаточные изображения [4] , а неврологический эффект можно сравнить с технологическим эффектом размытия движения в фотографии (или в кино и видео ).

«Постоянство зрения» можно также понимать как то же самое, что и « слияние мельканий », [5] эффект, при котором зрение, кажется, сохраняется непрерывно, когда свет, попадающий в глаза, прерывается короткими и регулярными интервалами. Когда частота слишком высока для того, чтобы зрительная система могла различать различия между моментами, светлые и темные впечатления сливаются в непрерывное впечатление от сцены с промежуточной яркостью (как определено законом Тальбота-Плато ).

С момента своего появления термин «инерционность зрения» часто ошибочно принимался за объяснение восприятия движения в оптических игрушках, таких как фенакистископ и зоотроп , а позднее и в кино. Эта теория оспаривалась задолго до прорыва кинематографии в 1895 году. Иллюзия движения в результате быстрого прерывистого показа последовательных изображений — это стробоскопический эффект , как объяснил в 1833 году Саймон Штампфер (один из изобретателей стробоскопического диска, также известного как фенакистископ). [6]

Ранние описания иллюзии часто приписывали эффект исключительно физиологии глаза , в частности сетчатки . Нервы и части мозга позднее стали считаться важными факторами.

В качестве причины упоминается сенсорная память . [7]

Природные явления и области применения

Впечатления от нескольких природных явлений и принципы некоторых оптических игрушек приписывались инерционности зрения. В 1768 году Патрик Д'Арси распознал эффект в «светящемся кольце, которое мы видим, быстро вращая факел, огненных колесах в фейерверках, сплющенной форме веретена, которую мы видим в вибрирующем шнуре, непрерывном круге, который мы видим в зубчатом колесе, которое вращается со скоростью». [8] По сути, все, что напоминает размытость движения, наблюдаемую в быстро движущихся объектах, можно рассматривать как «инерционность зрения».

Эффект следа бенгальского огня

Видимая линия света позади быстро движущегося светящегося объекта известна как «эффект следа бенгальского огня», поскольку она широко известна благодаря использованию бенгальских огней .

Световая живопись

Световая картина «Винт» Карстена Кнёфлера

Эффект иногда применялся в искусстве путем письма или рисования с использованием источника света, зафиксированного камерой с длительной выдержкой.

Эта концепция получила дальнейшее развитие в средствах массовой информации с управляемыми компьютером движущимися источниками света (в настоящее время в основном светодиодами ), известными как SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine). Однако, как и видео и телевидение, эта технология фактически избавляется от визуального следа быстро движущихся огней, представляя стробоскопическую последовательность очень коротких визуальных сигналов (что приводит к четкому изображению, неподвижному или анимированному).

Цветной верх / Диск Ньютона

Цвета на волчках или вращающихся колесах смешиваются, если движение слишком быстрое, чтобы зафиксировать детали. Цветная точка затем появляется как круг, а одна линия может заставить всю поверхность выглядеть в одном однородном оттенке.

Диск Ньютона при быстром вращении оптически смешивает клинья основных цветов Исаака Ньютона в одну (грязно)белую поверхность.

Тауматроп

В апреле 1825 года первый «Тауматроп» был опубликован У. Филлипсом (в анонимном сотрудничестве с Джоном Айртоном Пэрисом ). [9] Тот факт, что изображения по обе стороны вращающегося диска, кажется, сливаются в одно изображение, часто ошибочно представлялся как иллюстрация эффекта инерционности зрения (на самом деле слияние зависит от стробоскопических прерываний и совместимости ментальных впечатлений от двух чередующихся изображений).

Различия между впечатлениями от быстрой смены двух фигур — в зависимости от частоты тахистоскопа , расстояния между фигурами и/или различий в формах — изучались Максом Вертгеймером в 1912 году . [10] Эти эксперименты вдохновили теории гештальтпсихологии .

Калейдоскопический цветной верх

В апреле 1858 года Джон Горхэм запатентовал свой калейдоскопический цветной волчок . [11] Это волчок , на котором размещаются два маленьких диска, обычно один с цветами и черный с вырезанными узорами. Когда диски вращаются, а верхний диск замедляется в регулярных рывковых движениях, игрушка демонстрирует «красивые формы, похожие на формы калейдоскопа » с умноженными цветами. Горхэм описал, как цвета кажутся смешанными на вращающемся волчке «из-за длительности последовательных впечатлений на сетчатке». Горхэм основал принцип на «известном эксперименте по вращению палки, подожженной с одного конца» (также известном как эффект следа бенгальского огня). [12]

Трюк с резиновым карандашом

Карандаш или другой жесткий прямой предмет может изгибаться, как гибкая резина, если его достаточно быстро двигать между пальцами или каким-либо другим образом совершать жесткое движение.

Постоянство зрения было отвергнуто как единственная причина иллюзии. Считается, что движения глаз наблюдателя не отслеживают движения особенностей объекта. [13]

Этот эффект широко известен как развлекательный «волшебный» трюк для детей. [14]

История

Явления, связанные со слиянием мерцаний и размытием движения, описывались с античности. Историки кино часто путали слияние мерцаний с остаточными изображениями, которые возникают после пристального взгляда на объект, при этом в основном игнорируя важность стробоскопического эффекта в своих объяснениях восприятия движения в кино.

Исторические ссылки на остаточные изображения и размытость изображения при движении

Аристотель (384–322 гг. до н. э.) отмечал, что образ солнца оставался в его поле зрения после того, как он переставал на него смотреть.

Открытие инертности видения иногда приписывают римскому поэту Лукрецию ( ок.  15 октября 99 г. до н. э.  – ок.  55 г. до н. э. ), хотя он упоминает о чем-то подобном только в связи с образами, увиденными во сне. [15]

Около 165 г. н. э. Птолемей описал в своей книге «Оптика» вращающийся гончарный круг с разными цветами на нем. Он отметил, как разные цвета секторов смешивались в один цвет и как точки выглядели как круги, когда круг вращался очень быстро. Когда линии рисуются поперек оси диска, они делают всю поверхность однородной по цвету. «Визуальное впечатление, которое создается при первом вращении, неизменно сопровождается повторными примерами, которые впоследствии производят идентичное впечатление. Это также происходит в случае падающих звезд, свет которых кажется растянутым из-за их скорости движения, все в соответствии с величиной воспринимаемого расстояния, которое он проходит вместе с чувственным впечатлением, которое возникает в зрительной способности». [16] [17]

Порфирий (около 243–305 гг.) в своем комментарии к «Гармоникам» Птолемея описывает, как чувства нестабильны, а запутанны и неточны. Определенные интервалы между повторными впечатлениями не обнаруживаются. Белое или черное пятно на вращающемся конусе (или вершине) выглядит как круг этого цвета, а линия на вершине заставляет всю поверхность выглядеть в этом цвете. «Из-за быстроты движения мы получаем впечатление от линии на каждой части конуса, когда линия движется». [18]

В 11 веке Ибн аль-Хайтам , который был знаком с трудами Птолемея, описал, как цветные линии на вращающемся волчке не могли быть различимы как разные цвета, но появлялись как один новый цвет, составленный из всех цветов линий. Он сделал вывод, что зрению нужно некоторое время, чтобы различить цвет. аль-Хайтам также отметил, что волчок казался неподвижным, когда его вращали очень быстро, «ибо ни одна из его точек не оставалась зафиксированной на одном и том же месте в течение какого-либо заметного времени». [19]

Леонардо да Винчи записал в блокноте: «Каждое тело, которое движется быстро, как будто окрашивает свой путь впечатлением от своего цвета. Истинность этого положения видна из опыта; так, когда молния движется среди темных облаков, скорость ее извилистого полета делает весь ее путь похожим на светящуюся змею. Точно так же, если вы помашете горящей головней, весь ее путь будет казаться кольцом пламени. Это происходит потому, что орган восприятия действует быстрее, чем суждение». [20]

В своей книге 1704 года «Оптика» Исаак Ньютон (1642–1726/27) описал машину с призмами, линзой и большой движущейся гребенкой с зубцами, которая последовательно проецировала чередующиеся цвета. Если это было сделано достаточно быстро, чередующиеся цвета больше не могли восприниматься по отдельности, а воспринимались как белый цвет. Ньютон сравнил ее принцип с эффектом следа бенгальского огня: вращающийся горящий уголь может казаться кругом огня, потому что «ощущение угля в нескольких местах этого круга остается запечатленным в сенсориуме, пока уголь снова не вернется в то же самое место». [21]

В 1768 году Патрик д'Арси (1725-1779) сообщил, как он измерил длительность 0,13 секунды для одного полного оборота горящего угля, когда он был виден как полный круг света. Он зарегистрировал множественные вращения с помощью специально построенной машины в своем саду и при содействии наблюдателя, который имел превосходное зрение (собственное зрение Д'Арси было повреждено в результате несчастного случая). Д'Арси подозревал, что длительность может различаться у разных наблюдателей, интенсивности света вращающихся объектов, цветов и расстояний наблюдения. Он планировал дальнейшие эксперименты для определения таких возможных различий, [8], но, похоже, никаких результатов не было опубликовано.

1820–1866: Вращающееся колесо

Гравюра на дереве, иллюстрация к «Оптическому обману» (1821)
Иллюстрация к книге Питера Марка Роже «Объяснение оптического обмана при взгляде на спицы колеса через вертикальные отверстия» (1825 г.)
Иллюстрации экспериментов Майкла Фарадея с вращающимися колесами с зубцами или спицами (1831)

В 1821 году ежеквартальный журнал науки, литературы и искусств опубликовал «письмо редактору» под названием « Отчет об оптическом обмане». Оно было датировано 1 декабря 1820 года и приписано «JM», возможно, самому издателю/редактору Джону Мюррею. [22] Автор отметил, что спицы вращающегося колеса, видимые через планки забора, имели странную кривизну (см. рисунок). Письмо заканчивалось так: «Общие принципы, на которых основан этот обман, немедленно придут в голову вашим читателям-математикам, но идеальная демонстрация, вероятно, окажется не такой простой, как кажется на первый взгляд». [23] Четыре года спустя Питер Марк Роже дал объяснение, выступая в Королевском обществе 9 декабря 1824 года. Он добавил: «Также следует отметить, что как бы быстро ни вращалось колесо, каждая отдельная спица в тот момент, когда на нее смотрят, кажется находящейся в покое». Роже утверждал, что иллюзия возникает из-за того, «что впечатление, произведенное пучком лучей на сетчатке, если оно достаточно яркое, останется на некоторое время после того, как причина исчезнет». Он также предоставил математические подробности о появляющихся искривлениях. [24]

Будучи студентом университета, Жозеф Плато заметил в некоторых из своих ранних экспериментов, что при взгляде с небольшого расстояния на два концентрических зубчатых колеса, которые быстро вращались в противоположных направлениях, создавалась оптическая иллюзия неподвижного колеса. Позже он прочитал статью Питера Марка Роже 1824 года и решил исследовать это явление глубже. Он опубликовал свои выводы в Correspondance Mathématique et Physique в 1828 [25] и 1830 годах. [26] В 1829 году Плато представил свой тогда еще безымянный анортоскоп в своей докторской диссертации Sur quelques propriétés des impressions produites par la lumière sur l'organe de la vue . [27] Анортоскоп представлял собой диск с анаморфным изображением, которое можно было рассматривать как четкое неподвижное изображение, когда диск вращался и наблюдался через четыре радиальные щели вращающегося в противоположных направлениях диска. Диски также могли быть полупрозрачными и освещаться сзади через щели вращающегося в противоположном направлении диска.

10 декабря 1830 года ученый Майкл Фарадей написал статью для журнала Королевского института Великобритании под названием «О своеобразном классе оптических обманов» . Ему указали на два примера вращающихся колес, которые, казалось, стояли неподвижно, и он прочитал о несколько похожей иллюзии частокола в статье Роже. Фарадей начал экспериментировать с вращением зубчатых картонных колес. Несколько эффектов уже были описаны Плато, но Фарадей также упростил эксперимент, глядя на зеркало через промежутки между зубцами по окружности картонного диска. [28] 21 января 1831 года Фарадей представил статью в Королевском институте с некоторыми новыми экспериментами. Он вырезал концентрические ряды отверстий ближе к центру диска (представляющих меньшие зубчатые колеса) с небольшими различиями в количестве «зубцов» на «колесо». Если смотреть на зеркало через отверстия одного из колес вращающегося диска, то это колесо, казалось, стояло на месте, в то время как другие, казалось, двигались с разной скоростью или в противоположном направлении. [29]

Плато был вдохновлен дополнительными экспериментами Фарадея и продолжил исследования. В июле 1832 года Плато отправил письмо Фарадею и добавил экспериментальный круг с явно абстрактными фигурами, которые создавали «совершенно неподвижное изображение маленькой, совершенно правильной лошади» при вращении перед зеркалом. [30] [31] После нескольких попыток и многих трудностей Плато удалось оживить фигуры между щелями в диске, когда он построил первую эффективную модель фенакистикопы в ноябре или декабре 1832 года. Плато опубликовал свое тогда еще неназванное изобретение в письме от 20 января 1833 года в Correspondance Mathématique et Physique . [32]

Саймон Штампфер утверждал, что он независимо и почти одновременно изобрел очень похожие Stroboscopischen Scheiben oder optischen Zauberscheiben (стробоскопические диски или оптические магические диски) вскоре после того, как он прочитал об открытиях Фарадея в декабре 1832 года. [6]

Штампфер также упомянул несколько возможных вариантов своего стробоскопического изобретения, включая цилиндр (похожий на более поздний зоотроп ), а также длинную петлевую полосу бумаги или холста, натянутую вокруг двух параллельных валиков (несколько похожую на пленку) и раму, похожую на театр (очень похожую на более поздний праксиноскоп ). [6] В январе 1834 года Уильям Джордж Хорнер также предложил цилиндрическую вариацию фенакистикопы Плато, но ему не удалось опубликовать рабочую версию. [33] Уильям Энсин Линкольн изобрел окончательный зоотроп со сменными анимационными полосами в 1865 году и опубликовал его в Milton Bradley and Co. в декабре 1866 года. [34]

Другие теории восприятия движения в кино

В своем патенте 1833 года и в своей пояснительной брошюре для своих стробоскопических дисков Саймон Штампфер подчеркивал важность прерываний лучей света, отраженных рисунками, в то время как механизм будет переносить изображения мимо глаз с соответствующей скоростью. Картины должны были быть построены в соответствии с определенными законами физики и математики, включая систематическое разделение движения на отдельные моменты. Он описал идею инерционности зрения только как эффект, который делал прерывания незаметными. [6]

Идея о том, что эффекты движения в так называемых «оптических игрушках», таких как фенакистикопа и зоотропа, могут быть вызваны изображениями, задерживающимися на сетчатке, была подвергнута сомнению в статье 1868 года Уильяма Бенджамина Карпентера . Он предположил, что иллюзия была «скорее ментальным, чем ретинальным явлением». [35]

Ранние теории сохранения зрения были сосредоточены на сетчатке, в то время как более поздние теории предпочитали или добавляли идеи о когнитивных (связанных с мозгом) элементах восприятия движения . Многие психологические концепции основного принципа анимации предполагали, что пробелы между изображениями заполняются разумом. [ необходима цитата ]

Макс Вертхаймер доказал в 1912 году, что испытуемые не видели ничего между двумя различными положениями, в которых фигура проецировалась тахистокопом на частотах, которые были идеальными для иллюзии перемещения одной фигуры из одного положения в другое. Он использовал греческую букву φ (фи) для обозначения иллюзий движения. На более высоких скоростях, когда испытуемые считали, что видят оба положения более или менее одновременно, движущийся беспредметный феномен наблюдался между и вокруг проецируемых фигур. Вертхаймер предположил, что этот «чистый фи-феномен » был более прямым сенсорным опытом движения. [10] Идеальная анимационная иллюзия движения через интервал между фигурами была позже названа « бета-движением ».

Визуальная форма памяти, известная как иконическая память, была описана как причина сохранения зрения. [36] Некоторые ученые в настоящее время считают всю теорию иконической памяти мифом. [ необходима цитата ]

При сопоставлении теории инерционности зрения с теорией фи-феномена возникает понимание того, что глаз — это не камера и не видит кадрами в секунду. Другими словами, зрение — это не просто регистрация света на носителе, поскольку мозг должен осмыслить визуальные данные, предоставляемые глазом, и построить связную картину реальности. [ необходима цитата ]

Хотя психологи и физиологи отвергли актуальность теории ретинальной персистенции кинозрителей, академики и теоретики кино в целом этого не сделали, и она продолжает цитироваться во многих классических и современных текстах по теории кино. [37] [38] [39] [40]

Джозеф и Барбара Андерсон утверждают, что феномен фи отдает предпочтение более конструктивистскому подходу к кино ( Дэвид Бордуэлл , Ноэль Кэрролл , Кирстин Томпсон ), тогда как инертность видения отдает предпочтение реалистическому подходу ( Андре Базен , Кристиан Метц , Жан-Луи Бодри). [40]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Nichol, John Pringle (1857). A Cyclopædia of the Physical Sciences. Richard Griffin and Company . Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  2. ^ "The Fortnightly". Chapman and Hall. 29 октября 1871 г. Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  3. ^ Тиндаль, Джон (1870). Заметки о курсе из девяти лекций о свете: прочитанных в Королевском институте Великобритании, 8 апреля — 3 июня 1869 г. Лонгманс, Грин. стр. 26. сохранение впечатлений.
  4. ^ Билл Николс; Сьюзен Дж. Ледерманн (1980). Мерцание и движение в кино. Springer. ISBN 9781349164011.
  5. ^ Бьюкен, Сюзанна (2013-08-22). Всепроникающая анимация. Routledge. ISBN 9781136519550.
  6. ^ abcd Стампфер, Саймон (1833). Die stroboscopischen Scheiben; oder, Optischen Zauberscheiben: Deren Theorie und wissenschaftliche anwendung, erklärt von dem Erfinder [ Стробоскопические диски; или оптические волшебные диски: его теория и научное применение, объясненное изобретателем ] (на немецком языке). Вена и Лейпциг: Тренценский и Вьюег. п. 2.
  7. ^ Голдштейн, Б. (2011). Когнитивная психология: соединение разума, исследований и повседневного опыта — с руководством COGLAB. (3-е изд.). Белмонт, Калифорния: Уодсворт: 120.
  8. ^ ab Histoire De L'Academie Royale Des Sciences. Анне ... Avec les Memoires de Mathematique & de Physique, for la même Année. Tires des Registres de Cette Academie (на французском языке). Будо, Жан. 1768.
  9. ^ Герберт, Стивен. «Колесо жизни — тауматроп». Архивировано из оригинала 2014-05-05 . Получено 2017-02-26 .
  10. ^ аб Вертхаймер (1912). Experimentelle Studien über das Sehen von Bewegung. Zeitschrift für Psychologie 61 (PDF) . стр. 161–265. Архивировано из оригинала (PDF) 23 ноября 2018 г. Проверено 2 апреля 2019 г.
  11. ^ [1] [ мертвая ссылка ]
  12. Горхэм, Джон (январь 1859 г.). Вращение цветных дисков.
  13. ^ Талер, Лор; Тодд, Джеймс Т.; Сперинг, Мириам; Гегенфуртнер, Карл Р. (1 апреля 2007 г.). «Иллюзорное изгибание жестко движущегося отрезка линии: эффекты движения изображения и плавных движений глаз, следящих за движением». Journal of Vision . 7 (6): 9. doi : 10.1167/7.6.9 . PMID  17685792.
  14. ^ "Простые фокусы для детей: резиновый карандаш". TheSpruce.com . Получено 29 октября 2017 г. .
  15. ^ Герберт, С. (2000). История докинематографа. Лондон. Routledge. С. 121
  16. ^ Смит, А. Марк (29 октября 1999 г.). Птолемей и основы древней математической оптики: руководство по источникам. Американское философское общество. ISBN 9780871698933. Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  17. ^ Смит, А. Марк (29 октября 1996 г.). «Теория визуального восприятия Птолемея: английский перевод «Оптики» с введением и комментариями». Труды Американского философского общества . 86 (2): iii–300. doi :10.2307/3231951. JSTOR  3231951.
  18. Комментарий Порфирия к «Гармонике» Птолемея: греческий текст и аннотированный перевод. Cambridge University Press. 15 сентября 2015 г. ISBN 9781316239681. Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  19. ^ Альхазен; Смит, А. Марк (29 октября 2017 г.). Теория визуального восприятия Альхасена: критическое издание с английским переводом и комментариями первых трех книг De Aspectibus Альхасена, средневековой латинской версии Kitab Al-Manazir Ибн аль-Хайтама. Американское философское общество. ISBN 9780871699145. Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  20. ^ Леонардо да Винчи (17 апреля 2008 г.). Ноутбуки. ОУП Оксфорд. ISBN 9780191608896.
  21. ^ Ньютон, сэр Исаак (29 октября 2017 г.). «Оптика: Или, Трактат об отражениях, преломлениях, изгибах и цветах света». Уильям Иннис в Вест-Энде собора Святого Павла . Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  22. ^ Шулер, Романа Карла (15 января 2016 г.). Видение движения: история визуального восприятия в искусстве и науке. Walter de Gruyter GmbH & Co KG. ISBN 9783110422993. Получено 29 октября 2017 г. – через Google Books.
  23. ^ JM (1820-12-01). Отчет об оптическом обмане.
  24. ^ Роже, Питер Марк (1824-12-09). «Объяснение оптического обмана во внешнем виде спиц колеса, наблюдаемых через вертикальные отверстия». Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 115 : 131–140. doi :10.1098/rstl.1825.0007. S2CID  144913861.
  25. ^ Переписка математики и физики (на французском языке). Том. 4. Брюссель: Гарнье и Кетле. 1828. с. 393.
  26. ^ Переписка математики и физики (на французском языке). Том. 6. Брюссель: Гарнье и Кетле. 1830. с. 121.
  27. ^ Плато, Джозеф (1829). Sur quelques proprietés des Impressions produites par la lumière sur l'organe de la vue (PDF) (на французском языке).
  28. Фарадей, Майкл (февраль 1831 г.). Об одном особом классе оптических обманов.
  29. ^ Королевский институт Великобритании (1831). Журнал Королевского института Великобритании. Библиотека Лондонского музея естественной истории. Лондон: Королевский институт Великобритании.
  30. Plateau, Joseph (1833-03-08). Письмо Фарадею. ISBN 9780863412493.
  31. Plateau, Joseph (1832-07-24). Письмо Фарадею. ISBN 9780863412493.
  32. ^ Переписка математики и физики (на французском языке). Том. 7. Брюссель: Гарнье и Кетле. 1832. с. 365.
  33. Лондонский и Эдинбургский философский журнал и научный журнал. 1834. С. 36.
  34. Герберт, Стивен. (nd) От Дедала до Зоотропа, часть 1. Получено 31 мая 2014 г.
  35. Карпентер (1868). О зоотропе и его предшественниках.
  36. ^ Coltheart, M (июль 1980). «Постоянства зрения». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci . 290 (1038): 57–69. Bibcode :1980RSPTB.290...57C. doi : 10.1098/rstb.1980.0082 . PMID  6106242.
  37. ^ Базен, Андре (1967) Что такое кино?, т. I, перевод Хью Грея, Беркли: Издательство Калифорнийского университета
  38. ^ Кук, Дэвид А. (2004) История повествовательного кино . Нью-Йорк, WW Norton & Company.
  39. ^ Метц, Кристиан (1991) Киноязык: семиотика кино , перевод Майкла Тейлора. Чикаго: Издательство Чикагского университета.
  40. ^ ab Андерсон, Джозеф; Андерсон, Барбара (1993). «Миф о постоянстве зрения снова». Журнал кино и видео . 45 (1): 3–12. JSTOR  20687993.

Внешние ссылки