Почему движущийся веер кажется прозрачным?

Все мы знаем, что когда вентилятор начинает вращаться быстрее, мы не видим его лопастей. Почему это?

Сначала я предположил, что причиной может быть постоянство зрения. Но это может случиться и с лезвием, верно? Образ лопасти может остаться в нашей памяти, а движущийся вентилятор может предстать в виде круглой плоскости с цветом лопасти.

Почему в памяти осталось только изображение тыльной стороны вентилятора?

Примечание: я пробовал с вентилятором, площадь лопастей которого почти такая же, как и у других лопастей.

Связано с видением движущихся объектов: physics.stackexchange.com/q/132114
Попробуйте постоянно моргать, глядя на вентилятор. Вы должны быть в состоянии найти частоту мигания, при которой лопасти вентилятора видны и кажется, что они вращаются гораздо медленнее, чем на самом деле. (Может даже показаться, что они вращаются назад!)

Ответы (4)

Глаза измеряют количество фотонов каждого цвета, попадающих в заданную точку сетчатки, то есть исходящих с определенного направления.

Это функция времени, ф ( т ) , для каждой точки. Однако, когда эта функция меняется слишком быстро, глаз не может увидеть изменения. По сути, глаз может также видеть среднее значение ф ( т ) в каждый период времени, который составляет всего 1/50 секунды или около того. Вот почему для экрана телевизора обычно достаточно 24, 25, 30 или 50 кадров в секунду.

Если частота вентилятора составляет не менее 1 лопасти в 1/50 секунды, что соответствует, например, 10 оборотам в секунду для 5-лопастного вентилятора, верно следующее:

В течение 1/50 секунды каждая точка изображения, где может быть или не быть лопасти вентилятора, видит полный период, поэтому восприятие ничем не отличается от восприятия, при котором цвет усредняется за эти 1/50 секунды. Но усредненный цвет каждой точки почти одинаков. Это средневзвешенное значение цвета (RGB) объектов позади вентилятора в данной точке; и цвет лопасти вентилятора. Веса в средневзвешенном значении определяются толщиной лопастей вентилятора (относительно окружности), и эти веса могут реально зависеть от радиальной координаты р .

Так что то, что мы видим, не «совсем» прозрачно — контрастность ниже — но этого достаточно, чтобы увидеть, что сзади; цвет вещей за вентилятором смешивается с цветом лопастей; и это смешение происходит в значительной степени независимо от положения относительно оси вентилятора (если цвет лопастей вентилятора однороден) и независимо от времени (из-за усреднения по временным интервалам в 1/50 секунды).

Обратите внимание, что разрешение 1/50 секунды зависит от неврологии — способностей глаза, нервов, мозга и т. д. Однако, даже если бы мозг был идеальным, существовали бы определенные ограничения, которые нельзя было бы преодолеть. Количество фотонов, поступающих к каждой клетке сетчатки в секунду, конечно, и обратное этому числу в основном определяет наилучшее возможное временное разрешение, которое можно иметь для данного «пикселя».

Интересное замечание: ваше периферийное зрение реагирует быстрее. Возможно, вы сможете увидеть, как вентилятор движется «краем глаза», когда он выглядит плоским / неподвижным, когда вы смотрите прямо на него. См., например , этот ответ
@ HDE226868 HDE226868 Re мое отклоненное редактирование для замены fan leafна fan blade. Когда я впервые прочитал fan leaf, я сделал двойное глотание, и мне понадобилось несколько секунд, чтобы понять, что имелось в виду. Самые популярные результаты поиска в Google fan leafпосвящены листьям марихуаны, в то время как результаты fan bladeпоиска гораздо более близки к теме. Таким образом, я утверждаю, что мое редактирование действительно улучшает читабельность, и это не является подходящей причиной отклонения: это редактирование не делает пост даже немного более легким для чтения, более легким для поиска, более точным или более доступным. Изменения либо совсем лишние, либо активно вредят читабельности.
На лопастных вентиляторах, возможно , лучше использовать leaf, но опять же, paddle . В Чехии вы, ребята, называете лопасти вентилятора листьями ?
Дорогая Мазура, я использовал слово «листья» - что звучало странно (особенно потому, что зеленые - это «листья», как я думал) - потому что ОП сделал это до меня. Позже вопрос был отредактирован, а «лист» остался в моем ответе. Но, если вам интересно, по совпадению, в чешском языке слово «лист» («список») используется для обозначения лопастей вентилятора или турбины. Синонимом этого листа/списка является «лопатка», то есть лопаточка.
Обратите внимание, что частота кадров 24 кадра в секунду (давний стандарт для визуальных медиа) выглядит хорошо только тогда, когда изображения имеют размытие движения (приостановите фильм с большим количеством движения, и он будет размытым). Если изображения визуализируются без размытия, желательна более высокая частота кадров (для видеоигр и т. д.). По сути, можно сказать, что физическая камера обладает некоторой степенью постоянства зрения , что помогает нам при просмотре. (Обратите внимание, что влияние и преимущества частоты кадров в секунду широко обсуждаются, это не является точкой зрения по этому вопросу).
@DigitalTrauma Я сомневаюсь, что хоть один человек подумал, что в ответе есть ссылка на «листья марихуаны».
@Alex Дело не в этом. Дело в том, что предложенное мной редактирование заменило необычную, неточную терминологию общепринятой, точной терминологией. Я по-прежнему утверждаю, что это полезное редактирование, поэтому я пытаюсь понять, почему оно было отклонено, поскольку Изменения либо совершенно излишни, либо активно вредят читабельности .
@LubošMotl Я заметил, что в вопросе было полностью эквивалентное редактирование , которое было принято. На данный момент я хотел бы снова отредактировать ваш (уже хороший IMO) ответ с этим изменением, но я действительно не хочу вступать в войну редактирования (обиженные чувства и т. д.). Вас бы устроило такое редактирование?
Уважаемый @DigitalTrauma, я сожалею об этом, но это не моя вина. Кто-то просто наложил вето на ваше редактирование, вероятно, потому, что проблематично изменить содержание ответов других пользователей, если кажется, что ничего «очевидно» не нуждается в изменении. Я бы одобрил вашу правку, конечно! ;-) Но если вы сделаете еще одно редактирование, я не могу гарантировать, что никто другой не увидит его до меня, так что мое мнение не имеет значения. Редактирование — это коллективная деятельность пользователей с определенной или более репутацией, которые попадают туда в нужное время.

Поскольку человеческие глаза и мозг медленны, они не могут определить движение лопастей, а видят только среднее значение движущихся лопастей и изображение на заднем плане (на самом деле это в первую очередь связано с медленным временем реакции колбочек, которое медленно, о чем свидетельствует тот факт, что видео с частотой 24 кадра в секунду отображается не как отдельные изображения, а в движении). Благодаря своему движению лопасти в среднем приобретают более или менее однородный цвет, поэтому видно только фоновое изображение.

Если ваши глаза следят за движением лопастей в течение короткого промежутка времени (глаза могут отслеживать довольно быстрые объекты), тем не менее, на короткое время можно определить форму лопастей.

Но резюмирую: изображение лезвий даже не разрешается сетчаткой, поэтому оно уж точно не будет обрабатываться вашим мозгом и оставлять память.

Что касается восприятия изображения на заднем плане по сравнению с движущимися лопастями как однородного цветового диска, то это механизмы внимания обработки изображений человеком. По той же причине вы можете решить понаблюдать за дном пруда или отражением на поверхности воды.

Ответ заключается в том, что ваш вид или зрение отличаются от голых изображений, сделанных оптическим устройством вашего глаза на сетчатке. «Вид» также включает в себя обработку сигналов мозга, которая отслеживает то, на чем вы фиксируете взгляд.

Свет может проходить между лопастями и формировать изображение сетчатки хоть какое-то время. Это правда, что иногда лезвия блокируют обзор. Но мозг улавливает значимую информацию в свете, исходящем из-за лопастей, и, соответственно, ваши глаза будут фокусироваться на точках за лопастями. Таким образом, лезвия не формируют четких изображений на сетчатке, а вместо этого свет от них просто проявляется в виде низкого уровня, приблизительно равномерного освещения на сетчатке, уровень которого намного ниже, чем от объектов в фокусе. Таким образом, мозг отбрасывает эту информацию как шум.

Это интересный эксперимент (который я только что проделал) посмотреть сквозь вентилятор и попытаться сфокусироваться на лопастях. Когда вы это делаете, вы не можете их видеть (вероятно, потому, что мозг обрабатывает сигналы недостаточно быстро, чтобы отслеживать их), и в то же время изображения вещей за пределами веера размываются и выпадают из поля зрения.

Один из способов представить это — представить себе высокоскоростную камеру, которая снимает 1000 кадров в секунду (что в 40 раз больше, чем у обычной пленочной камеры). Затем представьте, что вы помещаете кадры в группы по 40 и усредняете каждую группу, так что теперь у вас есть фильм с нормальной частотой кадров, где каждый кадр является средним из 40 высокоскоростных кадров. Полученный фильм будет похож на то, что воспринимает ваш мозг, когда вы смотрите на вентилятор.