Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Оптикалық иллюзия
Optical illusion
Вагон доңғалағының эффектісі (кейде "почта колыскерінің доңғалағы эффектісі" деп те аталады) – бұл оптикалық иллюзия, онда спицалы доңғалақ нақты айналуынан өзгеше айналып тұрғандай көрінеді. Доңғалақ нақты айналудан баяу айналып тұрғандай, тоқтағандай немесе нақты айналу бағытына қарама-қарсы айналып тұрғандай (кері айналу эффектісі) көрінуі мүмкін. Вагон доңғалағының эффектісі көбінесе батыс фильмдеріндегі дилижанстар немесе вагондардың бейнеленген кадрларында кездеседі, бірақ тікұшақ роторлары, ұшақ пернелері және автомобиль дискілері сияқты кез келген спицалы айналатын объектінің жазбаларында да оны көруге болады. Бұл жазбаларда эффект уақытша алиасингтің салдарынан туындайды. Айналып тұрған доңғалақты жыпылықтайтын жарықпен жарықтандырғанда да оны жиі байқауға болады. Эффекттің осы түрлері стробоскоптық эффектілер деп аталады: доңғалақтың бастапқы тегіс айналуы тек үзіліс-үзіліс көрінеді. Вагон доңғалағының эффектісінің бір түрін үздіксіз жарықтандыру кезінде де көруге болады.
The wagon wheel effect (alternatively called stagecoach wheel effect) is an optical illusion in which a spoked wheel appears to rotate differently from its true rotation. The wheel can appear to rotate more slowly than the true rotation, it can appear stationary, or it can appear to rotate in the opposite direction from the true rotation (reverse rotation effect). The wagon wheel effect is most often seen in film or television depictions of stagecoaches or wagons in Western movies, although recordings of any regularly spoked rotating object will show it, such as helicopter rotors, aircraft propellers and car rims. In these recorded media, the effect is a result of temporal aliasing. It can also commonly be seen when a rotating wheel is illuminated by flickering light. These forms of the effect are known as stroboscopic effects: the original smooth rotation of the wheel is visible only intermittently. A version of the wagon wheel effect can also be seen under continuous illumination.
Стробоскопиялық жағдайда
Стробоскопиялық жағдайлар айналмалы дөңгелектің көрінуін қысқа эпизодтар сериясына бөледі, онда оның қозғалысы болмайды (кинокамералар үшін) немесе ең аз болады (стробоскоптар үшін), көрінбеудің ұзақ эпизодтарымен үзіледі. Мұндай эпизодтарды кадрлар деп атау қалыпты жағдай. Фильмге бейнелерді жазатын аналогты кинокамералар әдетте секундына 24 кадрмен, ал цифрлық кинокамералар секундына 25 кадрмен (PAL; Еуропалық стандарттар) немесе секундына 29,97 кадрмен (NTSC; Солтүстік Америка стандарттары) жұмыс істейді. Стандартты теледидар секундына 59,94 немесе 50 бейнемен жұмыс істейді (видео кадр екі жеке бейнені құрайды; interlace қараңыз). Камераның жалюзисінің мінез-құлқы алиасингке (бұрмалануға) әсер етеді, себебі уақыт өте келе экспозицияның жалпы пішіні үлгі алу алдында жүйенің жолақты шектеуін анықтайды, бұл алиасингтің маңызды факторы. Камераға уақытша антиалиасингтік сүзгі қолданылып, жолақты жақсы шектеуге және «вагон дөңгелегі» әсерін азайтуға болады. Стробоскоптың жиілігі кез келген мәнге орнатылуы мүмкін. Кезекпен токпен қуаттандырылғанда уақытша модуляцияланатын жасанды жарықтандыру, мысалы, газды разряд шамдары (неон, сынап буы, натрий буы және люминесцентті шамдарды қоса алғанда), электр желісінің жиілігінен екі есе жиілікте жыпылықтайды (мысалы, 50 циклді желіде секундына 100 рет). Ток циклының әр кезеңінде қуат екі рет жетеді (оң кернеумен және теріс кернеумен) және екі рет нөлге жетеді, ал жарық шығару тиісінше өзгереді. Осы жағдайлардың барлығында адам айналмалы дөңгелекті стробоскопиялық жағдайда көреді. Төрт спицалы дөңгелектің сағат тілімен айналатынын көзге елестетіңіз. Дөңгелектің алғашқы көрінуі сағат 12-дегі спицамен сәйкес келуі мүмкін. Егер келесі көріну кезінде сағат 9-дағы спица сағат 12-ге жылған болса, көрермен дөңгелектің тоқтағанын сезінеді. Егер екінші көріну кезінде келесі спица сағат 11:30-ға жылған болса, көрермен дөңгелектің кері айналатынын сезінеді. Егер екінші көріну кезінде келесі спица сағат 12:30-ға жылған болса, көрермен дөңгелектің алға айналатынын сезінеді, бірақ нақты айналудан ақырын. Бұл эффект бета қозғалысы деп аталатын қозғалысты қабылдау қасиетіне негізделген: егер нысандар ұқсас болса (спицалы дөңгелектер үшін бұл дұрыс – әр спица басқаларына ұқсас) және нысандар жақын болса (екінші сәттегі бастапқы сағат 9-дағы спица үшін бұл дұрыс – ол сағат 12-ге жақын), көріс өрісінде әртүрлі уақытта әртүрлі позициялардағы екі нысан арасында қозғалыс көрінеді. Финлей, Додвелл және Каэлли (1984) және Финлей мен Додвелл (1987) бақылаушылардың нақты айналуды көруіне жеткілікті ұзақтықтағы кадрлармен айналмалы дөңгелектің айналуын қабылдауды зерттеді. Осыған қарамастан, айналу бағытына «вагон дөңгелегі» әсері басым болды. Финлей мен Додвелл (1987) «вагон дөңгелегі» әсері мен бета қозғалысы арасында маңызды айырмашылықтар бар екенін айтты, бірақ олардың аргументі консенсусты бұзбады. «Вагон дөңгелегі» әсері кейбір инженерлік тапсырмаларда қолданылады, мысалы, қозғалтқыштың уақытын реттеу. Бұл винилдік пластинкаларға арналған кейбір дискілерде де қолданылады. Музыканың тоны айналу жылдамдығына байланысты болғандықтан, бұл модельдерде айналатын табақтың шетінде тұрақты белгілер болады. Бұл белгілердің периодтығы жергілікті желілік жиілікпен (50 Гц немесе 60 Гц) сәйкес келеді, айналу жылдамдығы 33 + 1/3 айналымға тең болғанда, олар тоқтағандай көрінеді.
Stroboscopic conditions ensure that the visibility of a rotating wheel is broken into a series of brief episodes in which its motion is either absent (in the case of movie cameras) or minimal (in the case of stroboscopes), interrupted by longer episodes of invisibility. It is customary to call the former episodes frames. An analog movie camera that records images on filmstock typically operates at 24 frames per second while digital movie cameras operate at 25 frames per second (PAL; European Standards), or at 29.97 frames per second (NTSC; North American Standards). A standard television operates at 59.94 or at 50 images per second (a video frame is two separate images; see interlace). The shutter behavior of the camera influences aliasing, as the overall shape of the exposure over time determines the band limiting of the system before sampling, an important factor in aliasing. A temporal anti aliasing filter can be applied to a camera to achieve better band limiting and reduce the wagon wheel effect. A stroboscope can typically have its frequency set to any value. Artificial lighting that is temporally modulated when powered by alternating current, such as gas discharge lamps (including neon, mercury vapor, sodium vapor and fluorescent tubes), flicker at twice the frequency of the power line (for example 100 times per second on a 50 cycle line). In each cycle of current the power peaks twice (once with positive voltage and once with negative voltage) and twice goes to zero, and the light output varies accordingly. In all of these cases, a person sees a rotating wheel under stroboscopic conditions. Imagine that the true rotation of a four spoke wheel is clockwise. The first instance of visibility of the wheel may occur when one spoke is at 12 o'clock. If by the time the next instance of visibility occurs, the spoke previously at 9 o'clock has moved into the 12 o'clock position, then a viewer will perceive the wheel to be stationary. If at the second instance of visibility, the next spoke has moved to the 11:30 position, then a viewer will perceive the wheel to be rotating backwards. If at the second instance of visibility, the next spoke has moved to the 12:30 position, then a viewer will perceive the wheel to be rotating forwards, albeit more slowly than the wheel is actually rotating. The effect relies on a motion perception property called beta movement: motion is seen between two objects in different positions in the visual field at different times providing the objects are similar (which is true of spoked wheels—each spoke is essentially identical to the others) and providing the objects are close (which is true of the originally 9 o'clock spoke in the second instant—it is closer to 12 o'clock than the originally 12 o'clock spoke). Finlay, Dodwell, and Caelli (1984) and Finlay and Dodwell (1987) studied perception of rotating wheels under stroboscopic illumination when the duration of each frame was long enough for observers to see the real rotation. Despite this, the rotation direction was dominated by the wagon wheel effect. Finlay and Dodwell (1987) argued that there are some critical differences between the wagon wheel effect and beta movement, but their argument has not troubled the consensus. The wagon wheel effect is exploited in some engineering tasks, such as adjusting the timing of an engine. This is also done in some turntables for vinyl records. Since the pitch of music reproduction depends on rotation speed, these models have regular markings on the side of the rotating platter. The periodicity of these markings is calibrated in such a way that, under local mains frequency (50 Hz or 60 Hz), when the rotation has exactly the desired speed of 33 + 1/3 rpm, they appear to be static.
Көзді тербету арқылы тиімді страбоскопиялық көрсету
Руштон (1967) үздіксіз жарықтандыру кезінде ырғақ айтқанда араба дөңгелегінің әсерін байқады. Ырғақ айту көзді қуыс ішінде дірілдетеді, нәтижесінде көз ішінде стробоскоптық жағдай туындайды. Айналу жиілігінің еселігіне сай ырғақ айту арқылы ол айналуды тоқтатуға қол жеткізді. Айналу жиілігінен сәл жоғары және төмен ырғақ айту арқылы ол айналуды баяу кері айналдыруға және айналу бағытымен баяу жылжуға мүмкіндік берді. Қазір теледидар көріп, жұмсақ тісті тағамдарды, мысалы, сәбізді жеген адамдарда ұқсас стробоскоптық әсер жиі кездеседі: бейне жылтылдағандай көрінеді. Шайнау кезіндегі діріл көзді теледидар кадрларының жиілігінің еселігіне сай қозғалтады. Көздің дірілінен басқа, бұл әсерді дірілдегі айна арқылы дөңгелектерді қарау арқылы да тудыруға болады. Дірілдеп жүретін көліктердің артқы көріспе айналары да осы әсерді тудыруы мүмкін.
Rushton (1967) observed the wagon wheel effect under continuous illumination while humming. The humming vibrates the eyes in their sockets, effectively creating stroboscopic conditions within the eye. By humming at a frequency of a multiple of the rotation frequency, he was able to stop the rotation. By humming at slightly higher and lower frequencies, he was able to make the rotation reverse slowly and to make the rotation go slowly in the direction of rotation. A similar stroboscopic effect is now commonly observed by people eating crunchy foods, such as carrots, while watching TV: the image appears to shimmer. The crunching vibrates the eyes at a multiple of the frame rate of the TV. Besides vibrations of the eyes, the effect can be produced by observing wheels via a vibrating mirror. Rear view mirrors in vibrating cars can produce the effect.
Шынымен үздіксіз жарықтандыру
Вагон доңғалағы әсерін шын мәнінде үздіксіз жарықтандыруда (мысалы, күн сәулесінен) алғаш рет Шоутен (1967) байқады. Ол альфа, бета және гамма деп атаған субъективті стробоскопияның үш түрін ажыратты: Альфа стробоскопиясы секундына 8–12 циклмен жүреді; дөңгелек тоқтағандай көрінеді, бірақ "кейбір секторлар [спицалар] тік тұрғандардың үстінен кедергілі жарыс өткізгендей көрінеді" (48-бет). Бета стробоскопиясы секундына 30–35 циклмен жүзеге асады: "Өрнектің айқындығы дерлік жоғалып кеткен. Кейде сұр жолақты өрнектің анық кері айналуы байқалады" (48–49-беттер). Гамма стробоскопиясы секундына 40–100 циклмен жүзеге асырылады: "Диск барлық сектор жиіліктерінде сұр түсті тұрақсыз өрнек байқалатынын қоспағанда, дерлік біркелкі көрінеді" (49–50-беттер). Шоутен бета стробоскопиясын, кері айналуды, адамның көру жүйесінде қозғалысты кодтау үшін Райхардт детекторларының болуымен үйлесімді деп түсіндірді. Ол қолданған дөңгелектердің (радиалдық торлардың) үлгілері тұрақты болғандықтан, олар нақты айналымға арналған детекторларды күшті ынталандыра алады, бірақ кері айналымға арналған детекторларды да әлсіз ынталандырады. Шын мәнінде үздіксіз жарықтандыру кезіндегі вагон доңғалағы әсеріне қатысты екі негізгі теория бар. Біріншісі – адамның көру қабілеті көріністің бірнеше тікелей кадрларын қабылдайды және қозғалыс кино сияқты сезіледі. Екіншісі – Шоутеннің теориясы: қозғалатын кескіндерді нақты қозғалысқа сезімтал визуалды детекторлар және уақытша алиасингтен туындаған кері қозғалысқа сезімтал детекторлар өңдейді. Екі теорияның да дәлелдері бар, бірақ дәлелдердің көп бөлігі соңғысына жатады.
The first to observe the wagon wheel effect under truly continuous illumination (such as from the sun) was Schouten (1967). He distinguished three forms of subjective stroboscopy which he called alpha, beta, and gamma: Alpha stroboscopy occurs at 8–12 cycles per second; the wheel appears to become stationary, although "some sectors [spokes] look as though they are performing a hurdle race over the standing ones" (p. 48). Beta stroboscopy occurs at 30–35 cycles per second: "The distinctness of the pattern has all but disappeared. At times a definite counterrotation is seen of a grayish striped pattern" (pp. 48–49). Gamma stroboscopy occurs at 40–100 cycles per second: "The disk appears almost uniform except that at all sector frequencies a standing grayish pattern is seen in a quivery sort of standstill" (pp. 49–50). Schouten interpreted beta stroboscopy, reversed rotation, as consistent with there being Reichardt detectors in the human visual system for encoding motion. Because the spoked wheel patterns he used (radial gratings) are regular, they can strongly stimulate detectors for the true rotation, but also weakly stimulate detectors for the reverse rotation. There are two broad theories for the wagon wheel effect under truly continuous illumination. The first is that human visual perception takes a series of still frames of the visual scene and that movement is perceived much like a movie. The second is Schouten's theory: that moving images are processed by visual detectors sensitive to the true motion and also by detectors sensitive to opposite motion from temporal aliasing. There is evidence for both theories, but the weight of evidence favours the latter.
Дискретті кадрлар теориясы
Пурвс, Пайдарфар және Эндрюс (1996) дискретті кадрлар теориясын ұсынды. Бұл теорияны қолдайтын бір дәлел – Dubois және VanRullen (2011) жұмысынан алынған. Олар ЛСД қолданушыларының тәжірибесін зерттеді, олар есірткінің әсерімен қозғалатын нысанның артынан бірнеше тұрақтанған суреттер қалдырылатынын жиі баяндайды. Олар осы қолданушылардан есірткілік тәжірибелерін, есірткі қолданбаған кезде осындай суреттерді көрсетуге ұқсас фильмдермен салыстыруды сұрады. Зерттеу нәтижесінде пайдаланушылар шамамен 15–20 Гц жиілікті фильмдерді таңдағаны анықталды. Бұл Шоутеннің альфа және бета жиіліктері арасындағы мән.
Purves, Paydarfar, and Andrews (1996) proposed the discrete frames theory. One piece of evidence for this theory comes from Dubois and VanRullen (2011). They reviewed experiences of users of LSD who often report that under the influence of the drug a moving object is seen trailing a series of still images behind it. They asked such users to match their drug experiences with movies simulating such trailing images viewed when not under the drug. They found that users selected movies around 15–20 Hz. This is between Schouten's alpha and beta rates.
Уақытша алязинг теориясы
Клайн, Холкомб және Иглман (2004) айналатын барабандағы тегіс араласқан нүктелермен кері айналуды байқауды растады. Олар мұны «иллюзорлық қозғалыс кері айналуы» деп атады. Олар бұл құбылыстың айналып тұрған дисплейді ұзақ уақыт қарағаннан кейін ғана пайда болатынын көрсетті (кейбір бақылаушылар үшін шамамен 30 секундтен 10 минутқа дейін). Сондай-ақ, кері айналудың көрінуі көзқарас өрісінің әртүрлі бөліктерінде тәуелсіз екенін көрсетті. Бұл бүкіл көрініс алаңын қамтитын дискретті кадрлармен үйлесімсіз. Клайн, Холкомб және Иглман (2006) радиалды тордың визуалды өрістің бір бөлігіндегі кері айналуы, сол өрістің бір бөлігіндегі перпендикуляр қозғалыстан тәуелсіз екенін де көрсетті. Перпендикуляр қозғалыс радиалды тормен бірдей уақыттық жиілікке ие болу үшін шар тәрізді тордың қысылуынан туындады. Бұл көрініс алаңының локальді бөліктерін қамтитын дискретті кадрлармен де үйлесімсіз. Клайн және авторлар кері айналулардың кері айналу бағытындағы Райхардт детекторларының бәсекелестік түрінде нақты айналуды қабылдауға үстемдік ету үшін жеткілікті белсенді болуы мүмкін деген қорытындыға келді. Кері айналуды көруге қажетті ұзақ уақыт, нақты айналуға жауап беретін детекторлардың нейрондық бейімделуіне, әлсіз стимулданған кері айналу детекторлары қабылдауға үлес қоса алатынша дейін, қажеттілігін көрсетеді. Клайн және авторлардың (2004) нәтижелеріне қатысты кейбір шағын күмәндер дискретті кадрлар теориясын қолдаушыларды ынталандырды. Бұл күмәндерге Клайн және авторлардың кейбір бақылаушыларда көзқарас өрісінің әртүрлі бөліктерінен күтілгеннен көп бір мезгілдегі кері айналуды табуы, сондай-ақ кейбір бақылаушыларда кері айналу ұзақтығының таралуындағы айырмашылықтар, таза бәсекелестік процесінен күтілетіннен өзгеше болуы (Рохас, Кармона Фонтейн, Лопес Кальдерон және Абоици, 2006) кірді. 2008 жылы Клайн мен Иглман екі кеңістіктегі бір-біріне жапсарған қозғалыстың иллюзорлық кері айналуы жеке қабылдануы мүмкін екенін көрсетті, бұл иллюзорлық қозғалыс кері айналуының уақыттық дискретті үлгі алудан туындамайтынын дәлелдейді. Сонымен қатар, олар иллюзорлық қозғалыс кері айналуының біркелкі емес және периодты емес стимулдармен (мысалы, айналатын қағаз лентасы) пайда болатынын көрсетті, бұл да дискретті үлгі алумен үйлесімсіз. Клайн мен Иглман оның «қозғалыс кезіндегі эффект» нәтижесінде туындайтынын ұсынды, яғни қозғалыс эффектісі нақты қозғалысқа қосылады.
Kline, Holcombe, and Eagleman (2004) confirmed the observation of reversed rotation with regularly spaced dots on a rotating drum. They called this "illusory motion reversal". They showed that these occurred only after a long time of viewing the rotating display (from about 30 seconds to as long as 10 minutes for some observers). They also showed that the instances of reversed rotation were independent in different parts of the visual field. This is inconsistent with discrete frames covering the entire visual scene. Kline, Holcombe, and Eagleman (2006) also showed that reversed rotation of a radial grating in one part of the visual field was independent of superimposed orthogonal motion in the same part of the visual field. The orthogonal motion was of a circular grating contracting so as to have the same temporal frequency as the radial grating. This is inconsistent with discrete frames covering local parts of visual scene. Kline et al. concluded that the reverse rotations were consistent with Reichardt detectors for the reverse direction of rotation becoming sufficiently active to dominate perception of the true rotation in a form of rivalry. The long time required to see the reverse rotation suggests that neural adaptation of the detectors responding to the true rotation has to occur before the weakly stimulated reverse rotation detectors can contribute to perception. Some small doubts about the results of Kline et al. (2004) sustain adherents of the discrete frame theory. These doubts include Kline et al. 's finding in some observers more instances of simultaneous reversals from different parts of the visual field than would be expected by chance, and finding in some observers differences in the distribution of the durations of reversals from that expected by a pure rivalry process (Rojas, Carmona Fontaine, López Calderón, & Aboitiz, 2006). In 2008, Kline and Eagleman demonstrated that illusory reversals of two spatially overlapping motions could be perceived separately, providing further evidence that illusory motion reversal is not caused by temporal sampling. They also showed that illusory motion reversal occurs with non uniform and non periodic stimuli (for example, a spinning belt of sandpaper), which also cannot be compatible with discrete sampling. Kline and Eagleman proposed instead that the effect results from a "motion during effect", meaning that a motion after effect becomes superimposed on the real motion.
Қауіптері
Бұл әсер кейбір айналмалы машиналарды, мысалы, токарлық станоктарды, жасанды жарық астында пайдалануды қауіпті етеді, себебі белгілі бір жылдамдықтарда машиналар тоқтаған немесе баяу қозғалып тұрғандай көрінеді. Осы себепті, шеберханалар мен фабрикаларда бір фазалы жарықтандырудан аулақ болуға кеңес беріледі. Мысалы, қарапайым люминесцентті жарықтандырумен бір фазалы желіден қуат алатын зауытта, 100 немесе 120 Гц (елге байланысты) жиілігінде екі есе жиілікте жыпылықтау пайда болады; демек, осы жиіліктің еселігінде айналатын кез келген машина айналып тұрғандай көрінбей қалуы мүмкін. Көбінесе қолданылатын AC моторларының көп бөлігі желілік жиілікке байланысқандықтан, бұл токарлық станоктар және басқа да айналмалы жабдықтарды пайдаланатын операторлар үшін елеулі қауіп тудырады. Шешімдерге жарықтандыруды толық 3 фазалы желіге қосу немесе шамдарды қауіпсіз жиілікте басқаратын жоғары жиілікті контроллерлерді пайдалану жатады. Дәстүрлі шамдар, олардың қыздыру элементтері аз модуляциямен үздіксіз жарқырайды, электр қуатын көп тұтынса да, тағы бір мүмкіндік ұсынады. Кішкентай шамдарды жабдықтың қосымша жарықтандыруы ретінде қолдануға болады, бұл әсермен күресуге көмектеседі және шеберханада үлкен мөлшерде шамдарды пайдалану шығындарын азайтады.
The effect can make some rotating machines, such as lathes, dangerous to operate under artificial lighting because at certain speeds the machines will falsely appear to be stopped or to be moving slowly. Because of this, it is advised that single phase lighting be avoided in workshops and factories. For example, a factory that is lit from a single phase supply with basic fluorescent lighting will have a flicker of twice the mains frequency, either at 100 or 120 Hz (depending on country); thus, any machinery rotating at multiples of this frequency may appear to not be turning. Seeing that the most common types of AC motors are locked to the mains frequency, this can pose a considerable hazard to operators of lathes and other rotating equipment. Solutions include deploying the lighting over a full 3 phase supply, or by using high frequency controllers that drive the lights at safer frequencies. Traditional incandescent light bulbs, which employ filaments that glow continuously with only a minor modulation, offer another option as well, albeit at the expense of increased power consumption. Smaller incandescent lights can be used as task lighting on equipment to help combat this effect to avoid the cost of operating larger quantities of incandescent lighting in a workshop environment.