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人眼帧数是否不能高于 30 ,李安 120 帧的电影是否没有意义

202110月27日

人眼帧数是否不能高于 30 ,李安 120 帧的电影是否没有意义

人眼不是摄像机,没有固定的帧率。电影的帧率不同,观影体验也会不同。这个问题很有趣也很复杂,不敢说解答,下面简单提一些思路。视频制作中一个有趣的技巧是降低帧率来模仿电影效果。24帧是很长时间内的主流,我们的审美喜好已经被大量24帧的电影所培养,而把视频拍成24帧(或者是直接用24帧率拍摄,或者是高帧率的设备拍好后再降低帧率),就可以模仿“电影的感觉”。Humes等人发现,这个任务中年轻人的分辨率在50Hz左右(图右下角的黑色实心圆对应的是20ms左右的阈值;;注意最小值可能在~1ms左右,也就是1000Hz),对于老年人来说稍差。当然,这不能作为人眼帧率为1000帧的证据——因为人眼没有帧率。小声说话的方法这部分是个人猜测,没有任何依据。我会用帧号这个词,这个词现在还很难定义。飞行员的“帧率”肯定比一般人群高。为什么呢?任务和长期训练。作为一个普通人,当我在一天的不同时间做不同的事情时,“帧率”会有所波动。比如在实验中盯着每10ms刷新一次的示波器看,帧率会比半夜写知乎答案,十秒钟打一个字要高很多。(这个帧率不是视觉刺激的帧率,而是视觉系统的平均反应时滞)。另外,如果你玩游戏,尤其是快节奏的射击游戏,你会知道24fps和42fps的区别。(这个例子不太好。关于游戏与帧率的关系:为什么游戏中的帧数一般要到每秒60帧才会流动,而过去大多数电影的帧数只有每秒24帧,却没有不流畅的感觉?——蔡小帅的回答)视觉暂留?人眼的接受极限是二十四帧,这是由视觉暂留原理决定的。这是一个持续了一百年的误解。闪烁融合现象与电影放映速率有关。闪烁融合是指当光源闪烁(亮-暗-亮)的频率超过一定值时,人们不会意识到闪烁而感知到更暗的光源。这种现象的关键值不是帧率,而是快门切换速度(闪烁率)。电影放映机使用旋转快门在帧之间切换。这意味着在两帧之间会有一个短暂的黑暗时间 ANDERSON、JOSEPH和BARBARA ANDERSON。"重访视觉持久性的神话."电影和视频杂志,第45卷,第1期,1993年,第3-12页。。早期的无声电影是16帧。如果用单叶片旋转快门以16帧/秒播放,只要1/16/2=31.25ms就会有暗度,闪烁会很明显。因此,很多无声电影都配备了三叶片快门,以每秒16转的速度旋转,达到每秒48帧的闪烁频率(这里,之前的误差是每秒48转,但实际上是每秒16转,其中同样的图像每转闪烁三次)。屏幕上投影的其实是:第一帧,黑暗,第一帧,黑暗,第一帧,黑暗(电影很快转到第二帧),第二帧,黑暗...但这些短暂的黑暗通常我们察觉不到,因为人的闪烁融合阈值在50Hz左右以下(从上面两句引语可以看出,作者安德森和芭芭拉在1978年到1993年的某个时候结婚了...为什么他们在搜索文献时会受到攻击?...。这里提供了一个早期融合阈值实验,主要结论与视觉的持久性 ANDERSON、JOSEPH和BARBARA FISHER。“视觉坚持的神话。”大学电影协会杂志,第30卷,第4期,1978年,第3-8页。一致。我放上去主要是因为它(设计实验证明人眼可以探测到单个光子的那个)Hecht!那个时代的文字很有意思,建议读一读。所以问题的第二个部分,“李安120帧的电影有什么意义?”,可以简单回答为不同的帧率会带来不同的视觉感受。什么样的感受呢?在每一秒有更多可供视觉系统处理的信息,例如高速运动可以看得更清楚(注意,这未必等于好的观影体验。可以去看中场战事的影评)。高帧率电影是一种尝试,探索电影的可能性或许就是其最大的意义了。-人眼帧数最多就30人眼的帧数是多少呢?这个问题其实没办法回答,因为人眼并不是摄影机,视觉不是被动一帧帧记录看到的图像,而是神经系统主动处理视觉信息的过程。另一个问题是在视觉处理的不同阶段,视野中不同区域的处理可以是异步的。人类视觉中与帧数最接近的可能是时间分辨率,而这一指标取决于非常多条件,包括图像本身的特征,在视网膜上投影的位置,唤醒状态,正在执行的任务类别,注意力,个体经验和年龄等等等等。实验的方法或许可以先考察极端情形:在实验室条件下的特定简单任务中,人群的视觉时间分辨率分布如何呢?这个已经有人做过了,例如 [2] 就考察了年轻人和老年人对短间隔视觉刺激的时间分辨率。(补充:更早期的实验见下文对“视觉暂留”的讨论。)Humes 等人发现,年轻人在这一任务中的分辨率约为50Hz (图中右下角的黑色实心圆,对应的阈值约为20ms;注意到极小值可能在~1ms级即1000Hz),老年人则稍差一些。当然,这不可以作为人眼帧率是1000帧的证据——因为人眼没有帧率。清谈的方法这部分是个人的猜想,没有什么基础。会使用帧数这个前面刚说不好定义的词。飞行员的“帧率”肯定比普通人群要高。为什么呢?任务的需要和长期训练。我作为一个普通人,在一天中不同时间做不同事情的时候“帧率”也会有波动。比如说做实验盯着每10ms刷新的示波器看的时候,比起深夜摸鱼写知乎答案十秒钟打一个字的时候,帧率就会高很多。(这个帧率不是视觉刺激的帧率,而是视觉系统的平均反应时滞)。另外,如果你玩游戏的话,特别是快节奏的射击类游戏,就会知道 24fps 和 42fps 是什么差别了。(这个例子不太好。关于游戏和帧率的关系:为什么游戏帧数一般要到 60 帧每秒才流畅,而过去的大部分电影帧数只有 24 帧每秒却没有不流畅感? - 蔡小帅的回答)视觉暂留?人眼的接受上限为二十四帧是由视觉暂留的原理所决定的。这是一个持续了一百年的误解。与电影放映速率相关的是闪烁融合 (flicker fusion) 现象。闪烁融合是指当光源闪烁(亮-暗-亮)的频率超过一定值时,人们就会意识不到闪烁而感知到一个较暗的光源。针对这个现象关键的数值也不是帧率,而是快门切换速度(闪烁率 flicker rate)。电影放映机是用旋转的快门来实现帧与帧之间切换的。这意味着在帧与帧之间会有一小段黑暗的时间 [3]。早期的静默片是16帧的。如果用单叶片旋转快门以16帧/秒播放,就会出现长达 1/16/2=31.25ms 的黑暗,闪烁现象会很明显。因此,许多静默片放映配备的是三叶片快门,以16转/秒旋转,达到48帧/秒的闪烁频率(此处之前误作48转/秒,实际是16转每秒,其中每转一圈同一图像闪烁三次)。投射在屏幕上的实际上是:第一帧,黑暗,第一帧,黑暗,第一帧,黑暗(胶卷快速转到第二帧),第二帧,黑暗...... 而这些短暂的黑暗我们通常察觉不到,因为人的闪烁融合阈值约在50Hz以下 [4]。有声影片出现时,随着技术进步人们开始使用24帧/秒的摄像机。这就允许部分放映机采用双叶片快门的设计:这样24帧的胶卷在24转/秒(旋转速度)时也达到了48帧/秒(闪烁速度),每帧实际出现两次。更为常见的则是用三快门,72帧/秒的设计。早期的电影理论认为闪烁融合现象可以被某种“视觉图像在视网膜的暂时停留”所解释,而这种暂留的影像又进一步与新输入的视觉影像“融合”,从而形成运动。这就像以太一样,这一“融合产生运动”的过程并不存在。实际上,运动幻觉的机制仍然不完全清楚。对这一问题的描述和一些心理学现象可以参考:人的大脑是如何识别某一物体并检测到运动的? - Owl of Minerva 的回答电影是根据似动现象还是视觉暂留发明的? - 江寒园的回答特别是在江寒园的回答 中提到的 Wertheimer 实验实际上排除了视觉暂留对运动幻觉的贡献:作者:江寒园链接:电影是根据似动现象还是视觉暂留发明的? - 江寒园的回答来源:知乎著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。然而在1912年,马克斯·韦特海默(Max Wertheimer)所做的实验对运动幻觉提出了新的解释:韦特海默用速示器通过两条细长的裂缝先后在幕布上投射两条光线,一条是垂直线,另一条则与这条垂直线成20°或30°角。如果先后投射的这两条线时间间隔很长(如1秒),那么我们看到的是两条先后出现的光线,他们各自独立。如果两条光线出现的时间间隔很短(如0.02秒),那么这两条会被看做是同时出现的。可如果这两条线出现的时间间隔在两者之间,则被我们看做是光线从一处向另一处移动。数码放映机时代的视觉暂留即使不考虑运动幻觉的产生,视觉暂留仍有可能用于解释闪烁融合。然而在90%以上影院采用数码放映机的今天,帧与帧之间的黑色幕布已经悄然消失了。这一解释无论对错,都与你我的观影体验不再相关。一个未解决的问题我们知道,观测强光后闭上眼睛或关灯可以看到正的视觉后像。这也是早期电影理论中认为视觉后像/视觉停留是闪烁融合机制的实验基础。但是另一种可能是:在闪烁频率大于融合阈值时,大脑实际上仅仅是忽略了图像之间极短的黑暗。来源[7]中宣称正视觉后像有50毫秒的延时。我还没有找到这一数据的来源,所以暂时表示怀疑。不过如果这是真的,那么正视觉后像就无法对(包括闪烁融合在内的)观影体验做出任何贡献了。[1] Roberts, Alan. "The Film Look: It’s Not Just Jerky Motion…." BBC R&D white paper WHP 53 (2002).[2] Humes, Larry E., et al. "The effects of age on sensory thresholds and temporal gap detection in hearing, vision, and touch." Attention, Perception, & Psychophysics 71.4 (2009): 860-871.[3] https://www.youtube.com/watch?v=gznn9k4X0SE 古老的放映机原理介绍,讲得很清楚。[4] Hecht, S. (1933). INTERMITTENT STIMULATION BY LIGHT: III. THE RELATION BETWEEN INTENSITY AND CRITICAL FUSION FREQUENCY FOR DIFFERENT RETINAL LOCATIONS. The Journal of General Physiology, 17(2), 251–268.

这里提供一个早期的融合阈值实验,主要的结论和[2]是一致的。放上来主要是因为 又 是 (设计实验证明人眼可以探测单个光子的那个)Hecht ! 那个年代的行文很有意思,推荐阅读。[1]

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