استروبوسکوپ – جلسه اول
اهداف:
آشنایی با فرکانس، مکانیزم چشم، نحوه ساخت انیمیشن ها، معرفی استروبوسکوپ
وسایل لازم: اتاق تاریک
مقدمه:
آیا تاکنون به این فکر افتاده اید که کارتون های تلویزیون را چگونه می سازند؟
برای جواب دادن به این سوال، در گوشه دفتر خود یک دایره بکشید. در صفحه بعدی دایره ای بکشید که به اندازه نیم میلی متر از دایره قبلی بالاتر باشد. همین کار را برای 50 صفحه اول دفتر تکرار کنید.
حال به دایره خیره شوید و دفتر را سریع ورق بزنید. ملاحظه خواهید نمود که دایره به صورت متحرک به نظر خواهد رسید و به سمت بالا حرکت خواهد نمود.
اساس ساخت کارتون های تلویزیونی نیز همین گونه می باشد، اگر به جای دایره یک شخصیت کارتونی بکشید و در صفحات بعد موقعیت و حالت دست و پا و چهره آن را تغییر دهید. با ورق زدن سریع دفتر، مشاهده خواهید کرد که شما یک شخصیت کارتونی متحرک ساخته اید.
ولی آیا می دانید برای تولید یک کارتون خوب، باید دفتر خود را با چه سرعتی ورق بزنید یعنی در هر ثانیه چند عدد از این نقاشی ها باید از جلویچشم انسان عبور کند تا انسان آن را به صورت پیوسته ببیند؟
برای پاسخ دادن به این پرسش، ابتدا واژه ی فرکانس را به شما معرفی می کنیم. فرکانس تعداد تکرار یک اتفاق در واحد زمان می باشد. برای محاسبه فرکانسی ثابت کافی است تعداد دفعات وقوع یک اتفاق را در یک بازه زمانی بشماریم و این عدد را بر طول آن بازه زمانی تقسیم کنیم.
واحد اندازه گیری فرکانس هرتز می باشد. یک هرتز به این معنی می باشد که یک واقعه با سرعت یک بار بر ثانیه رخ می دهد.
پس اگر بخواهیم سوال مطرح شده را به صورت علمی تر بیان کنیم، باید بپرسیم که برای ساخت یک کارتون مناسب، تصویر(نقاشی ها) باید با چه فرکانسی تعویض گردند؟
جواب:
هر ناظری با چشمان خود به وقایع می نگرد و هر چشمی دارای فرکانسی مشخص می باشد که این فرکانس نشان می دهد آن ناظر چند تصویر را در ثانیه می تواند دریافت نموده و درک کند.
فرکانس چشم انسان برابر 24 هرتز می باشد. یعنی زمانی که 24 تصویر در یک ثانیه از مقابل چشم ما عبور کند، ما آن را پیوسته می بینیم و اگر تعداد تصاویر کمتر از 24 عدد در ثانیه باشد، ما آن را بریده بریده و غیر پیوسته خواهیم دید.
برای مثال اگر پره ی پنکه با سرعت 50 دور بر ثانیه دوران کند، چشم انسان آن را به صورت یک دایره ثابت مشاهده خواهد نمود.
پره یک فن در حال چرخش با سرعت بالا
به عنوان مثال دیگر می توان به تصویر تلویزیون یا نور لامپ مهتابی اشاره نمود. هم نور تلویزیون و هم نور لامپ مهتابی فرکانسی معادل 60 هرتز دارند، یعنی در ثانیه 60 بار روشن و خاموش می شوند، ولی چون فرکانس چشم ما 24هرتز است، نور آنها را به صورت یکنواخت مشاهده می کنیم و متوجه خاموش و روشن شدن آنها نمی شویم.
حال آیا می توانید با توجه به مطالب فوق به سوال زیر پاسخ دهید؟
اگر پره پنکه با فرکانسی دقیقا برابر با فرکانس چشم انسان بچرخد (یعنی 24 دور بر ثانیه) چشم انسان آن را به چه صورت خواهد دید؟
فرکانس چشم انسان 24 هرتز است یعنی هر ثانیه 24 تصویر یا هر 
البته یک عکس از محیط می گیرد.
حال اگر فرکانس چرخش پره پنکه نیز htz24 باشد، هر ثانیه یک دور خواهد چرخید می چرخد و به جای اول خود خواهد گشت.
لذا چشم ما تمام تصاویر دریافتی از پنکه را یک جور خواهد دید و لذا پنکه به نظر ما ثابت خواهد آمد.
آیا تا به حال به هواکش در حال کار یا چرخ خودرو در حال حرکت دقت کرده اید؟
حتما مشاهده کرده اید که پره هواکش یا چرخ خودرو گاهی اوقات ثابت به نظر می آیند. دلیل این پدیده همان چیزی است که در بالا توضیح داده شد.
یعنی در آن زمان فرکانس چرخش فن یا چرخ خودرو برابر مضربی از فرکانس چشم شما می باشد.
حال فرض کنید یک جسم در حال حرکت داریم و می خواهیم نوشته ای که روی آن ثبت شده برای مثال شماره سریال آن را بخوانیم و یا ترک های احتمالی ایجاد شده بر روی آن را بررسی نماییم و کاهش سرعت دوران آن جسم نیز یا امکان پذیر نباشد یا اینکه بسیار پرهزینه باشد.
به عنوان مثال اگر بخواهید پره ی یک توربین آبی را از حرکت متوقف کنید، باید هزینه زیادی پرداخت کنید و کل نیروگاه را از کار بیاندازید. به نظر شما برای خواندن این جور نوشته ها و یا مشاهده دقیق این سطوح چه راه هایی به غیر از متوقف نمودن آن ها وجود دارد؟
شافت یک نیروگاه آبی در حال چرخش با سرعت زیاد
شکل فوق، عکس شافت یک نیروگاه آبی را نشان می دهد. این شافت با سرعت 90 دور بر دقیقه (1/5 دور بر ثانیه) می چرخد.
به نظر شما چگونه می توان نوشته های روی آن را مطالعه نمود یا سطح آن را از لحاظ خراشیده شدن یا ترک خوردن بررسی نمود؟
با توجه به مطالب بیان شده در این جلسه، اگر بتوانیم آنرا توسط چشمی که فرکانس آن 1/5 هرتز است مشاهده کنیم، آنرا ثابت خواهیم دید.
ولی چشم ما که 24 هرتز است! پس چه باید کرد؟
حال فرض کنید که کل محیط را تاریک کنیم و هر 1/5 ثانیه، یک فلاش بزنیم. با این کار چشم ما در هنگام تاریکی چیزی مشاهده نمی کند. ولی با هر فلاش که زده می شود چشم برای کسر کوچکی از ثانیه اطراف خود را می بینید و تا فلاش بعدی چیزی مشاهده نمی کند.
پس اگر ما این فلاش ها را به گونه ای بزنیم که هر بار که نوشته مورد نظر به جلوی چشم ما آمد فلاش زده شود، چشم ما آن نوشته را به صورت ثابت مشاهده خواهد نمود. استروبوسکوپ وسیله ای است که قادر است این فلاش ها را با فرکانس مورد نظر ما بزند.
حال آزمایشی انجام دهید تا با نحوه عملکرد استروبوسکوپ بهتر آشنا شوید. با یکی از دوستانتان داخل یک اتاق تاریک بروید. از دوست خود بخواهید هر ثانیه یک بار دستان خود را به هم بزند. حال شما چراغ اتاق را هر ثانیه 1 بار خاموش و روشن نمایید.
با این کار (هر 1 ثانیه یک بار با سرعت بالا روشن و خاموش نمایید) دستان دوستتان را ثابت خواهید دید ولی صدای دست زدن او به گوش شما خواهد رسید. مکانیزم عملکرد استروبوسکوپ نیز دقیقا به همین صورت می باشد.
تکلیف:
برای جلسه آینده فرکانس چشم 4 موجود زنده غیر از انسان را پیدا نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: برای بازدید می توانید به یکی از نیروگاه های آبی بروید و صحت مطالب گفته شده را برسی نمایید.
منابع مطالعه: متن زیر حاوی مطالبی درباره تاریخچه انیمیشن می باشد.
