为什么飞驰的汽车车轮看起来像是在倒退？

无论在电影、电视还是现实生活中，大家经常会发现无论是飞驰的汽车车轮还是直升飞机的螺旋桨，在高速旋转的时候看起来却像旋转很慢甚至是倒转的？要想解释这种现象发生的原因，我们先了解2个概念：

1.视觉暂留

视觉暂留也叫视觉记忆，是人眼对形觉和光觉刺激的一种滞后和维持现象，光的刺激在停止作用之后仍会在视网膜保留一段时间，这个时间大概是十六分之一秒，也叫视觉延迟，这是神经传导的生理特点决定的。也就是说，人眼的神经传入机制决定了人眼的输入信号不是连续的，而是像脉冲一样，在两个脉冲之间的其他信号很有可能会被忽略，因为人眼感觉不到。上图可以阐述人眼是如何识别运动的，这是运动的最基本的模型（贝塔运动），同一物体在不同时间出现在了不同位点，当频率高到一定程度我们就会认为这个物体在平滑运动。

2.视觉拟动

大家思考一个问题：如果把一个“V”字形和“I”快速循环播放，会看到什么？

实际上，我们却看到了一个在不断开合的角，看到了一个连续运动的过程。

这种观看者通过自身的视觉感知习惯和生活经验，对间断的画面进行主观的心理补偿，从而使其看起来象是连续运动的现象，心理学上称为似动现象。再看这些可爱的手翻书：

像极了动画片吧。这种现象就是借用了心理拟动，把本来断续的画面以连续平滑的运动展示在人的大脑里。

那我们再说回快速飞驰的汽车，如果把轮胎的气嘴作为标记，假定你看到的第一个画面是气嘴在12点方位，如果在十六分之一秒后转动了n圈加3/4圈到了9点钟方位，那眼睛接受到的第二幅画面又过了十六分之一秒就是6点钟方向，接着再来3/4圈到3点钟方向，如图，T0、T1、T2、T3……连起来感觉中就是倒退的

如果在这个时间车轮正好旋转了整数圈又落在了12点位置，那么人眼看下来车轮就是静止的，同理，也有可能看起来是正向转动的，比如下图：

那么问题又来了，既然高速旋转的车轮显示正转、倒转还是不转是均等的，那为什么我们感觉倒转的特别多？

原因很简单：选择性关注！这又是一种心理现象，我们会对倒转车轮的印象更加深刻，就像飞机失事总会有新闻报道，给人的感觉好像飞机不太安全，但其实飞机比汽车发生事故的频率低很多，这就是选择性关注，再比如就是国内关于医疗事故的态度，也属于选择性关注。

视觉暂留和视觉拟动是人类影视艺术发展的基础，早期的电影受限于技术，拍摄频率较低，大概1秒16帧，所以现在看起来有种断续动画片的感觉（比如早期卓别林的电影）。现今流行的胶片速度都是24帧，画面更流畅。

基于以上原理，我们可以创造出很多充满艺术感甚至充满歧义的视觉幻觉作品，比如下面这个神奇的舞蹈者：

不同的人观看到的旋转方向有不同，甚至同一个人也可以有顺时针和逆时针不停变换的错觉，网络的解释五花八门，而真正的原理就是视觉拟动现象在搞鬼。我们随意截图一张

安能辨我是前后？这幅图是个剪影，可以解读为脸超前，也可以解读为背超前，而这个动态图片就是不同角度的剪影在左右摇摆，观看者根据生活经验脑补出了旋转的画面，有可能是顺时针也有可能是逆时针，而其实这个图片只是在左右晃动。那如果我们给这个舞蹈者增加点提示信息，歧义就会变得清晰而明确了（下图左右两张是在同一个gif图像上做了衣服的提示）：

如果大家还不能理解，我再举个例子，一个表盘，一根指针，第一副画面是指针指到12点位，第二副画面是指针指到6点位，然后两副画面交替快速轮换，大家猜看到的指针是顺时针还是逆时针旋转？有兴趣的同学们可以自己回去试验吧。

在信息论中，当我们对连续信号进行等间隔采样时，如果不能满足采样定理，采样后信号的频率就会重叠，这种频谱的重叠导致的失真称为混叠，我们在电影电视上看到的车轮不转、向后转的奇妙现象，就是车轮与摄像机采样这两种信号重叠之后产生的混叠，为了避免这种现象发生，就要求在录制过程中的采样频率尽量高，并且避免与运动周期重叠。

讲了这么多，大家是否对视觉认知又有了新的理解了呢？

最后，留给大家一道作业题：

上图是用每秒16帧的频速制作的gif动画，轮子始终顺时针方向旋转，第一秒速度为每帧5度，没有幻觉，第二秒钟速度加快为每帧30度，产生了幻觉和混淆，请试用本文数据和原理进行解释吧~