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视觉暂留(Persistence of Vision)指的是当影像光刺激消失后,影像仍然会短暂停留在视网膜上,从而与下一张影像“重叠”的现象。这种现象使我们能够将一系列静态画面视为连续运动,而不是单独的图片。例如:
电影与动画:传统电影每秒 24 帧(24 FPS),但因为视觉暂留,上一张画面与下一张画面重叠,人眼就能感知流畅的动作,而不觉得卡顿。
LED 旋转显示器(POV Display):快速移动的 LED 光源能够形成完整的图案,利用的就是视觉暂留效应。
旧款 CRT 萤幕:透过高频刷新,减少闪烁,使画面显得稳定。
视觉暂留通常持续约 10~20 毫秒,但在高亮度或高对比亦或是视觉范围的中央区域(左右眼重叠的画面范围)的情境下由于信息量和解析度较大,可能延长至 100 毫秒,导致残影或动态模糊。这也是为什么即使提升帧率,快速移动的物体仍可能出现模糊现象。
视觉暂留是现代影视、动画等视觉媒体制作和传播的根据。比如:我们日常使用的日光灯每秒大约熄灭100余次,但大部分人基本感觉不到日光灯的闪动。这都是因为视觉暂留的作用。所以,要达成最基本的视觉暂留效果至少需要24fps(参考影片的帧率)。
视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像,感光细胞感光,并且将光信号转换为神经电流,传回大脑引起人体视觉。
视觉暂留现象首先被中国人发现,走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留运用。宋时已有走马灯,当时称“马骑灯”。随后法国人保罗·罗盖在1828年发明了留影盘,它是一个被绳子在两面穿过的圆盘。盘的一个面画了一只鸟,另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时,鸟在笼子里出现了。这证明了当眼睛看到一系列图像时,它一次保留一个图像。
物体在快速运动时,当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像,约0.1-0.4秒左右的图像,这种现象被称为视觉暂留现象。人眼观看物体时,成像于视网膜上,并由视神经输入人脑,感觉到物体的像,但当物体移去时,视神经对物体的印象不会立即消失,而要延续0.1-0.4秒的时间,人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。
这个现象是由比利时物理学家尤瑟夫·普拉托(Joseph Plateau)1835年在观察太阳的实验中发现的,他根据这个现象发明了证明这种人体生理特征的费纳奇镜,而他自己也因为这次观察而导致双目失明,因为太阳的影子永远的印在了他的眼睛里。[来源请求]
1917年,德国实验心理学家对“视觉滞留现象”这种生理现象进行了深度的心理学解释,阐述了“似动现象”,为人类的运动视觉感知,提供了心理学解释。这即是格式塔学派心理学。
什么是帧率?
帧率(Frame Rate, FPS)指的是显示器或摄影机每秒呈现的静态影像(帧)数量。例如:
24 FPS:每秒24张画面,电影标准帧率,使画面看起来流畅且具有“电影感”。
30 FPS~60 FPS(含以上):每秒30~60张画面,常见于电视节目与一般录影设备。
120 FPS~240FPS:每秒120~240张画面,电竞、VR、运动摄影等,以提升流畅度与即时感。
帧率越高,画面切换得越快,给人更流畅的视觉体验。例如,游戏玩家会偏好 120 Hz 甚至 240 Hz 的显示器,因为高帧率可以减少画面的卡顿感并提升反应时间。人眼一般能辨识30~90fps的差异,但是如果对比度、亮度高的话,连120、144、240fps都能辨识。
然而,即使萤幕支援超高帧率,人眼的视觉系统虽然会像相机一样“逐帧捕捉”画面,但是会因为视觉暂留而让上一张画面与下一张画面重叠,从而造成“影像模糊”或“残影”
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