Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Видеозапись винта в виде Bombardier Q400 , принятый с цифровой камерой , показывающей вагон колеса эффекта
Видео вращающегося бумажного диска с рисунком. При определенной скорости кажется, что наборы спиц замедляются и вращаются в противоположных направлениях.

Эффект колеса повозки (также называемый эффектом колеса дилижанса или стробоскопическим эффектом ) представляет собой оптическую иллюзию, в которой колесо со спицами, кажется, вращается иначе, чем его истинное вращение. Колесо может вращаться медленнее, чем истинное вращение, оно может казаться неподвижным или может показаться вращающимся в направлении, противоположном истинному вращению. Эту последнюю форму эффекта иногда называют эффектом обратного вращения .

Эффект вагона-колеса чаще всего наблюдается в фильмах или телевизионных изображениях дилижансов или фургонов в западных фильмах , хотя записи любого вращающегося объекта с регулярными звуками показывают его, например, винты вертолетов , пропеллеры самолетов и рекламные ролики автомобилей. На этих записанных носителях эффект является результатом временного алиасинга . [1] Это также часто можно увидеть, когда вращающееся колесо освещено мерцающим светом. Эти формы эффекта известны как стробоскопические эффекты.: исходное плавное вращение колеса видно только с перебоями. Вариант эффекта колеса телеги также можно увидеть при постоянном освещении.

В стробоскопических условиях [ править ]

Основная статья: Стробоскопический эффект
Этот анимированный GIF-файл демонстрирует эффект колеса телеги. Скорость «камеры», движущейся вправо, постоянно увеличивается с той же скоростью, что и объекты, скользящие влево. В середине 24-секундного цикла объекты внезапно сдвигаются и направляются назад.

Стробоскопические условия гарантируют, что видимость вращающегося колеса разбита на серию коротких эпизодов, в которых его движение либо отсутствует (в случае кинокамер ), либо минимально (в случае стробоскопов), прерывается более длинными эпизодами невидимости. Прежние серии принято называть кадрами . Аналоговая кинокамера, записывающая изображения на пленку, обычно работает со скоростью 24 кадра в секунду, в то время как цифровые кинокамеры работают со скоростью 25 кадров в секунду (PAL; европейские стандарты) или 29,97 кадра в секунду (NTSC; североамериканские стандарты). Стандартный телевизор работает со скоростью 59,94 или 50 изображений в секунду (видеокадр - это два отдельных изображения; см. Чересстрочную развертку).). В стробоскопе частота обычно может быть установлена ​​на любое значение. Искусственное освещение, которое модулируется во времени при питании от переменного тока , например, газоразрядные лампы (включая неон , пары ртути, пары натрия и люминесцентные лампы), мерцает в два раза чаще, чем линии электропередач (например, 100 раз в секунду на 50 -цикловая линия). В каждом цикле тока мощность достигает пика дважды (один раз с положительным напряжением и один раз с отрицательным напряжением) и дважды достигает нуля, и световой поток изменяется соответственно. Во всех этих случаях человек видит вращающееся колесо в стробоскопических условиях.

Представьте, что на самом деле четырехспицевое колесо вращается по часовой стрелке . [2] Первый случай видимости колеса может произойти, когда одна спица находится в положении «12 часов». Если к моменту следующего появления видимости спица, ранее находившаяся на отметке «9 часов», переместилась в положение «12 часов», то зритель будет воспринимать колесо как неподвижное. Если во втором случае видимости следующая спица переместилась в положение 11:30, то зритель будет воспринимать колесо как вращающееся назад. Если во втором случае видимости следующая спица переместилась в положение 12:30, то зритель будет воспринимать колесо как вращающееся вперед, хотя и медленнее, чем оно действительно вращается. Эффект зависит от свойства восприятия движения, называемогобета-движение : движение наблюдается между двумя объектами в разных положениях в поле зрения в разное время при условии, что объекты похожи (что верно для колес со спицами - каждая спица по существу идентична другим) и при условии, что объекты расположены близко (что является верно для первоначально 9-часовой спицы во втором мгновении - она ​​ближе к 12-ти часам, чем первоначально 12-часовая спица).

Finlay, Dodwell и Caelli (1984 [3] ) и Finlay and Dodwell (1987 [4] ) изучали восприятие вращающихся колес при стробоскопическом освещении, когда продолжительность каждого кадра была достаточно большой, чтобы наблюдатели могли увидеть реальное вращение. Несмотря на это, в направлении вращения доминировал эффект колеса телеги. Финли и Додвелл (1987) утверждали, что между эффектом колеса телеги и бета-движением есть некоторые критические различия, но их аргумент не нарушил консенсус.

Эффект колесного вагона используется в некоторых инженерных задачах, таких как регулировка синхронизации двигателя. Это также сделано в некоторых проигрывателях виниловых пластинок. Поскольку высота воспроизведения музыки зависит от скорости вращения, эти модели имеют регулярную маркировку на стороне вращающегося диска. Периодичность этих отметок откалибрована таким образом, что при частоте местной электросети (50 Гц или 60 Гц), когда вращение имеет точно желаемую скорость 33 + 1/3 об / мин, они кажутся статичными.

Под постоянным освещением [ править ]

Эффективное стробоскопическое изображение при помощи вибрации глаз [ править ]

Раштон (1967 [5] ) наблюдал эффект колеса телеги при постоянном освещении и гудении . Гудение вызывает вибрацию глаз в их глазницах, эффективно создавая стробоскопические условия внутри глаза. Гудя с частотой, кратной частоте вращения, он смог остановить вращение. Гудя на несколько более высоких и более низких частотах, он смог заставить вращение медленно вращаться в обратном направлении и заставить вращение идти медленно в направлении вращения. Подобный стробоскопический эффект сейчас обычно наблюдается у людей, которые едят хрустящую пищу, такую ​​как морковь, во время просмотра телевизора: кажется, что изображение мерцает. [6]Хруст заставляет глаза вибрировать с частотой кадров, кратной частоте кадров телевизора. Помимо вибрации глаз, эффект можно получить, наблюдая за колесами через вибрирующее зеркало. Зеркала заднего вида в вибрирующих автомобилях могут произвести такой эффект.

Действительно непрерывное освещение [ править ]

Первым, кто наблюдал эффект колеса телеги при действительно непрерывном освещении (например, от солнца), был Схоутен (1967 [7] ). Он выделил три формы субъективной стробоскопии, которые он назвал альфа, бета и гамма: альфа-стробоскопия происходит со скоростью 8–12 циклов в секунду; колесо кажется неподвижным, хотя «некоторые сектора [спицы] выглядят так, как будто они выполняют бег с препятствиями над стоящими» (стр. 48). Бета-стробоскопия происходит со скоростью 30–35 циклов в секунду: «Четкость рисунка почти исчезла. Иногда наблюдается определенное противовращение сероватого полосатого рисунка» (стр. 48–49). Гамма-стробоскопия происходит со скоростью 40–100 циклов в секунду: «Диск выглядит почти однородным, за исключением того, что на всех частотах сектора.виден стоячий сероватый узор ... в очень дрожащем состоянии »(стр. 49–50). Схоутен интерпретировал бета-стробоскопию, обратное вращение, как совместимое с наличием в зрительной системе человека детекторов Рейхардта для кодирования движения. Используемые им формы колес со спицами (радиальные решетки) являются регулярными, они могут сильно стимулировать детекторы для истинного вращения, но также слабо стимулировать детекторы для обратного вращения.

Есть две общие теории эффекта колеса телеги при действительно непрерывном освещении. Во-первых, человеческое зрительное восприятие берет серию неподвижных кадров визуальной сцены, и это движение воспринимается во многом как фильм. Вторая - теория Схоутена: движущиеся изображения обрабатываются визуальными детекторами, чувствительными к истинному движению, а также детекторами, чувствительными к противоположному движению из-за временного наложения спектров. Есть свидетельства в пользу обеих теорий, но их масса свидетельствует в пользу последней.

Теория дискретных фреймов [ править ]

Первес, Пайдарфар и Эндрюс (1996 [8] ) предложили теорию дискретных фреймов. Одно свидетельство в пользу этой теории поступило от Дюбуа и Ван Руллена (2011 [9] ). Они рассмотрели опыт потребителей ЛСД, которые часто сообщают, что под воздействием наркотика наблюдается движущийся объект, за которым следует серия неподвижных изображений. Они попросили таких потребителей сопоставить их опыт употребления наркотиков с фильмами, имитирующими такие конечные изображения, которые они просматривали, когда они не находились под наркотиком. Они обнаружили, что пользователи выбирали фильмы в диапазоне 15–20 Гц. Это между альфа- и бета-рейтингами Схоутена.

Теория временного алиасинга [ править ]

Клайн, Холкомб и Иглман (2004 [10] ) подтвердили наблюдение обратного вращения с равномерно расположенными точками на вращающемся барабане. Они назвали это «иллюзорным разворотом движения». Они показали, что это происходит только после длительного просмотра вращающегося дисплея (от 30 секунд до 10 минут для некоторых наблюдателей). Они также показали, что случаи обратного вращения были независимыми в разных частях поля зрения. Это несовместимо с дискретными кадрами, покрывающими всю визуальную сцену. Клайн, Холкомб и Иглман (2006 [11]) также показали, что реверсивное вращение радиальной решетки в одной части поля зрения не зависит от наложенного ортогонального движения в той же части поля зрения. Ортогональное движение представляло собой сужение круглой решетки так, чтобы она имела ту же временную частоту, что и радиальная решетка. Это несовместимо с дискретными кадрами, покрывающими локальные части визуальной сцены. Kline et al. пришли к выводу, что обратные вращения согласуются с детекторами Райхардта, поскольку обратное направление вращения становится достаточно активным, чтобы доминировать над восприятием истинного вращения в форме соперничества . Долгое время, необходимое для того, чтобы увидеть обратное вращение, предполагает, что нейронная адаптация детекторов, реагирующих на истинное вращение, должно произойти до того, как слабо стимулированные детекторы обратного вращения смогут внести свой вклад в восприятие.

Некоторые небольшие сомнения по поводу результатов Kline et al. (2004) поддерживают сторонников теории дискретных фреймов. Эти сомнения включают в себя обнаружение у некоторых наблюдателей большего количества случаев одновременных инверсий из разных частей поля зрения, чем можно было бы ожидать случайно, и обнаружение у некоторых наблюдателей различий в распределении длительностей инверсий по сравнению с ожидаемыми. чистый процесс соперничества (Rojas, Carmona-Fontaine, López-Calderón, & Aboitiz, 2006 [12] ).

В 2008 году Клайн и Иглман продемонстрировали, что иллюзорные развороты двух пространственно перекрывающихся движений можно воспринимать по отдельности, предоставив дополнительные доказательства того, что иллюзорное изменение движения не вызвано временной выборкой. [13] Они также показали, что иллюзорное реверсирование движения происходит с неоднородными и непериодическими стимулами (например, вращающейся лентой из наждачной бумаги), что также не может быть совместимо с дискретной выборкой. Клайн и Иглман предложили вместо этого, что эффект является результатом «движения во время эффекта», что означает, что последействие движения накладывается на реальное движение.

Опасности [ править ]

Этот эффект может сделать некоторые вращающиеся машины, такие как токарные , опасными для работы при искусственном освещении, потому что на определенных скоростях станки будут ложно казаться остановленными или движущимися медленно. По этой причине рекомендуется избегать однофазного освещения в мастерских и на заводах. Например, фабрика, которая освещается от однофазной сети с основным люминесцентным освещением, будет иметь мерцание, в два раза превышающее частоту сети, либо на 100, либо на 120 Гц (в зависимости от страны); таким образом, может показаться, что любое оборудование, вращающееся с частотой, кратной этой частоте, не вращается.

Поскольку наиболее распространенные типы двигателей переменного тока привязаны к частоте сети, это может представлять значительную опасность для операторов токарных станков и другого вращающегося оборудования.

Решения включают развертывание освещения на трехфазной сети или использование высокочастотных контроллеров, которые управляют освещением на более безопасных частотах. [14] Традиционные лампы накаливания, в которых используются нити, которые непрерывно светятся с незначительной модуляцией, также предлагают другой вариант, хотя и за счет повышенного энергопотребления. Лампы накаливания меньшего размера можно использовать в качестве рабочего освещения на оборудовании, чтобы помочь бороться с этим эффектом, чтобы избежать затрат на эксплуатацию большего количества ламп накаливания в мастерской.

См. Также [ править ]

  • Сглаживание
  • Стробоскопический эффект
  • Рольставни

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Техническое объяснение временного фильтра» . ООО «Тессиве» . Проверено 13 сентября 2011 года .
  2. ^ Максим, учебник 928, Основы фильтров: сглаживание http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/928
  3. ^ Финли, диджей; Dodwell, PC и Caelli, TM (1984). «Эффект вагона-колеса». Восприятие . 13 (3): 237–248. DOI : 10,1068 / p130237 . PMID 6514509 . 
  4. Перейти ↑ Finlay D, Dodwell P (1987). «Скорость видимого движения и эффект колеса телеги» . Восприятие психофизики . 41 (1): 29–34. DOI : 10.3758 / BF03208210 . PMID 3822741 . 
  5. Перейти ↑ Rushton W (1967). «Влияние гудения на зрение». Природа . 216 (121): 1173–1175. DOI : 10.1038 / 2161173a0 . PMID 4294734 . 
  6. ^ Адамс К. "Может ли игра на Slinky переключать каналы на вашем телевизоре?" .
  7. Перейти ↑ Schouten, JF (1967). Субъективная стробоскопия и модель детекторов визуального движения. В I. Ватен-Данн (ред.), Модели восприятия речи и визуальных форм (стр. 44–55). Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  8. ^ Первс D, Paydarfar Дж, Эндрюс Т (1996). «Иллюзия колеса телеги в кино и реальности» . Proc Natl Acad Sci USA . 93 (8): 3693–3697. DOI : 10.1073 / pnas.93.8.3693 . PMC 39674 . PMID 8622999 .  
  9. ^ Дюбуа, J VanRullen R (2011). «Визуальные следы: периодически ли открываются двери восприятия?» . PLoS Биология . 9 (5): e1001056. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1001056 . PMC 3091843 . PMID 21572989 .  
  10. Перейти ↑ Kline K, Holcombe A, Eagleman D (2004). «Иллюзорное изменение направления движения вызвано соперничеством, а не снимками восприятия поля зрения» . Vision Res . 44 (23): 2653–2658. DOI : 10.1016 / j.visres.2004.05.030 . PMID 15358060 . 
  11. Перейти ↑ Kline K, Holcombe A, Eagleman D (2006). «Иллюзорное изменение направления движения не подразумевает дискретной обработки: ответ Рохасу и др.». Vision Res . 46 (6–7): 1158–1159. DOI : 10.1016 / j.visres.2005.08.021 .
  12. ^ Рохас D, Кармона-Фонтен С, Лопес-Кальдерон Дж, Aboitiz F (2006). «Сосуществуют ли дискретность и соперничество в иллюзорном реверсе движения?». Vision Res . 46 (6–7): 1155–1157, ответ автора 1158–1159. DOI : 10.1016 / j.visres.2005.07.023 . PMID 16139861 . 
  13. ^ Клайн К., Иглман DM (2008). «Доказательства против гипотезы снимка иллюзорного разворота движения» . Журнал видения . 8 (4): 1–5. DOI : 10.1167 / 8.4.13 . PMC 2856842 . PMID 18484852 .  
  14. ^ Кроншоу, Джефф (осень 2008), «Раздел 559 светильники и осветительные установки: обзор» (PDF) , Wiring Matters , IET (28): 4

Внешние ссылки [ править ]

  • Интерактивная демонстрация оптической иллюзии .