为什么高速转动的车轮看起来会停转或者反转

事实上,我们虽然认为时间是连续的,但摄像机工作的原理只能是拍摄一帧一帧的照片,当然每帧间隔时间越短质量也越高,但它永远不会是连续的 。譬如下面这张实拍的视频,直升机看似是静止的,其实说明,摄像机每拍摄一帧的时间,直升机的螺旋桨都恰好旋转了n圈 。

为什么高速转动的车轮看起来会停转或者反转

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如果可以简单一点理解的话,人眼相当于一个每秒25帧的摄像机(人眼是相当复杂的,它其实不是固定帧数的,大多数放松情况下,人眼能每秒辨别20多幅图像),定量一点,我们可以用如下的几幅图来分析一下 。
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如果车速较慢,如车轮每秒5圈,相当于每圈0.2秒,假设一秒内把它分解成25帧画面,每圈就是5帧画面,也就是每帧顺时针转动了72度(360/5=72),观察点每帧所在位置分别是12点钟、2点钟、5点钟、7点钟方向,我们看到的车轮就是不断顺时针旋转在前行 。
当车速较快,如车轮每秒要转20圈,每圈只要0.05秒,同样一秒采集25帧,每圈只有1.25帧的画面,也就是每帧顺时针转了288度(360/1.25),这样就会出现上图这样的情况,人眼看到观察点的diyi帧是在12点钟方向,第二帧顺时针转动了288度到达10点钟方向,第三帧再转288度一共转了576度,也就是转了一圈还有216度到达7点钟方向 。也就是观察点从12点->10点->7点……,就分明就是逆时针反转啊 。
【为什么高速转动的车轮看起来会停转或者反转】如果观察点永远停留在12点,有什么要求?那就要求每帧要转动360度的倍数,也就是车轮要求每秒转25圈的倍数 。
其实在信息论里对这些问题早已有了足够的研究,1928年由奈奎斯特首次提出,1948年由香农(信息论创始人)正式作为定理引用,称为香农-奈奎斯特采样定理 。这条定理说的是,采样频率至少要是信号最高频率的两倍,才能完成采集信息 。
汽车跑高速“发飘”,真的只是因为车太轻吗很多车主在买车时都会说买重的,这样稳当,高速不飘 。但其实车重只是很小的一个方面 。其实对高速稳定性影响最多的还是轮胎抓地力和空气动力学上提供的向下压力以及车的重心 。
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轮胎抓地力来源于轮胎与地面的接触面积和轮胎材料配方;之后就是悬架,一个调校很好的悬架(刚度、阻尼、定位参数、变化轨迹等)在过弯的时候可以提供足够的侧向支撑力,即便车身倾斜,轮胎也能够保证其抓地力 。
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空气动力学设计:如同飞机机翼的设计,上平下凸,空气流动速度越快,压强越小,从而产生升力 。汽车车身只是反过来设计,上凸下平,空气在上部由于车身曲线阻碍流动,速度变慢,而底盘空气流动平顺,因此上部空气流动速度不如下方快,车辆就会被空气压力死死按在地上 。
重心:到底对质量有没有影响,答案是有,质量提供重力从而影响轮胎附着力,但是影响较小 。有些SUV车主觉得自己车重,开的快肯定稳,然而一款SUV与同平台的轿车相比即使质量占优,但是并没有轿车稳,就是因为重心比轿车要高,在高速过弯时重心更容易产生偏移 。


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