Hiển thị chuyển động

Muốn trả lời đúng, cần xem lại những đặc điểm về cơ chế nhìn thấy của đôi mắt, phân tích tại sao cách giải thích thấy được chuyển động khi xem phim là do có hiện tượng lưu ảnh ở võng mạc là không đúng và tìm hiểu cách giải thích đúng hiện nay.

1. Cơ chế nhìn thấy của mắt

Ta nhìn thấy một vật nào đó là nhờ có ánh sáng từ các điểm của vật đó đến mắt ta, qua thấu kính của mắt tạo ra ảnh trên võng mạc. Võng mạc của mắt là một lớp dày chừng nửa milimet có các tế bào cảm nhận ánh sáng nằm chi chít (120 triệu tế bào hình que dùng để cảm nhận ánh sáng yếu tạo ra ảnh mờ đen trắng, 7 triệu tế bào hình nón cảm nhận được ba màu đỏ, lục, lam cho hình ảnh màu sắc chân thực lúc ánh sáng đến bình thường).

Các tế bào cảm nhận đều có một đầu hướng về phía có ánh sáng đến tạo ảnh, một đầu nối với dây thần kinh thị giác dẫn đến khu vực thị giác của vỏ não.

Khi có ảnh của vật tạo ra trên võng mạc tuỳ theo vị trí mà các tế bào cảm nhận bị kích thích mạnh hay yếu phụ thuộc vào ánh sáng và màu sắc của điểm ảnh ở vị trí đó. Các tín hiệu sinh ra ở từng tế bảo cảm ứng được dây thần kinh đưa về vỏ não. Não bộ tiếp nhận được những tín hiệu này biết được trên võng mạc các tế bào cảm nhận ở những vị trí nào, bị kích động mạnh yếu ra sao, tổng hợp lại để cho biết vật có hình dạng gì, màu sắc ra sao v.v… tức là thấy được vật.

Khi vật chuyển động thì ảnh của vật trên võng mạc có những thay đổi về vị trí theo thời gian, não đối chiếu thêm thông tin về thay đổi vị trí ảnh trên võng mạc, thấy được chuyển động.

Như vậy quá trình mắt thấy được vật gồm quá trình vật lý ánh sáng tạo ra ảnh của vật trên võng mạc và quá trình tâm sinh lý thu thập thông tin từ các tế bào cảm nhận trên võng mạc, đưa về não để xử lý (hình 1).

2. Hiển thị chuyển động ở chiếu phim

Hiển thị là làm hiện ra cho mắt thấy được. Về kỹ thuật đó là cách nhân tạo làm sao không có vật thật, không có chuyển động thật đang diễn ra trước mắt mà mắt vẫn thấy được như là có vật thật, có chuyển động thật đang xảy ra.

Cách đây hơn một trăm năm người ta đã tìm được cách chụp ảnh, chiếu ảnh. Khi chụp ảnh một vật là ghi lại được hình ảnh của vật lên phim. Đó là ảnh tĩnh của vật vì nếu vật có chuyển động, khoảnh khắc chụp ảnh rất ngắn nên vật xem như đứng yên. Chiếu ảnh tĩnh của vật lên màn ảnh khi mắt nhìn thì trên võng mạc của mắt có ảnh như là ảnh của vật thật. Hiển thị vật đứng yên bằng cách chiếu ảnh tĩnh là điều rất dễ hiểu, dễ làm.

Cái khó là hiển thị được vật chuyển động vì không thể nhân tạo làm cho có ảnh chuyển động trên võng mạc như là khi có vật thật chuyển động trước mắt được.

Để vượt qua khó khăn này, để chiếu ảnh tĩnh mà thấy được chuyển động người ta lập luận như sau:

Khi chiếu sáng ảnh tĩnh để ảnh của vật hiện lên màn ảnh rồi tắt ánh sáng chiếu đi thì mắt vẫn nhìn thấy ảnh trong một thời gian ngắn cỡ 1/24 ảnh/giây và để tránh ảnh nhìn thấy trên màn ảnh bị nhoà khi chuyển từ ảnh tĩnh này sang tĩnh kia ta dùng cách chắn che tối màn ảnh. Chiếu với tốc độ như vậy mắt không kịp thấy khoảng tối do lá chắn che, trái lại mắt vẫn thấy ảnh tĩnh liên tục hiện ra, ảnh trước hoà nhập với ảnh sau như là một. Nếu các chi tiết của vật trong các ảnh tính y hệt như nhau, mắt sẽ thấy ảnh tĩnh có dịch chuyển đối với nhau, mắt sẽ thấy chuyển động. Đây chính là lý luận dựa trên sự lưu ảnh ở võng mạc, liên tiếp chiếu ảnh tĩnh, hiển thị được chuyển động. Dựa trên lý luận này người ta đã chế tạo ra phim và máy chiếu phim (hình 2). Phim có dạng dải dài, dọc theo đó là các ảnh tĩnh giới hạn trong các khung ảnh có kích thước như nhau và cách đều nhau.

Máy chiếu có động cơ quay và các bánh xe răng cùng các cơ cấu đặc biệt để kéo phim sao cho mỗi khung ảnh dừng trước đèn chiếu một thời gian ngắn đủ để đèn chiếu chiếu cả ảnh tĩnh lên màn ảnh. Tiếp ngay sau đó động cơ quay lá chắn đến vị trí che tối màn ảnh, trong lúc đó khung ảnh tiếp theo chuyển đến vị trí trước đèn chiếu và cứ thế tiếp tục. Cho động cơ quay kéo phim với tốc độ 24 khung ảnh qua trước đèn chiếu trong một giây là thực hiện đúng những yêu cầu của lập luận đề ra tức là thấy được ảnh liên tục, thấy được chuyển động.

Tuy nhiên làm như thế đúng là không thấy những khoảng tối xuất hiện mà thấy ảnh liên tục nhưng chuyển động bị giật, nháy rất mỏi mắt, khó chịu.

Như vậy lập luận chiếu liên tiếp các ảnh tĩnh, nhờ lưu ảnh ở võng mạc mà mắt thấy ảnh tĩnh trước hoà với ảnh tĩnh sau, từ đó thấy chuyển động có cảm giác liên tục là không chính xác, không giải thích được tại sao có giật, nháy mỏi mắt.

Người ta mò mẫn, làm thêm một lá chắn đối xứng với lá chắn cũ để vẫn kéo phim với tốc độ 24 khung ảnh một giây nhưng số lần che tăng lên gấp đôi tức là 48 lần trong một giây. Kết quả thật bất ngờ: ảnh trên màn ảnh liên tục, hiển thị chuyển động tốt hơn, không bị giật, bị nháy, không bị mỏi mắt. Làm như vậy số ảnh tĩnh được chiếu không thay đổi nhưng số lần ảnh tĩnh hiện ra tăng gấp đôi (mỗi ảnh tĩnh được chiếu lên 2 lần). Nếu làm 3 lá chắn, vẫn kép phim với tốc độ 24 khung/giây nhưng cho mỗi ảnh tĩnh hiện ra ba lần 24-72 lần trong một giây thì ảnh còn liên tục, sống động hơn nữa.

Về mặt kỹ thuật, hiển thị chuyển động bằng cách chiếu phim như vậy là đã được giải quyết tốt song về mặt lý luận, giải thích tại sao là chưa làm được. Vì vậy trong một thời gian dài, thậm chí ở một số sách giáo khoa ngày nay, để giải thích thấy được chuyển động liên tục ở phim ảnh người ta vẫn chỉ dựa vào hiện tượng lưu ảnh ở võng mạc.

3. Hiển thị chuyển động nhờ ảo giác

Cách giải thích chỉ dựa vào sự lưu ảnh ở võng mạc là không đầy đủ vì việc nhìn thấy của mắt còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố tâm sinh lý, phụ thuộc vào cách xử lý ở não bộ.

Sau này dựa theo nhiều nghiên cứu của nhà khoa học về thị giác Wertheimer, người ta đã giải thích ở chiếu phim thấy được chuyển động là nhờ vào ảo giác (illusion). Thật vậy mắt nhìn thấy được chuyển động không nhất thiết chỉ là do ảnh hiện lên võng mạc có chuyển động liên tục như thật. Mắt có thể bị nhầm (ảo giác) không có chuyển động mà cứ thấy là có chuyển động. Thí dụ ở bảng quảng cáo gồm hàng dãy đèn LED đứng yên nhưng do cách tắt bật nhấp nháy nên mắt vẫn thấy có chuyển động ở dãy đèn LED. Một ảo giác vè chuyển động liên quan đến nhiều cách hiển thị chuyển động là hiện tượng phi (phi phenoment) có thể thấy đơn giản qua thí nghiệm sau: lấy hai bóng đèn đặt cách nhau cỡ 15cm và điều khiển để tắt bật thật nhanh sao cho bóng đèn này sáng thì bóng đèn kia tối và ngược lại. Mắt ta sẽ thấy chỉ có một bóng đèn nhày qua nhảy lại. Đó là hiện tượng phi.

Như vậy là không có chuyển động thật của bóng đèn mà mắt ta vẫn thấy có, đó là ảo giác. Khi liên tiếp chiếu các ảnh tĩnh lên màn ảnh, nhìn thấy các điểm ảnh tương ứng thay đổi chỗ, mắt có ảo giác về chuyển động tương tự như ở hiện tượng phi. Có thể phân tích thêm nhiều ảo giác chuyển động khác như chuyển động bêta (beta movement) hay chuyển động từng phần (partial movement) để hiểu kỹ hơn (ở công tụ tìm kiếm google tra theo các từ tiếng Anh trên, có chiếu hình ảnh động rất dễ thấy. Có thể kết luận rằng chiếu liên tiếp các ảnh tĩnh, mắt thấy được chuyển động cơ bản là do ảo giác về chuyển động của mắt chứ không phải là do sự lưu ảnh ở võng mạc.

4. Hiển thị chuyển động ở màn hình

Tìm hiểu về hiển thị chuyển động ở cách chiếu phim nhựa cổ điển rất có lợi cho việc tìm hiểu hiển hiển thị chuyển động bằng các phương tiện mới hiện nay như dùng màn hình CRT, màn hình LCD, màn hình plasma, màn hình OLED hoặc hiếu hình DLP v.v…

Cách tạo hình ở các phương tiện hiển thị mới này rất khác nhau nhưng nguyên lý hiển thị chuyển động là như nhau.

Ở các cách hiển thị mới này, mỗi lần quét hết màn hình xem như một lần hiện ra ảnh tĩnh. Trong một giây có thể chỉ có hàng chục ảnh tĩnh hiện ra nhưng có thể có đến hàng trăm lần hiện ra ảnh tĩnh. Tương tự như ở chiếu phim, một giây chỉ có 24 khung ảnh nhưng có thể có đến 48 lần (2 lá chắn) hợc 72 lần (3 lá chắn) ảnh tĩnh hiện ra. Vì vậy có hai thông số thường nói đến ở màn hình là:

- Tốc độ khung (frame rate) tức là số khung ảnh trong một giây, đơn vị là fps (frame pre second). Ở chiếu phim bằng phim ảnh tốc độ khung chuẩn là 24 fps còn ở các màn hình thường tốc độ khung trong khoảng 15fps đến 30fps.

- Tốc độ làm tươi (refsesh rate ) là số lần ảnh tĩnh hiện ra trong một giây đo bằng hertz. Ở chiếu phim bằng phim ảnh, tốc độ làm tươi chuẩn là 48 Hz hoặc 72 Hz. Ở các màn hình, tốc độ làm tươi có thể thay đổi từ trên 50Hz đến 600Hz. Tốc độ làm tươi cao làm cho khi xem những chuyển động nhanh ở màn hình ít nhức mắt, thấy được chuyển động nhanh rõ, ít bị nhoà (hình 3).

Thay cho cách chụp ảnh, chiếu ảnh dễ hiểu, dễ thấy ở hiển thị chuyển động theo kiểu chiếu phim, ở các màn hình hiện nay người ta dùng kỹ thuật điện tử để quét ảnh, hiện ảnh rất phức tạp.

Tuy nhiên có thể đối chiếu với những bước đi cần thiết để hiển thị chuyển động ở máy chiếu phim để hiểu về kỹ thuật điện tử điều khiển hiển thị chuyển động ở màn hình.