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(gè)現(xiàn)象。當(dāng)列車逐漸加速行駛起來(lái)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(shí)候是怎么樣一個(gè)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(shí)候就覺得這是個(gè)黑科技 見識(shí)短讓大家見笑了……

然而事實(shí)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(fèi)納奇鏡

Phenakistiscope

在 1832 年的冬天，比利時(shí)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(shí)地發(fā)明了費(fèi)納奇鏡 (Phenakistiscope) (2)。在最開始，費(fèi)納奇鏡中往往把圖案畫在圓盤上，然后將其轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。透過具有均勻條帶的狹縫裝置，我們就可以觀察到動(dòng)畫的效果，這也是人們最早提出來(lái)的動(dòng)畫的效果，如今看起來(lái)就和一段幾秒長(zhǎng)的 GIF 動(dòng)畫相類似。

這背后的原理也很簡(jiǎn)單。如果狹縫和圖案轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相匹配，當(dāng)人們透過一個(gè)狹縫位置，就可以依次看到后面每一幀的動(dòng)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(bǔ)」補(bǔ)上了。

實(shí)際上，人們意識(shí)到存在視覺暫留效應(yīng)就在這之前沒多久。1824 年，英國(guó)倫敦大學(xué)教授皮特?馬克?羅葛特 在他的研究報(bào)告《對(duì)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(lái)顯然已經(jīng)不合時(shí)宜，不過并不妨礙它在電影史和動(dòng)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(duì)物體的印象不會(huì)立即消失，而是會(huì)持續(xù)一小段時(shí)間。普拉托在當(dāng)時(shí)還是個(gè)學(xué)生，而費(fèi)納奇鏡的發(fā)明很可能就受到這篇研究報(bào)告 的影響。不過普拉托后來(lái)因?yàn)槌撩砸曈X暫留現(xiàn)象的研究付出了慘痛的代價(jià)，他把太陽(yáng)光聚焦到眼睛里長(zhǎng)達(dá) 25s，為此徹底失去了自己的視力。大家做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一定要規(guī)范操作啊

接下來(lái)就給大家展示一些好看的費(fèi)納奇鏡的圖案吧~

3D 動(dòng)畫

3DPhenakistiscope

如今，費(fèi)納奇鏡已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于平面上，利用它，人們可以實(shí)現(xiàn)三維空間中的動(dòng)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(lái)代替。其實(shí)這個(gè)原理我們?cè)缭谏钪?，或者電影里就見到過了。比如《驚天魔盜團(tuán)》里面的控雨神技

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

又比如平時(shí)看到的倒轉(zhuǎn)的風(fēng)扇

接下來(lái)我們就來(lái)欣賞一些近乎以假亂真的 3D 動(dòng)畫

實(shí)際上，還有很多公司利用這種形式的動(dòng)畫來(lái)作廣告。

Video On the Subway

看了上面這么多動(dòng)畫，不知道你有沒有想出來(lái)地鐵上視頻的原理？

It's Not Enough

上面所說(shuō)的都是怎么呈現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫面。那反過來(lái)，怎么把一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫面錄制下來(lái)？?jī)烧咂鋵?shí)都有異曲同工之妙，電影就是這么拍的?，F(xiàn)在我們?nèi)绻麃?lái)挑戰(zhàn)一件更有趣的事情，比如給光的傳播錄個(gè)像。

實(shí)際上光速真的非常非常非常的快，一束光從一個(gè)可樂瓶的頭走到可樂瓶的尾只需要零點(diǎn)幾納秒。而在這個(gè)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(wàn)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(hào)線廣告

• 費(fèi)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(dòng)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(shí)現(xiàn)的？」下 Kon Tiki 的回答

• Ramesh Raskar - TED Talk