Пиксель. История одной точки - Элви Рэй Смит

там, — но только если расстояние и задержка достаточно велики. В противном случае мозг воспринимает перемещение точки из одного положения в другое. Это кажущееся движение, потому что реального движения не происходит. Мозг воспринимает то, чего не видит глаз.

Размытие движения

Инерция зрения такова, что мы всё еще воспринимаем первое изображение, когда появляется второе. Это очень похоже на описанное ранее преобразование идеального кадра согласно теореме Котельникова. Кадр небольшой продолжительности растягивается во времени и добавляется к следующему кадру, тоже растянутому во времени. Сетчатка как будто выполняет «разбрасывание» изображения и сложение последовательных «растянутых» кадров. Что-то подобное, по-видимому, должно происходить, потому что мы воспринимаем непрерывный визуальный поток, хотя кинопроектор его не создает. Вы можете думать о форме функции инерции зрения как о разбрасывателе кадров, встроенном в человека видящего. Есть и другое свидетельство, что система «глаз — мозг», предположительно, выполняет реконструкцию, которая неявно использует теорему выборки. Оно заключается в том, что мы воспринимаем именно те ошибки, которые можем увидеть в реальности, — например, колеса телеги, вращающиеся в обратном направлении.

Классическая анимация — старые добрые рисунки тушью на целлулоиде — основана на феномене кажущегося движения. Мультипликаторы старой школы интуитивно знали, как удерживать последовательные фазы движения в границах «не слишком далеко и не слишком медленно». Если им требовалось выйти за эти пределы, в ход шли хитрости и уловки, помогающие нам воспринимать движение. Мультипликаторы рисовали «линии скорости», которые подсказывали мозгу направление движения и, как размытие, намекали на высокую скорость. Или они создавали — POOF — облако пыли, чтобы отметить стремительное падение Хитрого Койота, когда он неожиданно выбегал за край обрыва, преследуя коварного Дорожного Бегуна. Они изобрели визуальный язык, который мозг легко интерпретировал.[26]

Если превысить пределы кажущегося движения без использования хитростей из старых мультфильмов, результаты будут ужасны. Возможно, вы видели подобное в покадровой анимации старой школы, например в сцене из классического фильма Рэя Гаррихаузена «Ясон и аргонавты» 1963 года, где скелеты сражаются на мечах, — движения персонажей там очень дерганые. Изображение двоится или троится. Вы видите несколько положений скелета одновременно и сознательно интерпретируете их как движение, но смотреть на это мучительно. Изображения движутся рывками, «дрожат» или, как еще говорят, «стробируют». Эти слова отражают, насколько дискомфортно смотреть на такое движение.

Фильмы с живыми актерами — это тоже последовательность отдельных кадров, как и мультипликация. Почему же мы не видим рывков или «стробирования» в них? (Представьте, что Уме Турман во время боя на мечах нужно держаться в пределах «не слишком далеко и не слишком медленно».) Этому есть простое и красивое объяснение. Оно называется размытие движения. У кадра, снятого настоящей кинокамерой, есть продолжительность — время экспозиции. Это не идеальный отсчет, не имеющий длительности, не одно бесконечно короткое мгновение, как кадр в мультике с Хитрым Койотом или последовательные рисунки скелетов из фильма Гаррихаузена. Размытие — это то, что вы видите на неподвижной фотографии, когда объект движется, а скорость срабатывания затвора недостаточна, чтобы запечатлеть движение. На фотографиях это часто получается непреднамеренно, но для кино такой технический брак становится спасением. Без размытия движения все фильмы выглядели бы такими же дергаными, как скелеты Гаррихаузена, если бы только Ума каким-то чудом не смогла двигаться в пределах допустимого. Размытие движущихся объектов в кадре за время экспозиции подсказывает мозгу, что движется, а что нет. По направлению размытия можно понять направление движения, а по протяженности — скорость. Каким-то непостижимым образом мозг преобразует пространственную информацию — размытие — во временнýю, а затем воспринимает ее с помощью феномена кажущегося движения.

Почему колеса крутятся назад?

Те из нас, кто вырос на старых вестернах, наверняка видели колеса, которые крутятся в обратную сторону. Колесам дилижансов или паровозов отводилось на экране немало места и довольно много времени, потому что классический вестерн немыслим без погонь. Бандиты в широкополых шляпах постоянно преследуют почтовый дилижанс (или почтовый вагон), везущий месячную зарплату целого шахтерского городка золотыми монетами. К сожалению, колеса почти всегда вращались с неправильной скоростью, а часто даже назад.

Телевидение тоже передает изображения покадрово, поэтому, когда оно появилось и стало транслировать вестерны в дневном эфире, мы продолжали наблюдать, как колеса крутятся назад. Даже сегодня в рекламе автомобилей нередко показывают колеса, вращающиеся с неправильной скоростью или даже задом наперед, но это остается практически незамеченным. Современные режиссеры умело прячут их за облаками пыли или стратегически расставленными растениями и камнями. Или они переходят в режим замедленного движения, когда колеса въезжают в центр экрана так, что кажется, будто они вращаются правильно. А иногда режиссеры вообще ничего такого не делают. Мы все так часто с детства видели этот артефакт, что просто не замечаем его.

Но почему колеса крутятся назад? Теорема отсчетов не оставляет сомнений: мы должны делать выборку, удвоив самую высокую частоту движения, которое снимаем. Возвращаясь назад, какое самое быстрое движение можно представить при 24 кадрах в секунду, традиционной частоте дискретизации фильмов? Только то, что изменяется не быстрее 12 раз в секунду.

Представьте себе переднее колесо дилижанса — вроде того почтового дилижанса Баттерфилда, из которого когда-то выбросило Мейгриджа в Техасе. Для удобства предположим, что оно 12 футов (3,7 метра) в диаметре и у него 12 спиц. Каждый раз, когда повозка продвигается вперед на 1 фут (треть метра), колесо совершает одну двенадцатую полного оборота, а следующая спица оказывается в том же месте, где находилась предыдущая. Итак, после одной двенадцатой полного оборота колесо выглядит точно так же, как до него.

Если бы лошадь тянула дилижанс со скоростью 12 футов в секунду, волна Фурье визуального потока изменялась бы со скоростью 12 циклов в секунду. Следовательно, фильм с 24 отсчетами (кадрами) в секунду еле-еле способен отобразить дилижанс, движущийся со скоростью 12 футов в секунду. Но это всего лишь около 8 миль (примерно 13 километров) в час. Чуть быстрее — и начинаются странности. Поскольку скачущая лошадь развивает скорость от 25 до 30 миль в час, бандитос наверняка заставят колеса дилижанса вращаться быстрее. Таким образом, даже идеальный фильм, работающий со скоростью 24 кадра в секунду, не может точно отобразить колеса, которые крутятся быстрее, чем при размеренном уличном движении.

Но мы знаем, что фильм возникает внутри системы «глаз — мозг». Феномен кажущегося движения, которое наш мозг использует для воссоздания движения по двум неподвижным изображениям, также определяет, какое направление движения мы воспринимаем. В случае с вращающимися объектами мозг получает информацию о двух положениях спиц колеса и