來源： 中科院物理所”（ID： cas-iop）

圖片截取自上海地鐵一號(hào)線隧道廣告 [1]

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)象地鐵。當(dāng)列車逐漸加速行駛起來以后，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原型地鐵。

費(fèi)納奇鏡

Phenakistiscope

費(fèi)納奇鏡剛發(fā)明之初地鐵，人們需要轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)圓盤來觀察動(dòng)畫

在 1**2 年的冬天，比利時(shí)物理學(xué)家尤瑟夫·普拉托 (Joseph Plateau)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]地鐵。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。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的動(dòng)畫的效果，如今看起來就和一段幾秒長(zhǎng)的 GIF 動(dòng)畫相類似。

尤瑟夫·普拉托在其論文中繪制的示意圖地鐵，原圖并不會(huì)動(dòng)，小編給它加了點(diǎn)特效，讓它動(dòng)了起來 [*]

這背后的原理也很簡(jiǎn)單地鐵。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。

通過狹縫看到的動(dòng)畫

實(shí)際上，人們意識(shí)到存在視覺暫留效應(yīng)就在這之前沒多久地鐵。1*2* 年，英國(guó)倫敦大學(xué)教授皮特·馬克·羅葛特 (Peter Mark Roget)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 [*,*]。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。

普拉托肖像畫 [*]

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)間地鐵。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) 2*s，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

接下來就給大家展示一些好看的費(fèi)納奇鏡的圖案吧~

以上圖片節(jié)選自 colossal [7] 以及日本岡山縣立大學(xué)視頻制作課程作品集 [*]

回到最開始的費(fèi)納奇鏡中，當(dāng)狹縫和圖案不相匹配時(shí)，人們看到的圖像將會(huì) 產(chǎn)生漂移地鐵。當(dāng)然，在實(shí)際觀察的過程中，旋轉(zhuǎn)狹縫引起的圖片的閃爍，變形等都會(huì)對(duì)觀察的結(jié)果產(chǎn)生影響。我們現(xiàn)在看到，包括上面展示的，大多都是用電腦軟件制作的。

*D 動(dòng)畫

*D Phenakistiscope

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)畫地鐵。原理依舊很相似，但是我們不再使用狹縫，而是使用 頻閃的燈來代替。其實(shí)這個(gè)原理我們?cè)缭谏钪校?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

《驚天魔盜團(tuán)》電影片段

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)論地鐵。 [9]

又比如平時(shí)看到的倒轉(zhuǎn)的風(fēng)扇

看起來倒著轉(zhuǎn)的風(fēng)扇地鐵，圖片來自 Giphy

接下來地鐵我們就來欣賞一些近乎以假亂真的 *D 動(dòng)畫

人浪 - Lego Figures Doing the Wave [10]

圣誕節(jié) - クリスマスゾートロープ [11]

魚吃魚 - Fish Eating Fish [12]

跳躍的青蛙 - Jumping Frogs [1*]

實(shí)際上，還有很多公司利用這種形式的動(dòng)畫來作廣告地鐵。

Airbnb「別樣巴黎」視頻拍攝現(xiàn)場(chǎng) [1*]

視頻從哪來

Video On the Subway

上世紀(jì) *0 年代衍生出來地鐵廣告的新玩法 [1*]

看了上面這么多動(dòng)畫地鐵，不知道你有沒有想出來地鐵上視頻的原理？

地鐵中的燈柱

現(xiàn)在利用投影和連續(xù)長(zhǎng)屏幕的方式來進(jìn)行視頻投放的方式并不多見，主要原因還是在于 成本地鐵。實(shí)際上在數(shù)百米長(zhǎng)的隧道壁上連續(xù)安裝幾百條燈柱就能達(dá)到同樣的效果。我們只需要在每個(gè)燈柱上設(shè)定好出現(xiàn)的圖片的順序，就能讓畫面連續(xù)地動(dòng)起來，就和 老式電視機(jī)中的顯像管一樣，一行一行或者一列一列地不斷掃描形成人眼最終看到的動(dòng)態(tài)的畫面。

利用 9*0 fps 高幀率錄制下來的地鐵運(yùn)行時(shí)圖案地鐵。圖片節(jié)選自知乎問題「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 [1*]

不止于此

It's Not Enough

上面所說的都是怎么呈現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫面地鐵。那反過來，怎么把一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫面錄制下來？兩者其實(shí)都有異曲同工之妙，電影就是這么拍的。現(xiàn)在我們?nèi)绻麃硖魬?zhàn)一件更有趣的事情，比如 給光的傳播錄個(gè)像。

來自 MIT 的 Ramesh Raskar 最終實(shí)現(xiàn)了這個(gè)任務(wù)，把光在可樂瓶中傳播的整個(gè)過程給錄了下來地鐵。[17] 可口可樂公司并沒有給贊助費(fèi)

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（1納秒等于0.000000001秒）地鐵。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)幾百萬次。最終，我們就可以看到這樣的一幅圖像。

皮一下

Have Fun

地鐵里的那些廣告地鐵，居然不是工作人員舉著廣告牌在跑！圖片來自 Giphy

參考鏈接

[1] 土豆網(wǎng) - 上海地鐵一號(hào)線廣告

[2] 費(fèi)納奇鏡 - wikipedia

[*] Correspondance mathématique et physique (in French). 7. Brussels: Garnier and Quetelet. 1**2. p. ***.

[*] Peter Mark Roget - wikipedia

[*] 論文原文 PDF 版

[*] Joseph Plateau - wikipedia

[7] First Animated Gif

[*] 日本岡山縣立大學(xué)視頻制作課程作品集

[9] 中科院物理所問答專欄 No.12*

[10] Simon de Groot - Lego Figures Doing the Wave

[11] PANTOGRAPH07 - クリスマスゾートロープ

[12] Kevin Holmes - Fish Eating Fish

[1*] Kevin Holmes - Jumping Frogs

[1*] Airbnb「別樣巴黎」廣告視頻

[1*] 劉叔亮 - 地鐵窗外的動(dòng)態(tài)廣告地鐵，這里有它的前世今生

[1*] 知乎問題「上海地鐵行駛中窗外的廣告是如何實(shí)現(xiàn)的地鐵？」下 Kon Tiki 的回答

[17] Ramesh Raskar - TED Talk