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Qu'est-ce qui fait que les rayons d'une roue de chariot « se déplacent » (tournent) dans le sens opposé de la roue de chariot elle-même ?

Qu'est-ce qui fait que les rayons d'une roue de chariot « se déplacent » (tournent) dans le sens opposé de la roue de chariot elle-même ?

Est-ce l'œil de mon esprit qui est le problème ou est-ce un "artefact" du film ? Je penserais que c'était l'œil de mon esprit car le support du film est purement analogique et non une représentation numérique qui existe pour se conformer à "ce qui devrait être" et non en fait à ce qui est vu visuellement.


Cela se produit lorsque la roue est observée sous forme d'image à travers un projecteur ou avec une lumière qui clignote périodiquement. Ce que vous voyez, ce sont essentiellement les effets additifs de deux fonctions périodiques, la première est la période du scintillement lumineux et la seconde est la période de rotation de la roue.

Ainsi, si la roue tourne à une fréquence qui est également divisible par la fréquence de la lumière, alors les rayons semblent être immobiles. S'il tourne plus vite, alors ils semblent se déplacer dans une direction. S'il tourne plus lentement, alors il semble se déplacer dans l'autre.

Sous éclairage domestique, les impulsions lumineuses sont à 60 Hz. La fréquence d'images des caméras vidéo est généralement de 24 Hz.


Comme John et Robin l'ont mentionné ci-dessus, il s'agit de la superposition de fonctions périodiques. Ces fonctions peuvent être une source de lumière oscillante telle qu'un éclairage CA 60 Hz (les centrales électriques fournissent de l'énergie électrique sous forme d'oscillations pour éviter l'augmentation de la résistance présentée par le courant continu), un appareil de capture d'images oscillant tel qu'une caméra vidéo ou les oscillations neuronales de votre rétine. et le cortex visuel primaire.

Commençons par passer en revue l'exemple où "l'illusion du rayon inversé" est causée par l'interaction de la rotation et de l'oscillation neuronale. On peut alors généraliser cela à toutes les formes de cette illusion.

Vous percevez un mouvement de rotation lorsque votre œil "prend des photos" d'un objet en rotation (nous utiliserons une roue tournant dans le sens des aiguilles d'une montre avec un seul rayon pour plus de simplicité) lorsqu'il se déplace. Si les rayons de chaque image sont légèrement dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport aux rayons de la dernière image, des zones de traitement visuel d'ordre supérieur dans votre cerveau en déduisent que la cause de cette différence systématique dans les images successives est la rotation physique de la roue. Vous vivez cela en conséquence.

Cependant, votre cerveau ne prend ces photos que si rapidement. Si la roue tourne lentement, les images successives sont très similaires, et il est facile de déduire la rotation horaire de la roue à partir de la série de petites différences de position des rayons. Cependant, comme la roue tourne de plus en plus vite, les rayons se déplacent de plus en plus loin entre les photos (la vitesse à laquelle ces photos sont prises est relativement fixe.) Parce que la roue tourne, il s'agit d'une fonction périodique. Chaque fois que la roue tourne une fois, elle est dans la même position qu'avant. Comme la roue continue de tourner plus vite, la vitesse à laquelle les photos sont prises est exactement la même que la période de rotation de la roue. À ce stade, chaque image aura exactement la même apparence, car la roue sera dans la même position sur chaque image. La roue semblera alors fixe et ne bougeant pas du tout. A d'autres vitesses, chaque photo sera prise lorsque le rayon de la roue est légèrement derrière (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) où il était dans la dernière image. Puisque le cerveau déduit le mouvement par la distance relative entre les images, cela signifiera que la roue se déplace dans la direction opposée !

Cet effet est multiplié par le nombre de rayons de la roue. Si les rayons sont visuellement indiscernables, alors cette période à laquelle la roue a la même apparence est le temps qu'il faut à la roue pour tourner une fois divisé par le nombre de rayons. Une roue à 5 rayons n'aura besoin de tourner que 1/5e plus vite pour que le même effet se produise.

Vous pouvez maintenant imaginer comment ce phénomène se présenterait dans d'autres contextes avec des oscillations en interaction. Dans le cas de l'éclairage domestique, les oscillations du courant électrique servent effectivement d'heures auxquelles les photos sont prises (bien que ce soit un peu plus compliqué car il y a trois ensembles d'oscillations qui interagissent, puisque votre cerveau ne prend toujours des photos qu'à un certaine vitesse.) La même chose se produit lorsqu'un appareil photo numérique ou argentique prend des photos à une certaine fréquence.

Ces articles approfondissent les recherches scientifiques qui ont été faites sur ce phénomène : article Wikipedia, un document de recherche pertinent.

Ces pages sont sympas car elles construisent un peu plus d'intuition pour les effets de superposition et de convolution de fonctions périodiques : page math, acoustique par exemple.

Faites-moi savoir si vous pouvez utiliser des illustrations visuelles de l'effet.


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