我们先来做一个实验

现在你盯着这张耶稣照片的中央注视15秒，然后再看向白色墙壁，眨一下眼睛，神奇的现象就出现了——白墙上出现了这张图片，只是原来白色的部分变成了黑色，而原是黑色的部分变成了白色。这种现象就是 视觉暂留 ，只是因为人眼的视觉神经过度疲劳，看到的是原本影像的 补色 （摄影上称之为负片像）。今天我们就来聊一聊视觉暂留。

视觉暂留是一种生理现象。 眼睛观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间。光的作用结束后，先前的景物不会马上消失，视神经对景物的印象还会保留一小段时间，对于人来讲，是0.1秒左右。

使用视觉暂留效应的器件广泛存在于我们的生活中，最简单的例子，就是我们平常使用的 日光灯 。我国使用的是50Hz的交流电（电流会以每秒钟50次的频率发生方向和大小上的周期变化），电流每改变一次方向，日光灯都会闪烁一次，所以通常情况下，日光灯每秒会闪烁100次。但我们看到的日光灯是常亮的，这是因为在视觉暂留的作用下，我们的视觉神经还没有感受到灯变暗灯就有变亮了。另一个有趣的使用是，在灯峰值亮度不变的情况下，可以通过 调节驱动电源占空比的方式来调节亮度 ——占空比越低，在时域上灯实际上处于接通状态的时间越少，在观感上，灯就变暗了。

1 视觉暂留在动画中的应用

运用视觉暂留原理，我们创造了 动画 。

一个光像对人眼的作用消失后，视觉对这个光像亮度和颜色的主观感觉在0.1~0.2秒内不会完全消失，但主观感受亮度是逐渐下降的。在人类的眼睛看来，如果图形与图像的画面刷新率为每秒24帧以上（我们现在看到的大多数电影和电视剧，帧率都是24帧的），并且当前后两帧的画面具有相关性时，那么这两帧之间在视觉亮度上就有重叠时间，这就使得本来在时间和空间上不连续的画面会给人以真实的连续的感觉。

视觉暂留的时间特性曲线“Δt1”表示视觉建立所需时间

前后视觉影像重叠产生动画的幻觉的示意图

但实际上视觉暂留只能解释，当前后影像重叠时两幅前后出现的画面其影像在大脑中有一个共存期，并不能解释 人们为什么把两幅影响视为同一物体在运动。 要解答这一问题，需要利用格式塔心理学中的 似动现象 。

人的知觉是有组织的整体，人的大脑皮质是一种动力系统，它并不是机械不变地反映客观现实。在这个系统中各个元素在一定时间内都是积极地相互作用着的，大脑皮质中这些元素的相互作用究竟会出现什么结果，与人的大脑中所储存的原始经验有关。如果这些元素的相互作用和原始经验同形，那么他就会把原本离散的元素想象成为与原始经验一样的一个整体。这种原来静止的两张影像，在原始经验产生的动力性影响和两张影像间隔一定的时间的条件下知觉为运动的现象，叫似动现象。

视觉暂留的时间大约是1/20~1/10秒，似动现象先后出现的两个物体的时间间隔是1/30~1/10秒，即似动现象的发生条件在视觉暂留时间之内，如果没有视觉暂留，也就没有似动现象。视觉暂留是人的生理特性，而似动现象是人的认知特性，两者共同作用让数张图片形成动画。

2 帧率

理解了动画的原理，另一个我们生活中经常遇见的概念“帧率”就非常好解释了。

计算机成像时，显卡负责提供画面，但是它提供的只是画面的数据，是这些数据告诉显示器应该怎么亮，哪一部分是什么颜色，最终显示器呈现出来的才是我们能看懂的真实的画面。 帧率指的就是画面提供方（显卡）单位时间内提供的画面数量 ，比如我们说的60FPS就是每秒60帧的意思。

手机重点宣传的亮点

现在的许多电子设备都会标榜自己的屏幕运用了 “高帧率”技术 ，那么提高屏幕的帧率有什么作用呢？

在真实世界中，物体都是在以无限高的帧率运动着，一块高刷新率的屏幕，能使画面更连贯、更流畅、更清晰，不会感觉到任何卡顿。同理，高帧率视频也会让画面更清晰、更细致、更立体，动作更细腻，让手机里现实的虚拟内容更像是现实生活中的投影。

高速行驶的汽车图片

又比如说，在大街上行驶过一辆车，这就是一个帧率无限高的一个电影，但是由于视觉暂留的视觉效应，我们人眼会在汽车行驶过后的每一个位置都保留一点影像，所以连起来看就像是这辆汽车变长了，并且发生了模糊，这就是 动态模糊 。动态模糊是给我们带来真实感的一个很重要的方法。

提高真实感的另一个有效的方法就是提高帧率。很多人都喜欢玩游戏。一些射击和竞速游戏，帧率如果低于30帧，游戏画面就会显得不连贯，这种现象就是玩家所俗称的掉帧。游戏是需要实时反馈的，那么这个反馈的信息就需要更高的帧率来不断体现在画面当中。如果游戏方能提供高帧率的支持、动态模糊，手机方能提供高帧率的处理支持，显示器能提供高刷新率支持，就可以在玩游戏时享受低延带来的极致体验。我们也经常看动作大片，如果画面动作变化越大，就越需要提高帧率来、增加动作的细节、增强动作的流畅感、增加真实感，同时也需要加上动态模糊来模拟真实的场景。

李安执导的120帧的电影《双子杀手》

但一味追求高帧率是不明智的，因为更高的刷新率和帧率必然会导致更多的运算，高帧率的同时会加重处理器的负担，提高设备耗电量；并且我们的使用场景往往是需要变化的，一些场景比如玩游戏、看电影则需要高帧率，但手机待机的时候不需要很高的屏幕刷新率。针对这些问题， “动态帧率” 的概念被提出，即屏幕会根据显示内容自动调节帧率。

大家可能还会关心一个问题，如果我开了倍速，那么帧率会变为原来的二倍吗？答案是不会的，开倍速只是视频时间轴变快跟帧率无关。比如帧率为30FPS的视频，每秒给每一帧画面编号为1，2，3……30，那么二倍速以后，每一帧变为0.5，1，1.5，2……30，软件会自动把不是整数的帧删掉，最终我们看到的视频还是30FPS的。

参考文献：

[1]蒋丽艳.视觉暂留的奇特现象[J].物理教学,2013,35(11):29-30+28.

[2]郭保军,杨凤梅,赵娜.对动画原理的修正——基于视觉暂留和似动现象共同作用的动画原理[J].影视制作,2009,15(11):16-17.

文 本& 排版 ：王蕊

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2022/09/20

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