地鐵上廣告的原理，居然和兩百年前的發(fā)明有關系
作者：Cloudiiink，來源：中科院物理所
原標題：你現(xiàn)在還不知道的地鐵上廣告的原理，居然和兩百年前的發(fā)明有關系
圖片截取自上海地鐵一號線隧道廣告 [1]
當你每天穿行在地鐵之中，不知道你有沒有注意到這么一個現(xiàn)象。當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候是怎么樣一個心情，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候就覺得這是個黑科技 見識短讓大家見笑了……然而事實上，這里面的原理，兩百年前的物理學家就已經(jīng)做出了原型。
費納奇鏡 Phenakistiscope
費納奇鏡剛發(fā)明之初，
人們需要轉動兩個圓盤來觀察動畫
在 1832 年的冬天，比利時物理學家尤瑟夫·普拉托(Joseph Plateau) 和奧地利數(shù)學家西蒙·史坦弗(Simon Stampfer)幾乎同時地發(fā)明了費納奇鏡 (Phenakistiscope) [2]。
在最開始，費納奇鏡中往往把圖案畫在圓盤上，然后將其轉動起來。透過具有均勻條帶的狹縫裝置，我們就可以觀察到動畫的效果，這也是人們最早提出來的動畫的效果，如今看起來就和一段幾秒長的 GIF 動畫相類似。
尤瑟夫·普拉托在其論文中繪制的示意圖，原圖并不會動，
小編給它加了點特效，讓它動了起來 [3]
這背后的原理也很簡單。如果狹縫和圖案轉動頻率相匹配，當人們透過一個狹縫位置，就可以依次看到后面每一幀的動畫圖樣。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」補上了。
通過狹縫看到的動畫
實際上，人們意識到存在視覺暫留效應就在這之前沒多久。1824 年，英國倫敦大學教授皮特·馬克·羅葛特(Peter Mark Roget) 在他的研究報告《對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 [4,5]。
雖然這篇文章中的關于幻覺形成的論述在現(xiàn)在看起來顯然已經(jīng)不合時宜，不過并不妨礙它在電影史和動畫史上的重要性。
普拉托肖像畫 [6]
現(xiàn)在普遍認為，視覺暫留是由于被觀察物體移去后，視神經(jīng)對物體的印象不會立即消失，而是會持續(xù)一小段時間。普拉托在當時還是個學生，而費納奇鏡的發(fā)明很可能就受到這篇研究報告 [5] 的影響。
不過普拉托后來因為沉迷視覺暫留現(xiàn)象的研究付出了慘痛的代價，他把太陽光聚焦到眼睛里長達 25s，為此徹底失去了自己的視力。接下來就給大家展示一些好看的費納奇鏡的圖案吧~
以上圖片節(jié)選自 colossal [7] 以及日本岡山縣立大學視頻制作課程作品集 [8]
回到最開始的費納奇鏡中，當狹縫和圖案不相匹配時，人們看到的圖像將會產(chǎn)生漂移。當然，在實際觀察的過程中，旋轉狹縫引起的圖片的閃爍，變形等都會對觀察的結果產(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。
3D 動畫 3D Phenakistiscope
如今，費納奇鏡已遠遠不止于平面上，利用它，人們可以實現(xiàn)三維空間中的動畫。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。其實這個原理我們早在生活中，或者電影里就見到過了。比如《驚天魔盜團》里面的控雨神技
《驚天魔盜團》電影片段
當?shù)谝淮握樟劣陼r，你會看到一個雨滴，當燈關閉后第二次開啟，這時剛好有另一滴雨在之前你看到的雨附近，你的大腦會錯認為這滴雨就是剛才那滴，從而得出雨靜止的錯誤結論。[9] 又比如平時看到的倒轉的風扇。
看起來倒著轉的風扇，圖片來自 Giphy
接下來我們就來欣賞一些近乎以假亂真的 3D 動畫。
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 [13]
實際上，還有很多公司利用這種形式的動畫來作廣告。
Airbnb「別樣巴黎」視頻拍攝現(xiàn)場 [14]
視頻從哪來 Video On the Subway
上世紀 80 年代衍生出來地鐵廣告的新玩法 [15]
看了上面這么多動畫，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)長屏幕的方式來進行視頻投放的方式并不多見，主要原因還是在于成本。實際上在數(shù)百米長的隧道壁上連續(xù)安裝幾百條燈柱就能達到同樣的效果。我們只需要在每個燈柱上設定好出現(xiàn)的圖片的順序，就能讓畫面連續(xù)地動起來，就和老式電視機中的顯像管一樣，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態(tài)的畫面。
利用 960 fps 高幀率錄制下來的地鐵運行時圖案
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現(xiàn)的？」下 Kon Tiki 的回答 [16]
不止于此 It's Not Enough
上面所說的都是怎么呈現(xiàn)一個動態(tài)的畫面。那反過來，怎么把一個動態(tài)的畫面錄制下來？兩者其實都有異曲同工之妙，電影就是這么拍的?，F(xiàn)在我們如果來挑戰(zhàn)一件更有趣的事情，比如給光的傳播錄個像。
來自 MIT 的 Ramesh Raskar 最終實現(xiàn)了這個任務，
把光在可樂瓶中傳播的整個過程給錄了下來。
[17] 可口可樂公司并沒有給贊助費
實際上光速真的非常非常非常的快，一束光從一個可樂瓶的頭走到可樂瓶的尾只需要零點幾納秒（1納秒等于0.000000001秒）。而在這個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
圖片來自 Giphy
地鐵里的那些廣告，居然不是工作人員舉著廣告牌在跑！
參考：
[1] 土豆網(wǎng) - 上海地鐵一號線廣告
[2] 費納奇鏡 - wikipedia
[3] Correspondance mathématique et physique (in French). 7. Brussels: Garnier and Quetelet. 1832. p. 365.
[4] Peter Mark Roget - wikipedia
[5] 論文原文 PDF 版
[6] Joseph Plateau - wikipedia
[7] First Animated Gif
[8] 日本岡山縣立大學視頻制作課程作品集
[9] 中科院物理所問答專欄 No.128
[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
[13] Kevin Holmes - Jumping Frogs
[14] Airbnb「別樣巴黎」廣告視頻
[15] 劉叔亮 - 地鐵窗外的動態(tài)廣告，這里有它的前世今生
[16] 知乎問題「上海地鐵行駛中窗外的廣告是如何實現(xiàn)的？」下 Kon Tiki 的回答
[17] Ramesh Raskar - TED Talk
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作者：Cloudiiink
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