視覚の持続

視覚の持続とは、物体から発せられる光線が目に入るのを止めた後も、物体の視覚的知覚がしばらく止まらないときに起こる光学的錯覚である。^{[1]この錯覚は、「網膜持続」、「}^印象の持続」、「^単に持続」などとも呼ばれる。この現象の非常に一般的な例としては、暗闇の中で回転している石炭や燃えている棒の燃える跡が見えるという現象がある。^[1]

この錯視の説明の多くは、実際には正の残像を説明しているようであり^{[4] 、神経学的効果は写真（または}映画やビデオ）におけるモーションブラーの技術的効果と比較することができます。

「視覚の持続」は「フリッカー融合」^[5]と同じ意味であると理解することもできます。これは、目に入る光が短く規則的な間隔で中断されたときに、視覚が連続的に持続しているように見える効果です。周波数が高すぎて視覚システムが瞬間の違いを識別できない場合、明るい印象と暗い印象が融合して、中間の明るさのシーンの連続した印象になります（タルボット・プラトーの法則で定義される）。

「視覚の残像」という用語は、導入以来、フェナキスティスコープやゾエトロープなどの光学玩具、そして後に映画における動きの知覚の説明であると誤解されることが多かった。この理論は、1895年の映画撮影の画期的な進歩のずっと前から議論されてきた。連続した画像を高速で断続的に表示することによって生じる動きの錯覚はストロボ効果であり、1833年にサイモン・スタンファー（ストロボディスク、別名フェナキスティスコープの発明者の1人）によって説明された。 ^[6]

この錯視に関する初期の記述では、その効果は純粋に目の生理機能、特に網膜に起因するとされることが多かった。後に、神経や脳の一部が重要な要素であると認められるようになった。

感覚記憶が原因として挙げられている。^[7]

自然現象とその応用

いくつかの自然現象の印象や、いくつかの光学玩具の原理は、視覚の残像によるものだと考えられてきました。1768年、パトリック・ダーシーは「松明を素早く回すと見える光の輪、花火の火の輪、振動する紐に見られる平らな紡錘形、高速で回転する歯車に見られる連続した円」にその効果を認めました。^[8]基本的に、高速で移動する物体に見られるモーションブラーに似たものはすべて、「視覚の残像」と見なすことができます。

線香花火の軌跡効果

高速で移動する発光体の背後に現れる光の線は、線香花火の使用からよく知られているため、「線香花火の軌跡効果」として知られています。

ライトペインティング

この効果は、長時間露光のカメラで記録した光源を使って文字や絵を描くという芸術の分野で時折応用されてきました。

このコンセプトは、コンピューター制御の移動光源 (現在では主にLED ライト) を使用したメディアへとさらに発展し、SWIM (Sequential Wave Imprinting Machine) として知られています。ただし、ビデオやテレビと同様に、このテクノロジーは実際には、非常に短い視覚的な合図のストロボシーケンスを表示することで、高速で移動する光の視覚的な軌跡を取り除きます (その結果、鮮明な静止画像またはアニメーション画像が生成されます)。

カラートップ / ニュートンディスク

回転するコマや回転する車輪の動きが速すぎて細部を認識できない場合、色は混ざり合います。色の付いた点は円として表示され、1 本の線によって表面全体が 1 つの均一な色調で表示されます。

ニュートンディスクは、高速回転すると、アイザック・ニュートンの原色のくさびを光学的に混合して、1 つの（オフ）白色の表面にします。

タウマトロープ

1825年4月、最初のソーマトロープがW・フィリップス（ジョン・エアトン・パリスと匿名で提携）によって出版されました。^[9]回転するディスクの両側の画像が1つの画像に溶け合うように見えるという事実は、視覚の持続効果の例として誤って提示されることがよくありました（融合は、ストロボの中断と、交互に表示される2つの画像の精神的印象の互換性に依存しています）。

2つの図形を素早く交互に映し出す際の印象の違い（タキストスコープの周波数、図形間の距離、形状の違いなどによる）は、1912年にマックス・ヴェルトハイマーによって研究されました。 ^{[10]これらの実験は}ゲシュタルト心理学の理論に影響を与えました。

万華鏡のようなカラートップ

1858年4月、ジョン・ゴーラムは万華鏡のようなカラートップの特許を取得した。^[11]これは、通常1枚は色付き、もう1枚は切り抜き模様の黒い2枚の小さなディスクが載ったトップである。ディスクが回転し、トップのディスクが規則的なぎくしゃくした動きに減速すると、おもちゃは「万華鏡に似た美しい形」を呈し、色が倍増する。ゴーラムは、回転するトップの上で色が混ざり合う様子を「網膜への連続的な印象の持続時間から」説明した。ゴーラムは、その原理を「片方の端に火をつけた棒を回転させるというよく知られた実験」（別名、線香花火の軌跡効果）に基づいて確立した。^[12]

ゴム鉛筆トリック

鉛筆やその他の硬い直線は、指の間で十分速く揺らされたり、その他の硬い動きをしたりすると、柔軟なゴムのように曲がることがあります。

視覚の持続は錯視の唯一の原因ではないと考えられている。観察者の目の動きが物体の特徴の動きを追うことができないためだと考えられている。^[13]

この効果は、子供たちにとって楽しい「マジック」トリックとして広く知られています。^[14]

歴史

フリッカー融合とモーションブラーに関連する現象は、古代から説明されてきました。映画史家は、フリッカー融合を、物体を見つめた後に生じる残像と混同することが多く、映画における動きの知覚の説明においてストロボ効果の重要性をほとんど無視してきました。

残像とモーションブラーに関する歴史的言及

アリストテレス（紀元前384年 - 322年）は、太陽を見るのをやめた後も太陽のイメージが視界に残っていることに気づきました。

視覚の持続性の発見は、ローマの詩人ルクレティウス（紀元前 99年10月15日頃 - 紀元前 55年頃）によるものとされることもあるが、彼は夢の中で見たイメージに関連して同様のことを述べているだけである。^[15]

紀元165年頃、プトレマイオスは著書『光学』の中で、さまざまな色のろくろが回転している様子を描写しています。ろくろが高速で回転しているとき、さまざまな色の部分がひとつの色に混ざり合い、点が円として見える様子を彼は指摘しています。円盤の軸に線を引くと、表面全体が均一な色に見えます。「最初の回転で生じた視覚的印象は、必ずその後に同じ印象を生じる繰り返しの事例に続きます。これは流れ星の場合にも当てはまります。流れ星の光は、その動きの速さのために膨張しているように見えますが、これはすべて、通過する知覚距離の量と視覚機能に生じる感覚的印象によるものです。」^[16]^[17]

ポルピュリウス（243年頃 - 305年頃）は、プトレマイオスの『ハーモニクス』の注釈の中で、感覚が安定せず、混乱し、不正確であると述べています。繰り返される印象の間の特定の間隔は検出されません。回転する円錐（またはトップ）上の白または黒の点は、その色の円として現れ、トップ上の線は表面全体をその色で表示します。「動きの速さにより、線が動くにつれて、円錐のあらゆる部分に線の印象が届きます。」^[18]

11世紀、プトレマイオスの著作に精通していたイブン・アル＝ハイサムは、回転するコマの色のついた線が異なる色として識別されるのではなく、線のすべての色で構成された1つの新しい色として現れることを記述した。彼は、視覚が色を識別するにはある程度の時間が必要であると推論した。アル＝ハイサムはまた、コマを非常に速く回転させると、コマが動かないように見えることにも言及した。「そのどの点も、知覚できるほどの時間、同じ場所に固定されていない」からである。^[19]

レオナルド・ダ・ヴィンチはノートにこう書いている。「速く動く物体はどれも、その色の印象でその進路を染めるように見える。この命題の真実性は経験からわかる。例えば、稲妻が暗い雲の間を動くとき、その曲がりくねった飛行の速さによって、その全行程が光る蛇のように見える。同じように、燃えるたいまつを振ると、その全行程が炎の輪のように見える。これは、知覚器官が判断器官よりも速く作用するからである。」^[20]

アイザック・ニュートン（1642–1726/27）は1704年の著書『光学』で、プリズム、レンズ、歯の付いた大きな可動櫛を備え、交互に色を次々に投影する機械について説明している。これを十分に速く行うと、交互に現れる色はもはや別々に知覚されず、白として見える。ニュートンはその原理を線香花火の軌跡効果に例えた。回転する燃える石炭は火の輪のように見えるが、それは「その円のいくつかの場所での石炭の感覚は、石炭が再び同じ場所に戻るまで感覚器官に刻み込まれたままである」からである。^[21]

1768年、パトリック・ダーシー（1725-1779）は、燃える石炭が光の円として見える間に1回転するのにかかる時間は0.13秒であると測定したと報告した。彼は庭に特別に作った機械と、優れた視力を持つ観測者の協力を得て、複数の回転を記録した（ダーシー自身の視力は事故で損なわれていた）。ダーシーは、観測者の違い、回転する物体の光の強さ、色、見る距離によって、回転時間が異なるのではないかと考えた。彼はそのような違いを突き止めるためにさらなる実験を計画したが^[8]、結果は公表されていないようである。

1820–1866: 回転する車輪

1821年、季刊科学・文学・芸術誌は「視覚的欺瞞の説明」というタイトルの「編集者への手紙」を掲載した。これは1820年12月1日付で、「JM」とされており、おそらく出版者兼編集者のジョン・マレー本人によるものと思われる。^[22]作者は、フェンスのスラットを通して見た回転する車輪のスポークが奇妙な曲率で見えることに気付いた（写真参照）。手紙は次のように結ばれている。「この欺瞞の根拠となる一般原理は、数学に詳しい読者にはすぐに思いつくだろうが、完璧な実証は、おそらく一見したほど簡単ではないだろう」。^[23] 4年後、ピーター・マーク・ロジェは1824年12月9日に王立協会で講演した際に説明を行った。彼は次のように付け加えた。「車輪がどんなに速く回転しても、各スポークは、それが見える瞬間には、静止しているように見えることにも注目すべきである」。ロジェは、この錯覚は「光線束が網膜に残した印象が十分に鮮明であれば、原因が消えた後も一定時間残る」という事実によるものだと主張した。彼はまた、現れる曲率について数学的な詳細も示した。^[24]

大学生の頃、ジョセフ・プラトーは初期の実験で、反対方向に高速で回転する2つの同心の歯車を少し離れたところから見ると、動かない車輪のような錯覚が生じることに気付いた。後に彼はピーター・マーク・ロジェの1824年の論文を読み、この現象をさらに調査することを決意した。彼は1828年^[25]と1830年にCorrespondance Mathématique et Physiqueに研究結果を発表した。^[26] 1829年、プラトーは当時無名だったアノルトスコープを博士論文「視覚器官における光によって生み出される印象の諸性質」^[27]で発表した。アノルトスコープはアナモフィック画像が描かれた円盤で、円盤を回転させ、反対方向に回転する円盤の4つの放射状のスリットを通して見ると、鮮明で動かない画像として見ることができる。ディスクは半透明にすることもでき、逆回転ディスクのスリットを通して後ろから照らすこともできます。

1830年12月10日、科学者マイケル・ファラデーは、英国王立研究所のジャーナルに「奇妙な視覚的錯覚について」と題する論文を書いた。回転しているのに止まっているように見える車輪の例が2つ指摘され、ロジェの論文で似た柵状錯視について読んだことがあった。ファラデーは、歯付きボール紙の車輪を回転させる実験を始めた。すでにプラトーによっていくつかの効果が説明されていたが、ファラデーはボール紙の円盤の円周にある歯の間の隙間から鏡を見ることで実験を簡略化した。^[28] 1831年1月21日、ファラデーは王立研究所で、いくつかの新しい実験を含む論文を発表した。彼は、円盤の中心に近い部分に同心円状の開口部（小さな歯車を表す）を切り、各「車輪」あたりの「歯車」の数にわずかな違いを持たせた。回転するディスクの車輪の一つの穴を通して鏡を見ると、その車輪は静止しているように見え、他の車輪は異なる速度で、あるいは反対方向に動いているように見えた。^[29]

プラトーはファラデーのさらなる実験に刺激を受け、研究を続けた。1832年7月、プラトーはファラデーに手紙を送り、鏡の前で回転させると「完全に動かない小さな、完全に規則的な馬の像」を生み出す、一見抽象的な図形が描かれた実験用の円を添えた。^[30]^{[31]何度かの試みと多くの困難の後、プラトーは1832年11月か12月に}フェナキスティコペの最初の効果的なモデルを構築し、円盤のスリットの間の図形を動かすことに成功した。プラトーは1833年1月20日、当時は名前が付けられていなかったこの発明を、通信数学物理学宛ての1833年1月20日の手紙で発表した。^[32]

シモン・スタンファーは、 1832年12月にファラデーの研究結果を読んだ直後に、ほぼ同時に、非常によく似たストロボディスクまたは光学魔法ディスクを独自に発明したと主張した。 ^[6]

スタンファーはまた、ストロボスコープの発明のいくつかの可能なバリエーションについても言及しており、円筒形（後のゾエトロープに類似）や、2つの平行なローラーの周りに張られた長いループ状の紙またはキャンバスのストリップ（フィルムに多少類似）や劇場のようなフレーム（後のプラキシノスコープによく似ている）などが含まれていた。^[6] 1834年1月、ウィリアム・ジョージ・ホーナーもプラトーのフェナキスティコペの円筒形バリエーションを提案したが、実用的なバージョンを発表することはできなかった。^[33]ウィリアム・エンサイン・リンカーンは1865年に交換可能なアニメーションストリップを備えた決定的なゾエトロープを発明し、1866年12月にミルトン・ブラッドレー社から発表した^。[34]

映画における動きの知覚に関するその他の理論

1833 年の特許とストロボディスクの説明パンフレットで、サイモン・スタンファーは、絵に反射された光線の中断の重要性を強調し、メカニズムによって適切な速度で画像が目の前を通過できるようにした。絵は、動きを別々の瞬間に体系的に分割するなど、特定の物理法則と数学法則に従って構築する必要があった。彼は、視覚の持続という概念を、中断が気づかれないようにする効果としてのみ説明した。^[6]

フェナキスティコープやゾーエトロープのようないわゆる「光学玩具」の動きの効果が網膜上に残る画像によって引き起こされる可能性があるという考えは、ウィリアム・ベンジャミン・カーペンターの1868年の論文で疑問視された。彼は、錯覚は「網膜現象というよりむしろ精神的なもの」であると示唆した。^[35]

視覚の持続に関する初期の理論は網膜に重点が置かれていたが、後の理論では運動知覚の認知的（脳中心）要素に関する考えが好まれたり、追加されたりした。アニメーションの基本原理に関する多くの心理学的概念は、画像間の空白は心によって埋められることを示唆していた。^[要出典]

マックス・ヴェルトハイマーは1912 年に、タキストスコープで投影された 2 つの異なる位置の図形の間には、ある図形が 1 つの位置から次の位置へ動いているように見える理想的な周波数で、被験者は何も見ないことを証明しました。彼はギリシャ文字の φ (ファイ) を使用して、動きの錯覚を指定しました。被験者が両方の位置をほぼ同時に見ていると信じる速度が速い場合、投影された図形の間や周囲に、物体のない動く現象が見られました。ヴェルトハイマーは、この「純粋なファイ現象」は、動きのより直接的な感覚体験であると推測しました。^{[10]図形間の間隔を横切る理想的なアニメーションの動きの錯覚は、後に「}ベータ運動」と呼ばれました。

視覚記憶の一種であるアイコニック記憶は、視覚の持続の原因として説明されている。^[36]今日では、アイコニック記憶の理論全体を神話だと考える科学者もいる。^[要出典]

視覚の持続性の理論とファイ現象の理論を対比すると、目はカメラではなく、1 秒あたりのフレーム数で見るわけではないという理解が浮かび上がります。言い換えると、視覚は光が媒体に記録されるほど単純ではなく、脳は目が提供する視覚データを理解し、現実の一貫した画像を構築する必要があるからです。^{[引用が必要]}

心理学者や生理学者は網膜持続映画鑑賞理論の妥当性を否定しているが、映画学者や理論家は一般的にはそうは考えておらず、この理論は多くの古典的および現代的な映画理論のテキストで引用されている。 ^[37]^[38]^[39]^[40]

ジョセフ・アンダーソンとバーバラ・アンダーソンは、ファイ現象は映画に対するより構成主義的なアプローチ（デイヴィッド・ボードウェル、ノエル・キャロル、カースティン・トンプソン）を優先するのに対し、視覚の持続はリアリスト的なアプローチ（アンドレ・バザン、クリスチャン・メス、ジャン＝ルイ・ボードリー）を優先すると主張している。 ^[40]

参照

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