Эффект вагона

Эффект вагона

эффект вагона (В качестве альтернативы, эффект дилижанса, стробоскопический эффект) представляет собой оптическую иллюзию, в которой спицевое колесо, по-видимому, вращается иначе, чем его истинное вращение. Колесо может вращаться медленнее, чем истинное вращение, оно может казаться неподвижным или может поворачиваться в противоположном направлении от истинного вращения. Эта последняя форма эффекта иногда называется эффект обратного вращения.

Эффект вагонного колеса чаще всего проявляется в фильмах или телевизионных изображениях дилижансов или вагонов в западных фильмах, хотя на нем будут отображаться записи любого вращающегося вокруг вращающегося объекта, такие как вертолетные роторы и воздушные пропеллеры. В этих записанных средах эффект является результатом временного сглаживания. [1] Это также обычно можно увидеть, когда вращающееся колесо освещено мерцающим светом. Эти формы эффекта известны как стробоскопические эффекты: первоначальный плавный поворот колеса виден только с перерывами. Вариант эффекта вагонного колеса также можно увидеть при непрерывном освещении.

содержание

Стробоскопические условия гарантируют, что видимость вращающегося колеса разбита на ряд коротких эпизодов, в которых его движение либо отсутствует (в случае видеокамер), либо минимальное (в случае стробоскопов), прерванное более длинными эпизодами невидимости. Обычно принято называть первые эпизоды кадры. Аналоговая видеокамера, которая записывает изображения на киностудии, обычно работает со скоростью 24 кадра в секунду, а цифровые кинокамеры работают со скоростью 25 кадров в секунду (PAL, европейские стандарты) или 29,97 кадра в секунду (NTSC, североамериканские стандарты). Стандартный телевизор работает на 59,94 или на 50 снимках в секунду (видеокадра представляет собой два отдельных изображения, см. Чересстрочное изображение). Стробоскоп обычно может иметь свою частоту, установленную для любого значения. Искусственное освещение, которое временно модулируется при питании от переменного тока, например газоразрядных ламп (включая неон, пары ртути, пары натрия и флуоресцентные лампы), мерцает при удвоенной частоте линии электропередач (например, 100 раз в секунду на 50 линия цикла). В каждом цикле тока мощность пиков дважды (один раз с положительным напряжением и один раз с отрицательным напряжением) и дважды переходит в ноль, и выход света изменяется соответственно. Во всех этих случаях человек видит вращающееся колесо в стробоскопических условиях.

Представьте себе, что истинное вращение колеса с четырьмя спицами по часовой стрелке. [2] Первый пример видимости колеса может произойти, если говорить за 12 часов. Если к тому времени, когда появится следующий экземпляр видимости, спица, ранее в 9 часов, переместилась в положение «12 часов», тогда зритель увидит, что колесо будет неподвижным. Если во втором случае видимости следующая спица переместилась в позицию 11:30, зритель увидит, что колесо будет вращаться назад. Если во втором случае видимости следующая спица переместилась в позицию 12:30, зритель увидит, что колесо будет вращаться вперед, хотя и медленнее, чем колесо на самом деле вращается. Эффект зависит от свойства восприятия движения, называемого бета-движением: движение видно между двумя объектами в разных положениях в поле зрения в разное время, при условии, что объекты схожи (что верно для спицевых колес. каждая спица по существу идентична остальным) и при условии, что объекты близки (что верно для первоначально 9-часовых разговоров во втором моменте. ближе к 12 часам, чем говорили изначально 12 часов).

Эффект вагонного колеса используется в некоторых инженерных задачах, таких как регулировка времени работы двигателя. Этот же эффект может привести к тому, что некоторые вращающиеся машины, такие как токарные станки, опасны для работы под искусственным освещением, потому что на определенных скоростях машины будут ложно оказаться остановленными или медленными движениями.

Финлей, Додвелл и Каэлли (1984 [3]) и Финлей и Додвелл (1987 [4]) изучали восприятие вращающихся колес при стробоскопическом освещении, когда продолжительность каждого кадра была достаточно длинной, чтобы наблюдатели могли видеть реальное вращение. Несмотря на это, в направлении вращения преобладал эффект вагона. Финлей и Додвелл (Finlay and Dodwell, 1987) утверждали, что существуют некоторые критические различия между эффектом вагона и бета-движением, но их аргумент не смутил консенсус.

Эффективное стробоскопическое изображение, вибрируя глазами. Редактировать

Rushton (1967 [5]) наблюдал эффект вагона-колеса при непрерывном освещении при напевании. Жужжащий вибрирует глаза в своих гнездах, эффективно создавая стробоскопические условия в глазу. Гудя на частоте кратного частоты вращения, он смог остановить вращение. Напевая на несколько более высоких и низких частотах, он мог медленно поворачивать оборот и медленно вращать вращение в направлении вращения. Подобный стробоскопический эффект обычно наблюдается у людей, которые едят хрустящие продукты, такие как морковь, во время просмотра телевизора: изображение кажется мерцающим. [6] Хруст вибрирует глаза с кратным частоте кадров телевизора. Помимо вибраций глаз, эффект можно получить, наблюдая колеса через вибрационное зеркало. Зеркала заднего вида в вибрирующих машинах могут вызвать эффект.

Поистине непрерывное освещение Редактировать

Первым, кто наблюдал эффект вагона-колеса при действительно непрерывном освещении (например, от солнца), был Schouten (1967 [7]). Он выделил три формы субъективной стробоскопии, которые он назвал альфа, бета и гамма: стробоскопия Альфы происходит со скоростью 8-12 циклов в секунду; колесо, похоже, становится неподвижным, хотя «некоторые сектора [спицы] выглядят так, как если бы они выполняли гонку с препятствиями над стоящими» (стр. 48). Бета-стробоскопия происходит со скоростью 30-35 циклов в секунду: «Отличительная черта картины почти исчезла. Время от времени наблюдается определенная контрротация 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 видна стойкая сероватая картина. (стр. 49-50). Шутен интерпретировал бета-стробоскопию, обратное вращение, в соответствии с наличием детекторов Рейхардта в визуальной системе человека для кодирования движения. Поскольку в образцовых колесных образцах он использовал (радиальные решетки) являются регулярными, они могут сильно стимулировать детекторы для истинного вращения, но также слабо стимулируют детекторы для обратного вращения.

Существуют две широкие теории эффекта вагона-колеса при действительно непрерывном освещении. Во-первых, человеческое визуальное восприятие принимает ряд неподвижных кадров визуальной сцены и что движение воспринимается так же, как фильм. Вторая. теория Шутена: движущиеся изображения обрабатываются визуальными детекторами, чувствительными к истинному движению, а также детекторами, чувствительными к противоположному движению из временного сглаживания. Есть доказательства обеих теорий, но вес доказательств способствует последнему.

Теория дискретных кадров Править

Purves, Paydarfar и Andrews (1996 [8]) предложили теорию дискретных кадров. Одним из доказательств этой теории является Дюбуа и Ван Раллен (2011 [9]). Они рассмотрели опыт пользователей ЛСД, которые часто сообщают, что под воздействием лекарственного средства движущийся объект замечен, затягивая серию неподвижных изображений за ним. Они попросили таких пользователей сопоставить свои опыты с наркотиками с фильмами, имитирующими такие трейлинг-изображения, которые просматриваются, когда они не находятся под наркотиком. Они обнаружили, что пользователи выбрали фильмы около 15-20 Гц. Это между альфа-и бета-оценками Шутена.

Теория временного псевдонима Править

Kline, Holcombe и Eagleman (2004 [10]) подтвердили наблюдение обратного вращения с регулярно расположенными точками на вращающемся барабане. Они назвали это «иллюзорным изменением движения». Они показали, что это произошло только после долгого времени просмотра вращающегося дисплея (от примерно 30 секунд до 10 минут для некоторых наблюдателей). Они также показали, что случаи обратного вращения независимы в разных частях поля зрения. Это несовместимо с дискретными кадрами, охватывающими всю визуальную сцену. Kline, Holcombe и Eagleman (2006 [11]) также показали, что обратное вращение радиальной решетки в одной части поля зрения не зависело от наложенного ортогонального движения в той же части поля зрения. Ортогональное движение имело круговую решетку, сжимающуюся так, чтобы иметь ту же временную частоту, что и радиальная решетка. Это несовместимо с дискретными кадрами, покрывающими локальные части визуальной сцены. Kline et al. пришел к выводу, что обратные вращения согласуются с детекторами Рейхардта для обратного направления вращения, становясь достаточно активными, чтобы доминировать в восприятии истинного вращения в форме соперничества. Длительное время, требуемое для обратного вращения, предполагает, что нейронная адаптация детекторов, реагирующих на истинное вращение, должна произойти до того, как слабо стимулированные детекторы обратного вращения могут способствовать восприятию.

Некоторые небольшие сомнения относительно результатов Kline et al. (2004) поддерживают приверженцев теории дискретных кадров. Эти сомнения заключаются в том, что Клайн и др. Обнаруживают в некоторых наблюдателях больше случаев одновременных разворотов с разных частей поля зрения, чем можно было бы ожидать случайно, и обнаружив в некоторых наблюдателях различия в распределении продолжительности разворотов от ожидаемого процесс чистого соперничества (Рохас, Кармона-Фонтен, Лопес-Кальдерон, Aboitiz, 2006 [12]).

В 2008 году Клайн и Иглман продемонстрировали, что иллюзорные развороты двух пространственно перекрывающихся движений могут восприниматься отдельно, что дает дополнительные доказательства того, что иллюзорное изменение движения не вызвано временной выборкой. [13] Они также показали, что иллюзорное изменение движения происходит с неравномерными и непериодическими стимулами (например, прядильной лентой наждачной бумаги), которые также не могут быть совместимы с дискретным отбором проб. Клайн и Иглман вместо этого предположили, что эффект возникает из-за «движения во время действия», что означает, что последующий эффект накладывается на реальное движение.

Из-за иллюзии, которую это может дать движущимся машинам, рекомендуется избегать однофазного освещения в мастерских и фабриках. Например, завод, который горит от однофазного питания с базовым флуоресцентным освещением, будет иметь мерцание в два раза по частоте сети, либо на 100 или 120 Гц (в зависимости от страны); таким образом, любое оборудование, вращающееся с кратным этой частоте, может не поворачиваться. Увидев, что наиболее распространенные типы двигателей переменного тока блокируются на частоте сети, это может представлять значительную опасность для операторов токарных станков и другого вращающегося оборудования. Решения включают развертывание освещения по полной трехфазной сети или с помощью высокочастотных контроллеров, которые управляют огнями на более безопасных частотах. [14] Традиционные лампы накаливания, в которых используются нити, которые непрерывно накаляются только с малой модуляцией, предлагают еще один вариант, хотя и за счет увеличения потребления энергии. Меньшие лампы накаливания могут использоваться в качестве освещения задач на оборудовании, чтобы помочь избежать этого эффекта, чтобы избежать затрат на эксплуатацию большего количества ламп накаливания в рабочей среде.