視覺暫留(Persistence of Vision)指的是當影像光刺激消失後,影像仍然會短暫停留在視網膜上,從而與下一張影像「重疊」的現象。這種現象使我們能夠將一系列靜態畫面視為連續運動,而不是單獨的圖片。例如:
電影與動畫:傳統電影每秒 24 幀(24 FPS),但因為視覺暫留,上一張畫面與下一張畫面重疊,人眼就能感知流暢的動作,而不覺得卡頓。
LED 旋轉顯示器(POV Display):快速移動的 LED 光源能夠形成完整的圖案,利用的就是視覺暫留效應。
舊款 CRT 螢幕:透過高頻刷新,減少閃爍,使畫面顯得穩定。
視覺暫留通常持續約 10~20 毫秒,但在高亮度或高對比亦或是視覺範圍的中央區域(左右眼重疊的畫面範圍)的情境下由於信息量和解像度較大,可能延長至 100 毫秒,導致殘影或動態模糊。這也是為什麼即使提升幀率,快速移動的物體仍可能出現模糊現象。
視覺暫留是現代影視、動畫等視覺媒體製作和傳播的根據。比如:我們日常使用的日光燈每秒大約熄滅100餘次,但大部分人基本感覺不到日光燈的閃動。這都是因為視覺暫留的作用。所以,要達成最基本的視覺暫留效果至少需要24fps(參考影片的幀率)。
視覺實際上是靠眼睛的晶狀體成像,感光細胞感光,並且將光信號轉換為神經電流,傳回大腦引起人體視覺。
視覺暫留現象首先被中國人發現,走馬燈便是據歷史記載中最早的視覺暫留運用。宋時已有走馬燈,當時稱「馬騎燈」。隨後法國人保羅·羅蓋在1828年發明了留影盤,它是一個被繩子在兩面穿過的圓盤。盤的一個面畫了一隻鳥,另一面畫了一個空籠子。當圓盤旋轉時,鳥在籠子裏出現了。這證明了當眼睛看到一系列圖像時,它一次保留一個圖像。
物體在快速運動時,當人眼所看到的影像消失後,人眼仍能繼續保留其影像,約0.1-0.4秒左右的圖像,這種現象被稱為視覺暫留現象。人眼觀看物體時,成像於視網膜上,並由視神經輸入人腦,感覺到物體的像,但當物體移去時,視神經對物體的印象不會立即消失,而要延續0.1-0.4秒的時間,人眼的這種性質被稱為「眼睛的視覺暫留」。
這個現象是由比利時物理學家尤瑟夫·普拉托(Joseph Plateau)1835年在觀察太陽的實驗中發現的,他根據這個現象發明了證明這種人體生理特徵的費納奇鏡,而他自己也因為這次觀察而導致雙目失明,因為太陽的影子永遠的印在了他的眼睛裏。[來源請求]
1917年,德國實驗心理學家對「視覺滯留現象」這種生理現象進行了深度的心理學解釋,闡述了「似動現象」,為人類的運動視覺感知,提供了心理學解釋。這即是格式塔學派心理學。
視覺暫留與幀率的差異
什麼是幀率?
幀率(Frame Rate, FPS)指的是顯示器或攝影機每秒呈現的靜態影像(幀)數量。例如:
24 FPS:每秒24張畫面,電影標準幀率,使畫面看起來流暢且具有「電影感」。
30 FPS~60 FPS(含以上):每秒30~60張畫面,常見於電視節目與一般錄影設備。
120 FPS~240FPS:每秒120~240張畫面,電競、VR、運動攝影等,以提升流暢度與即時感。
幀率越高,畫面切換得越快,給人更流暢的視覺體驗。例如,遊戲玩家會偏好 120 Hz 甚至 240 Hz 的顯示器,因為高幀率可以減少畫面的卡頓感並提升反應時間。人眼一般能辨識30~90fps的差異,但是如果對比度、亮度高的話,連120、144、240fps都能辨識。
然而,即使螢幕支援超高幀率,人眼的視覺系統雖然會像相機一樣「逐幀捕捉」畫面,但是會因為視覺暫留而讓上一張畫面與下一張畫面重疊,從而造成「影像模糊」或「殘影」
參見
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