Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

от способности увидеть чудо и красоту в обеих сферах. Поскольку о фильмах — программном обеспечении кинематографа — написано множество книг, мы сосредоточимся на недооцененном аппаратном обеспечении.

Но прежде чем перейти к аппаратному обеспечению кинематографа, давайте остановимся на любопытной особенности программного. Хотя пленка движется в кинопроекторе только в одном направлении, хранящееся на ней программное обеспечение заставляет зрителей воспринимать события, которые перемещают их назад во времени (флэшбеки в «Ирландце») или вперед (на десятки или даже целые тысячелетия, как в «2001: Космическая одиссея»), бесконечно зацикливаются («День сурка») или повторяются с изменением («Расёмон»). Кажется, будто программное обеспечение кинематографа вычисляет с помощью нашего мозга то, что оно не может вычислить, используя аппаратное обеспечение.

Нет общего термина для обозначения всего кинематографического оборудования. Классический кинематограф состоит из трех отдельных элементов: камеры, пленки и проектора. Говоря о кинооборудовании, мы подразумеваем все три, как если бы они составляли единое целое. Это и будет нашим определением. Кинооборудование для кинематографа — то же, что компьютер для программ. Все, что не содержит всех трех компонентов, в лучшем случае почти-кино — как почти-компьютеры из предыдущей главы. Поскольку здесь подразумевается аппаратное обеспечение, я часто буду опускать слово «оборудование» и использовать термины «движущееся изображение» и «кино» как синонимы слова «кинофильм».

Когда мы задаемся вопросом о создателе первого кинофильма, мы не имеем в виду контент. Речь идет о том, у кого появился первый комплект кинооборудования — камера, пленка и проектор, работающие как одна система. Именно это мы подразумевали под кинематографом с точки зрения аппаратного обеспечения большую часть прошлого века. Да и сейчас мало что изменилось. Для Цифрового Света мы используем цифровые камеры, мы храним его в виде цифровых кадров и воспроизводим с помощью цифровых проекторов.

Почему кино работает?

Совсем не очевидно, что кино вообще должно работать. Кинофильм, в отличие от визуального потока в наших глазах, не отличается непрерывностью. Камера фиксирует каждую секунду только 24 неподвижных кадра из визуального потока, отбрасывая все происходящее между ними. Но результат все равно воспринимается нами как исходный поток. Мы видим неподвижное, но воспринимаем его как движущееся. Как же это происходит?

Идеальный фильм

На что было бы похоже кино, если бы мы изобрели его сегодня как одну из составляющих Цифрового Света, начиная с теоремы отсчетов? Ответ, как мне кажется, очевиден: надо разбить визуальный поток на кадры с удвоенной максимальной частотой временнóй волны, а затем использовать хороший «разбрасыватель» при проецировании, чтобы превратить кадры обратно в непрерывный и плавный визуальный поток — так же, как мы превращаем пиксели в единое неподвижное изображение.

Давайте разберем только что сказанное. Во-первых, каковы частоты в визуальном потоке? Какие волны Фурье использовал бы для его представления? Мы должны понять это, прежде чем применим теорему выборки — сделаем выборку с удвоенной частотой. Нам также нужно решить, что означает «самая высокая частота» в визуальном потоке. Затем мы должны выяснить, что такое «хороший разбрасыватель» для проецирования кадров. Что вообще означает «разбрасывание» для отдельного кадра?

В случае со звуком мы имеем дело со звуковыми волнами. Для неподвижной визуальной сцены волны — волнообразные колебания интенсивности света, показанные в главе о Фурье. Вспомните, как мы изучали мой сад с растениями-суккулентами в Беркли. Потребовалась некоторая практика, чтобы «разглядеть» ритмичные пространственные волны, составляющие визуальную сцену. Чтобы «увидеть» волны в визуальном потоке, тоже нужно тренироваться.

Вот несколько упражнений, которые помогут вам обнаружить их. Посмотрите на прогуливающегося по улице мужчину или на совершающую пробежку женщину. Их движения цикличны. Это первое свидетельство существования волн Фурье в визуальном потоке, льющемся в наши глаза. Предположим, что мужчина опускает ногу на землю каждую секунду или делает один полный шаг каждые две секунды. Тогда в волновом варианте потока появится волна с частотой один цикл в две секунды. Предположим, что женщина бежит в два раза быстрее, чем идет мужчина. Тогда в волновой версии возникнет волна с частотой один цикл в секунду.

Можно легко найти и другие примеры: движущийся по улице поток транспорта, вращение автомобильных колес или велосипедных педалей, отбойный молоток, руки дирижера симфонического оркестра, прыгающий мяч.

Нужно совершить гигантский скачок, чтобы перейти от них к волшебной идее Фурье, но давайте сделаем его: все, что вы видите в непрерывном визуальном потоке, поступающем в ваши глаза, — это сумма зрительных волн и только их одних, а суть зрительной волны — это интенсивность света, которая ритмично колеблется в пространстве и во времени.

В главе, посвященной Фурье, мы визуализировали волны, из которых состоит визуальная сцена — неподвижное изображение — в виде гофр, каждая из которых имеет поперечное сечение волны. То есть сечение гофры выглядит как волна, которую очерчивает секундная стрелка часов. К счастью, нам не обязательно «видеть» волны визуального потока — движущейся картинки, чтобы использовать их. И это очень хорошо, потому что волны Фурье визуального потока — четырехмерные, то есть зрительно представить их довольно сложно. Тем не менее давайте попробуем. Рисунок 5.7, показывающий половину одного временнóго цикла и четыре полных пространственных цикла, — это попытка изобразить одну такую волну, но ее интерпретация требует некоторого воображения.

Рассмотрим самую верхнюю гофру на рисунке. Она, как обычно, имеет некоторую частоту и амплитуду. Маленькая стрелка указывает ее амплитуду. Обратите внимание, что ее копия вынесена вправо и повернута на 90 градусов. Мы к ней скоро еще вернемся.

Амплитуда изображенных на рисунке гофр изменяется со временем, которое условно течет вниз по странице. Более того, амплитуда изменяется плавно и непрерывно, как движется секундная стрелка часов. Но нарисовать это у меня не получится, поэтому я обращаюсь к вашему воображению.

Представьте, что, пока вы смотрите, высота волны меняется в соответствии с заданным ритмом. Другими словами, по мере того как вы наблюдаете, все впадины становятся одновременно глубже, затем одновременно мельче, затем одновременно глубже и так далее. Ритм этой пульсации и есть ритм волны. Задача состоит в том, чтобы вы вообразили эту анимацию. Откровенно говоря, для наших целей такой воображаемой анимации вполне достаточно. Это одна из множества волн Фурье, необходимых, чтобы представить визуальный поток.

Рис. 5.7

Тем не менее на рисунке 5.7 я попытался передать эту анимацию. На нем изображена пульсирующая в вашем воображении гофра. Через равные промежутки времени показаны девять гофр — если хотите, девять кадров анимации. Я (снова) призываю ваше воображение поместить еще одну гофру в каждый момент времени между каждой изображенной парой