地鐵速度那么快，窗外的廣告為何會(huì )跟著(zhù)地鐵跑！
來(lái)源： 中科院物理所”（ID： cas-iop）
圖片截取自上海地鐵一號線(xiàn)隧道廣告 [1]
當你每天穿行在地鐵之中，不知道你有沒(méi)有注意到這么一個(gè)現象地鐵。當列車(chē)逐漸加速行駛起來(lái)以后，在窗戶(hù)外出現了 不斷變換的畫(huà)面。不知道大家第一次見(jiàn)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(jué)得這是個(gè)黑科技 見(jiàn)識短讓大家見(jiàn)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。
費納奇鏡
Phenakistiscope
費納奇鏡剛發(fā)明之初地鐵，人們需要轉動(dòng)兩個(gè)圓盤(pán)來(lái)觀(guān)察動(dòng)畫(huà)
在 1**2 年的冬天，比利時(shí)物理學(xué)家尤瑟夫·普拉托 (Joseph Plateau)和奧地利數學(xué)家西蒙·史坦弗 (Simon Stampfer)幾乎同時(shí)地發(fā)明了費納奇鏡 (Phenakistiscope) [2]地鐵。在最開(kāi)始，費納奇鏡中往往把 圖案畫(huà)在圓盤(pán)上，然后將其轉動(dòng)起來(lái)。透過(guò)具有均勻條帶的狹縫裝置，我們就可以觀(guān)察到動(dòng)畫(huà)的效果，這也是人們最早提出來(lái)的動(dòng)畫(huà)的效果，如今看起來(lái)就和一段幾秒長(cháng)的 GIF 動(dòng)畫(huà)相類(lèi)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(lái) [*]
這背后的原理也很簡(jiǎn)單地鐵。如果狹縫和圖案轉動(dòng)頻率相匹配，當人們透過(guò)一個(gè)狹縫位置，就可以依次看到后面每一幀的動(dòng)畫(huà)圖樣。利用 視覺(jué)暫留，原本短暫的幀與幀之間的變化被人們通過(guò)「腦補」補上了。
通過(guò)狹縫看到的動(dòng)畫(huà)
實(shí)際上，人們意識到存在視覺(jué)暫留效應就在這之前沒(méi)多久地鐵。1*2* 年，英國倫敦大學(xué)教授皮特·馬克·羅葛特 (Peter Mark Roget)在他的研究報告 《對通過(guò)垂直狹縫觀(guān)察輪子輻條外觀(guān)變化幻覺(jué)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(guān)察在這里面起到的作用 [*,*]。雖然這篇文章中的關(guān)于幻覺(jué)形成的論述在現在看起來(lái)顯然已經(jīng)不合時(shí)宜，不過(guò)并不妨礙它在電影史和動(dòng)畫(huà)史上的重要性。
普拉托肖像畫(huà) [*]
現在普遍認為，視覺(jué)暫留是由于被觀(guān)察物體移去后， 視神經(jīng)對物體的印象不會(huì )立即消失，而是會(huì )持續一小段時(shí)間地鐵。普拉托在當時(shí)還是個(gè)學(xué)生，而費納奇鏡的發(fā)明很可能就受到這篇研究報告 [*] 的影響。不過(guò)普拉托后來(lái)因為沉迷視覺(jué)暫留現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(cháng)達 2*s，為此徹底失去了自己的視力。 大家做實(shí)驗的時(shí)候一定要規范操作啊
接下來(lái)就給大家展示一些好看的費納奇鏡的圖案吧~
以上圖片節選自 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(kāi)始的費納奇鏡中，當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。當然，在實(shí)際觀(guān)察的過(guò)程中，旋轉狹縫引起的圖片的閃爍，變形等都會(huì )對觀(guān)察的結果產(chǎn)生影響。我們現在看到，包括上面展示的，大多都是用電腦軟件制作的。
*D 動(dòng)畫(huà)
*D Phenakistiscope
如今，費納奇鏡已遠遠不止于平面上，利用它，人們可以實(shí)現 三維空間中的動(dòng)畫(huà)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(lái)代替。其實(shí)這個(gè)原理我們早在生活中，或者電影里就見(jiàn)到過(guò)了。比如《驚天魔盜團》里面的控雨神技
《驚天魔盜團》電影片段
當第一次照亮雨時(shí)，你會(huì )看到一個(gè)雨滴，當燈關(guān)閉后第二次開(kāi)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 )錯認為這滴雨就是剛才那滴，從而得出雨靜止的錯誤結論地鐵。 [9]
又比如平時(shí)看到的倒轉的風(fēng)扇
看起來(lái)倒著(zhù)轉的風(fēng)扇地鐵，圖片來(lái)自 Giphy
接下來(lái)地鐵我們就來(lái)欣賞一些近乎以假亂真的 *D 動(dòng)畫(huà)
人浪 - Lego Figures Doing the Wave [10]
圣誕節 - クリスマスゾートロープ [11]
魚(yú)吃魚(yú) - 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(huà)來(lái)作廣告地鐵。
Airbnb「別樣巴黎」視頻拍攝現場(chǎng) [1*]
視頻從哪來(lái)
Video On the Subway
上世紀 *0 年代衍生出來(lái)地鐵廣告的新玩法 [1*]
看了上面這么多動(dòng)畫(huà)地鐵，不知道你有沒(méi)有想出來(lái)地鐵上視頻的原理？
地鐵中的燈柱
現在利用投影和連續長(cháng)屏幕的方式來(lái)進(jìn)行視頻投放的方式并不多見(jiàn)，主要原因還是在于 成本地鐵。實(shí)際上在數百米長(cháng)的隧道壁上連續安裝幾百條燈柱就能達到同樣的效果。我們只需要在每個(gè)燈柱上設定好出現的圖片的順序，就能讓畫(huà)面連續地動(dòng)起來(lái)，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(dòng)態(tài)的畫(huà)面。
利用 9*0 fps 高幀率錄制下來(lái)的地鐵運行時(shí)圖案地鐵。圖片節選自知乎問(wèn)題「上海地鐵行駛中窗外的廣告是如何實(shí)現的？」下 Kon Tiki 的回答 [1*]
不止于此
It's Not Enough
上面所說(shuō)的都是怎么呈現一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫(huà)面地鐵。那反過(guò)來(lái)，怎么把一個(gè)動(dòng)態(tài)的畫(huà)面錄制下來(lái)？兩者其實(shí)都有異曲同工之妙，電影就是這么拍的。現在我們如果來(lái)挑戰一件更有趣的事情，比如 給光的傳播錄個(gè)像。
來(lái)自 MIT 的 Ramesh Raskar 最終實(shí)現了這個(gè)任務(wù)，把光在可樂(lè )瓶中傳播的整個(gè)過(guò)程給錄了下來(lái)地鐵。[17] 可口可樂(lè )公司并沒(méi)有給贊助費
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(lè )瓶的頭走到可樂(lè )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(guò)程中可以被外部觀(guān)察到的光子數量屈指可數。既然一次看不清，那就 重復幾百萬(wàn)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(zhù)廣告牌在跑！圖片來(lái)自 Giphy
參考鏈接
[1] 土豆網(wǎng) - 上海地鐵一號線(xiàn)廣告
[2] 費納奇鏡 - 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(wèn)答專(zhuān)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(wèn)題「上海地鐵行駛中窗外的廣告是如何實(shí)現的地鐵？」下 Kon Tiki 的回答
[17] Ramesh Raskar - TED Talk