História do pré-cinema
Blog criado para a matéria Comunicação e Informação – Desenho Industrial (UFES 2009/2)

Persistência Retiniana

 I. INTRODUÇÃO 

      Em 1895, os irmãos Lumière criaram o cinematógrafo, marcando o início do cinema. Pouco depois, em 1906 o inglês James Stuart Blackton realiza a filmagem daquele que muitos historiadores consideram o primeiro filme de animação: Humorous Phases of a Funny Face. Mas a história da animação pode ser estudada antes desta data. Antes que Blacton realizasse seu filme outros tentaram alcançar a técnica da animação e para isso desenvolveram estudos e brinquedos ópticos que forneciam a ilusão do movimento. 

 

      O conceito de persistência retiniana é conhecido desde o Antigo Egito e apesar dos trabalhos desenvolvidos por Isaac Newton e o Cavaleiro d’Arcy, só em 1824 é que Peter Mark Roget definiu-o satisfatoriamente como a capacidade que a retina possui para reter a imagem de um objeto por cerca de 1/20 a 1/5 segundos após o seu desaparecimento do campo de visão, ou seja, é a fração de segundo em que a imagem permanece na retina.  

 

 

 

  

 

 

 

      Por muito tempo acreditou-se que este fenômeno fisiológico fosse o responsável pela síntese do movimento. Chegou-se a conclusão que ele constitui, aliás, um obstáculo à formação das imagens animadas, pois tende a sobrepô-las na retina, misturando-as entre si. O que salvou o cinema como aparato técnico foi a existência de um intervalo negro entre a projeção de um fotograma para o outro, permitindo atenuar a imagem persistente que ficava retida pelos olhos. O fenômeno da retina explica apenas uma coisa no cinema, que é o fato justamente de não se ver esse intervalo negro.  

 

II. O OLHO HUMANO E A PERSISTÊNCIA RETINIANA 

 

 

 

       O olho humano é um mecanismo complexo desenvolvido para a percepção de luz e cor. É composto basicamente por uma lente e uma superfície fotossensível dentro de uma câmera, grosseiramente comparado a uma máquina fotográfica. 

 

   

 

 

 

olho 

 

         

 

      Quando olhamos na direção de algum objeto, a imagem atravessa primeiramente a córnea, uma película transparente que protege o olho. Chega, então, à íris, que regula a quantidade de luz por meio de uma abertura chamada pupila. Quanto maior a pupila, mais luz entra no olho. 

 

  

 

celulas

 

 

    

 

      Passada a pupila, a imagem chega a uma lente, o cristalino, e é focada sobre a retina. A lente do olho produz uma imagem invertida, e o cérebro a converte para a posição correta.  Na retina, mais de cem milhões de células fotorreceptoras transformam as ondas luminosas em impulsos eletroquímicos, que são decodificados pelo cérebro. 

 

   

 

 

 

pupila 

 

      Essas células fotorreceptoras podem ser classificadas em dois grupos: os cones e os bastonetes.  Os bastonetes são os mais exigidos a noite, pois requerem pouca luz para funcionar, mas não conseguem distinguir cores.  As células responsáveis pela visão das cores são os cones. 

 

  

 

bastonete

 

 

   

 

 

 

      As células fotossensíveis da retina, os cones e bastonetes, transformam a energia luminosa em impulsos bio-elétricos, e estes são enviados para o cérebro, que então os interpreta como imagem. Por isso, em última análise, poderíamos dizer que é o cérebro que realmente “vê”. Mesmo depois de o cérebro ter recebido os impulsos, a retina continua mandando informações, por aproximadamente 1/10 de segundo após o último estímulo luminoso. Por este motivo, se uma imagem for trocada numa velocidade maior do que esta, elas tendem a fundir-se no cérebro, provocando a sensação de movimento contínuo.  

 

 

 

  

 

 

 

Experiências que demonstram este princípio: 

 

1. Fixar o ponto que se encontra sensivelmente ao centro de cada imagem (fig.1 e 2) durante aproximadamente 30 segundos, sem pestanejar. De seguida, deve-se olhar para uma superfície branca (tecto ou folha branca).  

 

Aparecer-nos-à a imagem em negativo – isto é, se o objecto for escuro ele apareçerá claro, se for claro aparece escuro. 

 

O físico belga Joseph Plateau ficou cego, quando ao testar a capacidade da resistência da retina, fixou o sol durante 20 minutos. 

 

2. Fazer rodar uma moeda – consegue-se ver as duas faces ao mesmo tempo (obtem-se melhores resultados iluminando a moeda de forma a que esta reflita a luz que lhe está a incidir).  

 

 

 

Ilusão de óptica  

 

 

 

III. A ILUSÃO DE MOVIMENTO NO CINEMA 

 

      Podemos definir tecnicamente o cinema como uma sucessão de imagens numa tela, obtidas por projeção óptica, em que se tem a sensação, pela troca rápida de imagens, de um movimento contínuo. O instrumento utilizado para captação de imagens é a câmera cinematográfica, composta por elementos óticos e mecânicos. 

 

      A razão pela qual esse sistema simula, ou antes, reproduz um movimento através de uma ilusão é motivo de certa controvérsia. Tradicionalmente, a mais aceita teoria que explica a sensação de movimento é a chamada Persistência da Retina, fenômeno pela primeira vez descrito em 1826 pelo médico Peter Mark Roget. Este fenômeno consiste na capacidade da retina em manter por uma fração de segundo uma imagem, mesmo depois desta haver mudado. 

 

      Assista à explicação do Professor de física Amadeu (O Mago da Física).  

 

 

 

  

 

 

 

      Embora os primeiros filmes mudos utilizassem uma velocidade de 16 ou 18 quadros/segundo, com o surgimento do som esta velocidade teve de ser aumentada para 24 quadros/segundo, em parte para atender às necessidades de qualidade da nova banda sonora.  

 

                                                                                                      Persistência retiniana

 

 

      Foi o físico belga Joseph-Antoine Plateau quem mediu pela primeira vez o tempo da persistência retiniana, por volta de 1830, permitindo assim que diversos aparelhos de reprodução de imagens em movimento pudessem ser desenvolvidos, como o Taumatropo, o Praxinoscópio, o Zootropo, Fenaquistoscópio, além do próprio Kinetoscópio de Edison e o Cinematógrafo dos irmãos Lumière.  

 

 

 

      Outra teoria é citada por Arlindo Machado em seu livro Pré-Cinemas e Pós-Cinemas, segundo o qual o psicólogo Max Wertheimer em 1912 descobriu um fenômeno de ordem psíquica a que ele denominou Phi: “se dois estímulos são expostos aos olhos em diferentes posições, um após o outro e com pequenos intervalos de tempo, os observadores percebem um único estímulo que se move da posição primeira à segunda.”  

 

 

 

      Esta teoria não invalida a persistência retiniana e pode ser interpretada de diferentes maneiras: ou apenas postula ser um fenômeno psíquico e não físico, ou ainda é um fenômeno complementar, cuja sensação pode ser advinda justamente da persistência retiniana. Há autores que consideram um engano comparar o fenômeno Phi com o da Persistência Retiniana, pois seriam duas análises, sob interpretações diferentes, do mesmo objeto.  

 

 

 

      Ambos os casos, na verdade, não modifica em nada o fato do cinema se valer de uma falha da visão para criar a ilusão de movimento.  

 

 

 

O fenômeno Phi segundo as linhas da Gestalt 

 

 gestalt 

 

  

 

 

      A síntese do movimento é explicada através de um fenômeno psíquico, e não óptico ou fisiológico analisado por Max Wertheimer (teórico da Gestalt) e Hugo Munsterberg (não academicista) entre 1912 e 1916 e ao qual se deu o nome de fenômeno Phi. Este providencia uma ponte mental entre as figuras expostas aos olhos permitindo ver uma série de imagens estáticas como apenas um movimento contínuo, isto é, se duas imagens são expostas aos olhos em diferentes posições uma após a outra e com pequenos intervalos de tempo, os observadores julgam que se trata de apenas uma imagem que se move da primeira para a segunda posição.  

 

      Wertheimer procurou demonstrar a veracidade deste princípio através da seguinte experiência.
      Ele projetou sucessivamente dois pontos luminosos em uma tela; via-se um ponto surgir imóvel na primeira posição, desaparecer, voltar a aparecer imóvel na segunda posição, desaparecer, voltar a surgir na primeira etc. Mas, diminuindo o tempo de exposição, entre um e outro ponto, verificou que se passava a ver apenas um ponto que se movia de um lado a outro da tela. Diminuindo ainda mais o tempo de exposição entre a projeção dos pontos, percebiam-se então dois pontos imóveis vistos simultaneamente. A esse fenômeno – aparecimento de movimento quando não há movimento físico correspondente – Wertheimer denominou phi-fenômeno (ou fi-fenômeno). A razão de ser do nome foi evitar qualquer tipo de preconceito na explicação do fenômeno, mesmo através do nome (muitos davam a esse fenômeno a denominavam de movimento aparente uma vez que o mesmo não ocorria no plano físico).
  

 

      Como explicar esse efeito? (…) A única possibilidade de solução foi encarar essa percepção como uma percepção original, que não é nem uma somo, nem uma síntese de sensações, nem uma interpretação por meio de crenças, mas apenas uma visão do movimento como tal, imediatamente dado. Essa visão não poderia, de modo algum, ser condicionada à experiência humana anterior como movimentos fisicamente reais, pois em termos psicológicos o movimento do tipo phi é tão real quanto qualquer movimento físico.  

 

IV. SÍNTESE DO MOVIMENTO   

 

24 fotogramas por segundo (f.p.s.)  

 

horses   

 

      Tecnicamente, o sistema de tração de uma câmera nada mais faz do que registrar fotograficamente uma quantidade de imagens num curto intervalo de tempo. Na captação, a troca rápida permite obter um filme com as sucessivas partes de um movimento congeladas, e na projeção, essas partes são vistas como um contínuo movimento. Este sistema pode variar sua velocidade de captação (e conseqüentemente de projeção) enormemente, pois desde 1/10 de segundo de exposição, qualquer velocidade já seria suficiente para dar impressão de movimento. Entretanto, é sabido que quanto maior for esta velocidade (considerando iguais na captação e na projeção), melhor ficaria a qualidade do movimento registrado, pois equivaleria a dividir em mais quadros e, portanto, mais precisamente um movimento qualquer.  

 

Muybridge_race_horse_animated
 Animação da corrida de um cavalo feita com 15 quadros, pelo pioneiro Eadweard Muybridge que estudava o ser humano em movimento.
 
horses 2

Quadros utilizados para compor a animação

      Entretanto, utilizar uma velocidade muito alta significa muito mais quantidade de filme para capturar o mesmo tempo de um movimento, e a relação entre o custo e o benefício não justificam grandes velocidades de captação, de maneira que o cinema mudo se utilizava de 16 a 18 fotogramas por segundo.  

 

Animexample
Animação com 12 quadros por segundo
Animexample2
Mesma animação com 1 quadro por segundo
q a q

Quadros utilizados para compor as animações

      A padronização dos 24 f.p.s veio com o cinema sonoro, quando da invenção do Sistema Movietone, ou som gravado diretamente na película. Isso aconteceu porque a projeção em 16 ou 18 f.p.s sonoros causavam grandes distorções no som, pela pouca velocidade com que a película passava no leitor óptico do projetor. Assim, era necessário aumentar a velocidade da projeção para que o som respondesse satisfatoriamente. Mas aumentar a velocidade de projeção exige também que se aumente o padrão de captação, pois ambos devem rodar na mesma velocidade para simular um movimento corretamente (a não ser que se queira câmera lenta ou câmera rápida, conforme explicado adiante).  

 

      E assim, a melhor relação custo/benefício entre a qualidade do som e o gasto com película foi calculado em 24 f.p.s.  

 

ANIMEHORSE  

 

Velocidade de Captação  

 

      A alteração na velocidade do mecanismo grifa/obturador permite dois efeitos comuns em cinema: Câmera Lenta e Câmera Rápida. Levando-se em conta que a velocidade padrão de projeção é 24 f.p.s, quando filmamos a mais fotogramas por segundo, por exemplo, 48 f.p.s., estamos capturando imagens no dobro da velocidade de projeção, e, se esta não for alterada, estamos fazendo Câmera Lenta.  Levando-se em conta esta velocidade padrão de projeção, qualquer velocidade acima dela terá como efeito ou resultado a câmera lenta, em diferentes graus.  

 

      Em contrapartida, considerando o mesmo padrão 24 f.p.s, e filmamos a menos quadros por segundo, como por exemplo, 12 f.p.s, temos então a metade das imagens que teríamos a 24 f.p.s, mas sendo projetado sempre a 24 f.p.s. A isto corresponde a Câmera Rápida.  

 

      A nomenclatura em português é dada segundo a projeção, ou seja, ao vermos o movimento mais lento, chamamos de câmera lenta. Mas em inglês, esta nomenclatura é dada segundo a captação, sendo a indicação para câmera lenta High Speed, e câmera rápida, Low Speed, pois na câmera lenta a velocidade de captação é maior e vice-versa.  

 

      É importante frisar que estas medidas são consideradas levando-se em conta a velocidade de projeção 24 f.p.s., que, se for alterada, também por conseqüência os valores das câmeras lentas e rápidas sofrerão alteração.  

 

V. A COMPROVAÇÃO DA PERSISTÊNCIA RETINIANA POR MEIO DOS BRINQUEDOS ÓPTICOS  

 

img   

 

      Mesmo sem o conhecimento técnico da persistência retiniana, os chineses desenvolveram os Jogos de Sombras por volta de 5000 a.C. Experiências posteriores como a câmara escura e a lanterna mágica constituem os fundamentos da ciência óptica, que torna possível a realidade cinematográfica.  

 

     Para captar e reproduzir a imagem do movimento foram construídos vários aparelhos baseados no fenômeno da persistência retiniana, a partir da compreensão de tal fenômeno, começaram a surgir os primeiros aparelhos de animação baseados neste princípio.  

 

      Através dos anos com o avanço dos estudos vários foram os experimentos que tentaram captar a imagem e o movimento.  

 

     Em especial, falaremos sobre o Taumatrópio, do Praxinoscópio e do Zootropo que foram os primeiros brinquedos ópticos construídos que permitiram a comprovação do efeito da persistência retiniana.  

 

 

Taumatróscopio  

 

Construção:  

 

      A palavra taumatrópio significa “que se transforma em algo maravilhoso”. Quando fazes girar o taumatrópio, as duas TAUMATROPOimagens passam rapidamente à frente dos teus olhos, misturando-se numa única imagem.   

 

      Recorta dois círculos em cartolina com um diâmetro à escolha (7,5cm, por exemplo).
      Desenha agora as imagens e cola os discos de modo a que cada imagem fique numa face e invertidas.
  

 

      Coloca por fim os elásticos em buracos na parte lateral.  

 

     Experimenta o efeito final do teu taumatrópio.  

 

  

 

      O Taumatróscopio trata-se de um disco com duas figuras diferentes desenhadas uma em cada lado, mas em posições invertidas. Cada extremidade do disco possui um pedaço de fio. Quando se faz girar o disco rapidamente sobre o fio esticado, as duas imagens parecem estar sobrepostas dando a ilusão de se tratar apenas de uma figura. Quanto mais depressa o disco girar, maior será a ilusão criada. O taumatrópio foi criado em 1825, pelo físico londrino, Dr. John Ayrton Paris, para demonstrar o fenômeno de persistência retiniana.  

 

Fenaquistoscópio   

 

      O Fenaquistoscópio consiste num disco preso pelo centro com um arame ou uma agulha grossa de forma a poder-se fazê-lo girar rapidamente. Nas extremidades do disco, e entre as ranhuras, eram desenhadas 16 figuras em posições diferentes, mas seqüenciais. O observador só tinha de segurar o disco em frente a um espelho com as imagens voltadas para este. Olhando através das ranhuras e girando o disco, as figuras adquirem movimento, era então possível obter uma seqüência de imagens animadas.  

 

     Este aparelho foi inventado e m 1832, pelo físico belga Joseph Antoine Plateau, que se inspirou nos trabalhos desenvolvidos por Peter Mark Roget e Michael Faraday. Plateau foi o primeiro a medir o tempo da persistência retiniana, e a reconhecer que o olho e o cérebro necessitavam de um período de descanso entre as imagens, e percebeu que existia um número ótimo de imagens por segundo para produzir uma imagem animada, determinando que eram necessárias 16 imagens.  

 

  

 

Zootroscópio ou Daedalum  

 

001
Zootropo

      O Zootroscópio ou Daedalum descreve-o como sendo um cilindro oco tendo rasgadas nas bordas superiores um certo número de fendas espaçadas regularmente uma das outras. Qualquer desenho colocado no interior dos intervalos situados entre as fendas é visível através das fendas opostas. Se esses desenhos reproduzem as fases sucessivas de uma ação obtém-se, fazendo girar o cilindro, o mesmo efeito de movimento que se observa com o Fenaquistiscópio e/ou Estroboscópio, não havendo a necessidade de colar o olho ao aparelho, já que quando gira parece transparente e várias pessoas podem simultaneamente admirar o fenômeno.  

 

      O Daedalum foi rapidamente comercializado e passou-se a denominar de Zootroscópio. Forneciam-se com o aparelho coleções de fitas com desenhos que se colocavam e se substituíam na face interior do cilindro. Inventado em 1834 por William George Horner, partindo dos estudos de Simon Stampfer, trata-se de mais um dos brinquedos ópticos que permite visionar um movimento contínuo ou em ação cíclica.  

 

  

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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