Постоянство зрения — оптическая иллюзия , возникающая, когда зрительное восприятие предмета не прекращается в течение некоторого времени после того, как исходящие от него лучи света перестали попадать в глаз . [1] Иллюзию также называют «постоянством сетчатки», [2] «постоянством впечатлений», [3] просто «постоянством» и другими вариациями. Очень часто приводимым примером этого явления является видимый огненный след раскаленного угля или горящей палки, когда она вращается в темноте. [1]
Многие объяснения иллюзии на самом деле описывают положительные остаточные изображения [4] , а неврологический эффект можно сравнить с технологическим эффектом размытия изображения в фотографии (или в кино и видео ).
«Постоянство зрения» также можно понимать как означающее « слияние мерцаний », [5] эффект, при котором зрение кажется постоянным, когда свет, попадающий в глаза, прерывается с короткими и регулярными интервалами. Когда частота слишком высока, чтобы зрительная система могла различить различия между моментами, светлые и темные впечатления сливаются воедино, образуя непрерывное впечатление от сцены с промежуточной яркостью.
С момента своего появления термин «постоянство зрения» часто ошибочно принимался за объяснение восприятия движения в оптических игрушках, таких как фенакистископ и зоотроп , а позже и в кино. Эта теория оспаривалась задолго до прорыва кинематографии в 1895 году. Иллюзия движения в результате быстрого прерывистого представления последовательных изображений представляет собой стробоскопический эффект , как объяснил в 1833 году Саймон Штампфер (один из изобретателей стробоскопического диска, также известного как стробоскопический диск). фенакистископ). [6]
Ранние описания иллюзии часто объясняли этот эффект исключительно физиологией глаза , особенно сетчатки . Позже нервы и части мозга стали считаться важными факторами.
В качестве причины была названа сенсорная память . [7]
Впечатления от некоторых природных явлений и принципы работы некоторых оптических игрушек объясняются постоянством зрения. В 1768 году Патрик Д'Арси обнаружил этот эффект в «светящемся кольце, которое мы видим, быстро поворачивая факел, в огненных колесах в фейерверках, в сплющенной форме веретена, которую мы видим в вибрирующем шнуре, в непрерывном круге, который мы видим в зубчатом колесе». который вращается со скоростью». [8] По сути, все, что напоминает размытость изображения в быстро движущихся объектах, можно рассматривать как «постоянство зрения».
Видимая линия света позади быстро движущегося светящегося объекта известна как «эффект следа бенгальского огня», поскольку он широко известен благодаря использованию бенгальских огней .
Этот эффект иногда применялся в искусстве путем письма или рисования с помощью источника света, записанного камерой с длительной выдержкой.
Эта концепция получила дальнейшее развитие в средствах массовой информации с управляемыми компьютером движущимися источниками света (в настоящее время в основном светодиодными ), известными как SWIM (машина для последовательной волновой печати). Однако, как и видео и телевидение, эта технология фактически избавляется от визуального следа быстро движущихся огней, представляя стробоскопическую последовательность очень коротких визуальных сигналов (в результате чего получается четкое изображение, неподвижное или анимированное).
Цвета на волчках или вращающихся колесах смешиваются, если движение слишком быстрое, чтобы можно было уловить детали. Цветная точка тогда выглядит как круг, а одна линия может сделать всю поверхность одного однородного оттенка.
Диск Ньютона оптически смешивает клинья основных цветов Исаака Ньютона в одну (не совсем) белую поверхность, когда он быстро вращается.
В апреле 1825 года первый «Тауматроп» был опубликован У. Филлипсом (в анонимном сотрудничестве с Джоном Айртоном Пэрис ). [9] Тот факт, что изображения по обе стороны вращающегося диска кажутся сливающимися в одно изображение, часто ошибочно представляют как иллюстрацию эффекта постоянства зрения (вместо этого слияние зависит от стробоскопических прерываний и совместимости изображений). мысленные впечатления от двух чередующихся картинок).
Различия между впечатлениями от быстрых чередований двух фигур – в зависимости от частот тахистоскопа , расстояния между фигурами и/или различия в формах – изучались Максом Вертхаймером в 1912 году. [10] Эти эксперименты вдохновили теории гештальт-психологии .
В апреле 1858 года Джон Горэм запатентовал свой цветной калейдоскоп . [11] Это верхняя часть , на которую помещаются два маленьких диска, обычно один с цветными изображениями, а другой — черный с вырезанными узорами. Когда диски вращаются, а верхний диск совершает регулярные резкие движения, игрушка демонстрирует «красивые формы, подобные формам калейдоскопа » с множеством цветов. Горэм описал, как цвета на волчке кажутся смешанными «в зависимости от продолжительности последовательных впечатлений на сетчатке». Горэм основал этот принцип на «известном эксперименте с вращением палки, зажженной с одного конца» (так называемый эффект следа бенгальского огня). [12]
Карандаш или другая жесткая прямая линия может выглядеть изгибающейся, как гибкая резина, когда он достаточно быстро покачивается между пальцами или иным образом подвергается жесткому движению.
Постоянство зрения было отвергнуто как единственная причина иллюзии. Считается, что движения глаз наблюдателя не могут отследить движение деталей объекта. [13]
Этот эффект широко известен как занимательный «волшебный» фокус для детей. [14]
Явления, связанные со слиянием мерцаний и размытостью изображения, были описаны с древности. Историки кино часто путают слияние мерцаний с остаточными изображениями, возникающими после взгляда на объект, игнорируя при этом важность стробоскопического эффекта в своих объяснениях восприятия движения в кино.
Аристотель (384–322 до н.э.) отмечал, что образ солнца оставался в его видении после того, как он перестал на него смотреть.
Открытие устойчивости зрения иногда приписывают римскому поэту Лукрецию ( ок. 15 октября 99 г. до н. э. — ок. 55 г. до н. э. ), хотя нечто подобное он упоминает лишь в связи с образами, увиденными во сне. [15]
Около 165 г. н.э. Птолемей описал в своей книге «Оптика» вращающийся гончарный круг с нанесенными на него разными цветами. Он заметил, как разные цвета секторов смешивались в один цвет и как точки выглядели как круги, когда колесо вращалось очень быстро. Когда линии проводятся поперек оси диска, вся поверхность кажется однородной по цвету. «За зрительным впечатлением, создаваемым при первом обороте, неизменно следуют повторные случаи, которые впоследствии производят такое же впечатление. То же самое происходит и с падающими звездами, свет которых кажется растянутым из-за скорости их движения, и все это в соответствии с величину воспринимаемого расстояния, которое он проходит вместе с чувственным впечатлением, возникающим в зрительной способности». [16] [17]
Порфирий (около 243–305) в своем комментарии к «Гармоникам» Птолемея описывает, что чувства нестабильны, но сбиты с толку и неточны. Определенных интервалов между повторными показами не обнаружено. Белое или черное пятно на вращающемся конусе (или волчке) выглядит как круг этого цвета, а линия на вершине делает всю поверхность окрашенной в этот цвет. «Из-за быстроты движения мы получаем впечатление линии на каждой части конуса по мере ее движения». [18]
В 11 веке Ибн аль-Хайсам , который был знаком с трудами Птолемея, описал, как цветные линии на волчке нельзя было различить как разные цвета, а они выглядели как один новый цвет, состоящий из всех цветов линий. Он пришел к выводу, что зрению требуется некоторое время, чтобы различить цвет. аль-Хайтам также отметил, что волчок казался неподвижным при очень быстром вращении, «поскольку ни одна из его точек не остается зафиксированной на одном и том же месте в течение сколько-нибудь заметного времени». [19]
Леонардо да Винчи записал в записной книжке: «Кажется, что каждое быстро движущееся тело окрашивает свой путь впечатлением своего цвета. Истинность этого положения видна из опыта; таким образом, когда молния движется среди темных облаков, скорость ее извилистого полета делает весь свой путь похожим на светящуюся змею. Точно так же, если вы помашете зажженным клеймом, весь его путь покажется пламенным кольцом. Это потому, что орган восприятия действует быстрее, чем суждение». [20]
В своей книге «Оптика» 1704 года Исаак Ньютон (1642–1726/27) описал машину с призмами, линзой и большой движущейся расческой с зубцами, позволяющей последовательно проецировать чередующиеся цвета. Если бы это было сделано достаточно быстро, чередующиеся цвета больше не могли бы восприниматься отдельно, а воспринимались бы как белые. Ньютон сравнил этот принцип с эффектом следа бенгальского огня: вращающийся горящий уголь может выглядеть как огненный круг, потому что «ощущение угля в нескольких местах этого круга остается запечатленным в сенсориуме до тех пор, пока уголь снова не вернется в исходное состояние». то же место." [21]
В 1768 году Патрик д'Арси (1725–1779) сообщил, что он измерил продолжительность одного полного оборота горящего угля в 0,13 секунды, когда он воспринимался как полный круг света. Он зарегистрировал несколько вращений с помощью специально построенной машины в своем саду и при содействии наблюдателя, обладавшего превосходным зрением (собственное зрение Д'Арси было повреждено в результате несчастного случая). Д'Арси подозревал, что продолжительность 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 опубликовано не было.
.jpg/1280px-Illustrations_of_Michael_Faraday's_paper_%22On_a_Peculiar_Class_of_Optical_Deceptions%22_(1831).jpg)
В 1821 году Ежеквартальный журнал науки, литературы и искусства опубликовал «письмо в редакцию» под заголовком « Отчет об оптическом обмане». Оно было датировано 1 декабря 1820 года и приписано «Дж.М.», возможно, самому издателю/редактору Джону Мюррею. [22] Автор отметил, что спицы вращающегося колеса, видимые через планки забора, имели своеобразную кривизну (см. Рисунок). В письме говорилось: «Общие принципы, на которых основан этот обман, сразу же 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 во время чтения в Королевском обществе 9 декабря 1824 года. Он добавил: «Следует также отметить, что, как бы быстро ни вращалось колесо, каждый человек говорил в тот момент, когда он рассматривается, кажется, что он находится в состоянии покоя». Роже утверждал, что иллюзия возникает из-за того, «что впечатление, оставленное пучком лучей на сетчатке, если оно достаточно яркое, будет сохраняться в течение некоторого времени после исчезновения причины». Он также предоставил математические подробности возникающих кривизн. [24]
Как заметил студент университета Джозеф Плато в некоторых из своих ранних экспериментов, если смотреть с небольшого расстояния на два концентрических зубчатых колеса, которые быстро вращаются в противоположных направлениях, создается оптическая иллюзия неподвижного колеса. Позже он прочитал статью Питера Марка Роже 1824 года и решил продолжить исследование этого явления. Он опубликовал свои результаты в журнале Correspondance Mathématique et Physique в 1828 [25] и 1830 годах. [26] В 1829 году Плато представил свой тогда безымянный анортоскоп в своей докторской диссертации Sur quelques proprietés 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 просматривался через четыре радиальные щели диска, вращающегося в противоположных направлениях. Диски также могли быть полупрозрачными и освещаться сзади через прорези диска, вращающегося в противоположных направлениях.
10 декабря 1830 года учёный Майкл Фарадей написал для журнала Королевского института Великобритании статью под названием « Об особом классе оптических обманов» . Ему указали на два экземпляра вращающихся колес, которые, казалось, стояли на месте, и он прочитал о чем-то похожей иллюзии частокола в статье Роже. Фарадей начал экспериментировать с вращением зубчатых картонных колес. Некоторые эффекты уже были описаны Плато, но Фарадей также упростил эксперимент, глядя в зеркало через промежутки между зубцами по окружности картонного диска. [28] 21 января 1831 года Фарадей представил в Королевском институте статью с некоторыми новыми экспериментами. Он вырезал ряд концентрических отверстий ближе к центру диска (представляющих меньшие зубчатые колеса) с небольшими различиями в количестве «зубцов» на одно «колесо». Если смотреть в зеркало через отверстия одного из колес вращающегося диска, то кажется, что это колесо стоит на месте, в то время как другие движутся с разными скоростями 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 при вращении перед зеркалом создавали «совершенно неподвижное изображение маленькой, совершенно правильной лошади». [30] [31] После нескольких попыток и многих трудностей Плато удалось анимировать фигуры между прорезями на диске, когда он построил первую эффективную модель фенакистикопа в ноябре или декабре 1832 года. Плато опубликовал свое тогда еще безымянное изобретение в письме от 20 января 1833 года в журнал Correspondance Mathématique et Physique . [32]
Саймон Стампфер утверждал, что независимо и почти одновременно изобрел свои 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 .
Штампфер также упомянул несколько возможных вариантов своего стробоскопического изобретения, в том числе цилиндр (похожий на более поздний зоотроп ), а также длинную петлеобразную полоску бумаги или холста, натянутую вокруг двух параллельных роликов (что-то похожее на кинопленку) и театральную раму. (очень похоже на более поздний праксиноскоп ). [6] В январе 1834 года Уильям Джордж Хорнер также предложил цилиндрический вариант фенакистикопа Плато, но ему не удалось опубликовать рабочую версию. [33] Уильям Энсайн Линкольн изобрел окончательный зоотроп со сменными анимационными полосами в 1865 году и опубликовал его в издательстве « Милтон Брэдли и компания» в декабре 1866 года. [34]
В своем патенте 1833 года и пояснительной брошюре к своим стробоскопическим дискам Саймон Стампфер подчеркивал важность прерывания лучей света, отраженного рисунками, в то время как механизм переносил изображения мимо глаз с соответствующей скоростью. Картины должны были быть построены по определенным законам физики и математики, включая систематическое разделение движения на отдельные моменты. Он описал идею сохранения зрения только как эффект, благодаря которому перерывы остаются незамеченными. [6]
Идея о том, что эффекты движения в так называемых «оптических игрушках», таких как фенакистикоп и зоотроп, могут быть вызваны изображениями, задерживающимися на сетчатке, была подвергнута сомнению в статье Уильяма Бенджамина Карпентера 1868 года . Он предположил, что иллюзия была «скорее психическим , чем сетчаточным феноменом». [35]
Ранние теории сохранения зрения были сосредоточены на сетчатке, тогда как более поздние теории отдавали предпочтение или добавляли идеи о когнитивных (мозгоцентрированных) элементах восприятия движения . Многие психологические концепции основного принципа анимации предполагают, что пробелы между изображениями заполняются разумом. [ нужна цитата ]
Макс Вертхаймер доказал в 1912 году, что испытуемые не видели ничего между двумя разными положениями, в которых фигура проецировалась тахистокопом на частотах, которые идеально подходили 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 обе позиции более или менее одновременно, между проецируемыми фигурами и вокруг них наблюдался движущийся беспредметный феномен. Вертхаймер предположил, что этот « феномен чистого фи » представляет собой более прямое чувственное переживание движения. [10] Идеальную анимационную иллюзию движения через интервал между фигурами позже назвали « бета-движением ».
Визуальная форма памяти, известная как иконическая память, была описана как причина устойчивости зрения. [36] Некоторые учёные сегодня считают всю теорию иконической памяти мифом. [ нужна цитата ]
При сопоставлении теории постоянства зрения с теорией фи-феномена возникает понимание того, что глаз не является камерой и не видит кадров в секунду. Другими словами, зрение не так просто, как свет, регистрируемый на носителе, поскольку мозг должен осмыслить визуальные данные, которые предоставляет глаз, и построить последовательную картину реальности. [ нужна цитата ]
Хотя психологи и физиологи отвергли актуальность теории зрительской аудитории, киноведы и теоретики кино, как правило, этого не сделали, и она сохраняется в цитатах во многих классических и современных текстах по теории кино. [37] [38] [39] [40]
Джозеф и Барбара Андерсон утверждают, что фи-феномены отдают предпочтение более конструктивистскому подходу к кино ( Дэвид Бордуэлл , Ноэль Кэрролл , Кирстин Томпсон ), тогда как постоянство видения отдает предпочтение реалистическому подходу ( Андре Базен , Кристиан Мец , Жан-Луи Бодри). [40]
устойчивость впечатлений.
{{cite web}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )