Почему мы видим фильмы, и как устроен кинотеатр с точки зрения науки: магия кино
Красная ковровая дорожка, вспышки фотокамер, торжественное открытие и… долгожданный кинозал с проектором и большим экраном. Это Международный кинофестиваль авторского кино «Дух огня», который проходит в Ханты-Мансийске при поддержке энергетиков. Вот почему сегодня мы тут, но интересуют нас не звезды шоу-бизнеса (хотя увидеть живьем актрису Юлию Пересильд — особая удача!), а то, как устроено кино с точки зрения науки. Какие физические явления и оптические эффекты позволяют нам смотреть фильмы, как устроен проектор, и чем обусловлена магия кино?
Инерция зрения
Проходим в кинозал и усаживаемся в кресло: сейчас покажут фильм «Как звезды» режиссера Марии Лойтер. По окончанию фестиваля он получит приз зрительских симпатий, но пока мы об этом не знаем и завороженно смотрим на экран, где видим плавное движение объектов в ритме реальной жизни. На самом деле кино — это набор статичных кадров, читай — фотографий, сменяющихся с высокой скоростью. Оптическая иллюзия движения возникает благодаря инерции нашего зрения — эффекту персистенции. Из-за него, например, крутящиеся лопасти вертолета кажутся почти цельным размытым кругом.
Нашему мозгу нужна 1/16 секунды на запись в «оперативную память» одного отдельного изображения и на его интерпретацию. Если кадры сменяются быстрее, то воспринимаются как непрерывное движение. Однако некоторая иллюзия плавности начинается уже со скорости 12 кадров в секунду — это стандарт создания анимации.
Кинематографический стандарт — 24 кадра в секунду. Он появился, когда на картинку впервые наложили звук. Немое кино ради экономии пленки снимали с меньшей частотой, которую увеличивали вручную во время показа. Частота звука при таком способе выросла бы вместе с частотой смены картинки, и вместо мужского баса зрители могли услышать женское сопрано. Пришлось увеличить число кадров до 24 в секунду. Этот стандарт используется и сегодня, хотя глаз хорошо воспринимает и 30, и 60 кадров в секунду.
В кино частоту 60 кадров и выше используют главным образом для съемок фильмов со множеством визуальных эффектов. Чем больше кадров умещается в секунде экранного времени, тем больше информации получают наши глаза и тем более реалистичным кажется изображение. При этом видео со скоростью 120 кадров в секунду может стать дискомфортным для продолжительного просмотра из-за неестественной резкости в движениях.
Магия кино
Система «глаз-мозг» считывает изображение с инерцией из-за пути световых лучей, отраженных от объектов окружающего мира и несущих о них информацию. Сначала лучи проникают в глаз через узкое отверстие — зрачок, — затем преломляются и фокусируются внутри зрительного органа, формируя перевернутое изображение на сетчатке — задней стенке глаза. Затем мозг интерпретирует картинку, снова переворачивая ее в исходный вид. По тому же принципу работают фотоаппараты и видеокамеры.
Предком съемочного оборудования была камера-обскура — светонепроницаемый ящик с отверстием постоянного диаметра (около миллиметра) на одной стенке и экраном на противоположной. Свет проходил через отверстие как через зрачок глаза и формировал перевернутое изображение свечи или лампочки на задней стенке.
Эффект камеры-обскуры можно увидеть в летний солнечный день, когда через узкую щель в двери подъезда проникают тонкие лучи света. Понаблюдайте: на противоположной стене они рисуют перевернутую «фотографию» двора.
Устройство современных камер больше напоминает строение глаза. Расширяясь и сужаясь, как зрачок в зависимости от количества попадающего света, диафрагма аппарата регулирует количество лучей, проникающих внутрь объектива. Свет проецируется на регистрирующий элемент — аналог сетчатки и задней стенки камеры-обскуры. В пленочных камерах это пленка, а в цифровых — светочувствительная микросхема, которую называют матрицей.
Елена Иванова
оператор, член жюри кинофестиваля «Дух огня»
Как оператор я влюблена в пленку. Она дает бо́льшую глубину цвета, художественную зернистость, передает атмосферу лучше, чем цифра, и позволяет снимать даже в экстремальных погодных условиях. Поэтому при возможности большинство режиссеров выбирают пленку.
«Однако на полнометражный фильм уходит 20–30 тысяч метров пленки, — объясняет Елена, — а ошибок с освещением и композицией она не прощает: «вытащить» экспозицию при проявке или сделать десятки дублей не получится. Если результат, снятый на цифру днем, мы увидим в этот же день, то пленку нужно упаковать, доставить на поезде (не на самолете, чтобы не просвечивать на контроле!), проявить, смонтировать, сделать копии, оцифровать — это несколько дней. В итоге снимать на нее несравнимо дороже».
Попасть на большой экран
Зал кинотеатра снова погружается в темноту, зрители готовятся к просмотру фильма «Тропа» режиссера Михаила Кулунакова. Позже он получит специальную награду «За сохранение культурных традиций» от генерального партнера кинофестиваля — компании «Газпром нефть», — а пока на экране мы видим первые кадры фильма благодаря единственному в зале источнику света — яркой лампе проектора. Чем больше размер изображения, тем мощнее световой поток. Мощность ламп в проекторах кинотеатров может достигать 6500 ватт: это в тысячу раз больше мощности светодиодной лампочки в вашей люстре.
Раньше в аналоговых проекторах направленный на пленку световой поток фокусировали оптической линзой. Она концентрировала луч на кадре, превращая его в источник света, и затем проецировала изображение на экран в увеличенном виде, словно в камере-обскуре.
Вместо пленки в современных микрозеркальных проекторах установлена матрица размером не более трех сантиметров. Она покрыта миллионами алюминиевых зеркал размером в одну тысячную человеческого волоса — каждое отвечает за отдельный пиксель изображения.
Матрица получает запрограммированный электронный сигнал, открывающий или закрывающий зеркала. Если на экране должен быть белый пиксель — зеркало поворачивается в сторону объектива, если нужно отразить черный — в сторону светопоглощающей поверхности. Для добавления других цветов и оттенков световой луч проходит через фильтр. Отраженные лучи ежесекундно создают определенный набор из миллионов точек, которые образуют целостное изображение — кинокадр.
В более распространенных проекторах с жидкокристаллическим дисплеем тоже используются микрозеркала, но световые лучи образуются сразу тремя матрицами — с красным, синим и зеленым цветовыми спектрами (RGB). С помощью системы фокусирующих линз три световых потока объединяются в один и через объектив транслируются на светящийся экран. Оттуда изображения попадают на сетчатку восторженных зрительских глаз, и начинается та самая магия кино.
