Persistence of Vision（残像現象）は、日常生活、特に映画やアニメーションにおける動きや連続的なものを、私たちがどのように知覚するかに関連した光学現象です。これは、映像が消えた後、脳がその映像を短時間維持する能力のことで、私たちは、素早く変化する一連の画像を、別々の切り離されたフレームとして見るのではなく、滑らかで連続した動きとして認識することができるのです。
残像現象を理解することで、私たちが映画やアニメーション、その他の視覚的エンターテインメントをどのように見ているかを知ることができます。例えば、パラパラ漫画やアニメーションが、静止画の羅列ではなく、滑らかな動画のように見えるのは、残像現象があるからなのです。
残像理論によると、人間の目と脳は、一連の静止画像から滑らかな動きの体験を作り出すために連携していると考えられています。ある画像が網膜に投影されると、その画像は約25分の1秒の間とどまり、やがて消えていきます。その時間内に別の画像が映し出されると、2つの画像は融合し、脳はこれを連続した動きとして解釈するのです。
この理論は、目の錯覚を利用して動きのあるように見せるため、アニメーションや映画制作には欠かせません。通常、映画では1秒間に24コマの画像を連続して見せることで、脳は別々の静止画像ではなく、連続した動きとして錯覚します。
視覚の残像を理解するためには、私たちの目と脳が視覚情報をどのように処理しているかを知る必要があります。まず目の奥にある網膜には、光をとらえて電気信号に変える細胞があります。そして、その信号が脳に送られ、脳がそれを映像として解釈するのです。
しかし、見るというプロセスは即座に行われるものではありません。脳が視覚情報を処理するのにほんのわずかな時間がかかるため、画像はしばらくの間網膜上にとどまります。この短時間の遅れが、残像感の原因となるのです。古い映像が完全に消える前に新しい映像が現れると、2つの映像が重なり、連続した動きがあるように見えます。
この現象は、明滅する光が安定して見える周波数を示す、明滅融合閾値など他の光学効果と密接に関連しています。こうした効果により、映画やアニメーションが滑らかで流れるように見えるのです。ヴェリタシウムはこのテーマについて、動画で的確に説明しています：
視覚の残像は、単なる人間の知覚の性質というだけでなく、現実世界での影響や自然界で起こる現象でもあります。例えば、暗闇で線香花火を振ると、光の軌跡が残るように見えます。これは、線香花火が動いた後、明るい光のスポットがしばらく網膜に残るためで、連続した線のように見えるのです。
自然界では、視覚の残像を利用して生き延びる動物もいます。例えば、ある種の肉食動物が連続して素早く動くと、その動きがぼやけてしまい、獲物からはっきりと見えにくくなることがあります。同様にテクノロジーの世界でも、これと同じ効果がテレビ画面やバーチャルリアリティヘッドセットなどに利用され、滑らかな視覚体験を生み出しているのです 。
視覚の残像の典型的な例として、線香花火の軌跡が挙げられます。火のついた線香花火を振ると、空中に連続した光る線があるように見えますが、これは、線香花火が実際にその場所にあるよりも少し長い時間、網膜に明るい点がとどまるために起こります。
この効果は単なる面白い錯覚ではなく、私たちの脳がいかに残像に惑わされているかを明らかにしています。あなたが見ている連続した線は、実際にはそこにあるのではなく、あなたの脳が線香花火の素早い動きの間の隙間を埋めることによって作り出されたものなのです。
ライトペインティングもまた、光の残像を応用したものです。この撮影技法では、長時間露光しながらカメラの前で光源を動かすことで、光の軌跡が画像に「描かれた」ように見えます。カメラのシャッターを長時間開き続けることで、フレーム内で動く光源が光の道を作り出し、効果的に光で絵を描くことができるのです。
この技法は芸術や写真において、美しい異世界のようなイメージを作り出すためによく使われます。見る人の目が残像として動きを滑らかにとらえるため、光の軌跡が流れるような、滑らかなものに見えるのです。
ニュートン・ディスクとも呼ばれるこのカラートップは、視覚の持続性がどのように働くかを示す簡単な装置です。この円盤はさまざまな色で塗られており、素早く回転させると、私たちの目の中で色が混ざり合い、あたかもひとつの色のように見えます。例えば、赤、青、黄色で塗られた円盤は、速く回転すると白に見えるかもしれません。
ニュートン・ディスクは、視覚の残像性によって、私たちの脳が、異なる色を次々と素早く見せられたときに、どのようにして1つの色に混ぜることができるかを示しています。これは単に面白い科学現象というだけでなく、私たちがスクリーンやその他の技術でどのように色を知覚しているかを説明するものでもあります。
映画やテレビ、デジタルディスプレイなど、スクリーン上の動きの知覚は、視覚の残像性に大きく依存します。映画では通常、動きは1秒間に24フレームで表示されますが、これは私たちの脳がそれを滑らかで連続的なものとして認識するのに十分な速さです。同じ原理がアニメーションにも当てはまり、一連の画像を素早く表示することで、動いているように見えるのです。
この仕組みは非常に効果的に機能し、古いアニメーションのようにフレーム数が少なくても、私たちの脳は隙間を埋めて滑らかな動きとして認識することができます。高いフレームレートのビデオやバーチャル・リアリティといった現代のテクノロジーは、この効果を利用して、よりリアルで没入感のある映像体験を生み出しているのです。
映画撮影とアニメーションは、視覚の持続性がどのように機能するかを示す良い例です。映画では、一連の静止画像（フレーム）を1枚の動画として認識するほどのスピードで素早く表示し、見る側の脳が連続した動きとして認識しています。
アニメーションでは、この原理を使って動きを作り出します。従来のアニメーターは、コマとコマの間にわずかな変化をつけながら、1つ1つのコマを手作業で描いていました。これらのフレームが次々と素早く表示されると、物が動いているように見えます。今日のデジタル・アニメーションでも同じ考え方が使われていますが、ツールや手法は新しくなっています。
残像によって、制作スタッフや アニメーターは、タイミングやテンポ、視覚効果をコントロールすることができるのです。
視覚の持続性は映画やアニメだけでなく、日常生活でも起こっています。例えば、回転する扇風機の羽根や高速で移動する自動車がぼやけて見えるのは、この効果によるものです。
時計や玩具に搭載されているようなLEDディスプレイは、残像を利用しています。LEDを素早く点滅させることで、すべてのライトが同時に点灯していないにもかかわらず、模様が空中に浮かんでいるように見せることができるのです。
タウマトロープのような単純な装置でも、視覚の持続がどのように働くかを示すことができます。これは、円盤を回転させると映像が混ざり合い、簡単に楽しい方法で光学効果を示すことができます。
て、視聴者が自然に感じられるような、滑らかで感動的なストーリーを作り上げることができます。昔の無声映画から現代の3Dやバーチャルリアリティまで、あらゆる映画技術に不可欠なものなのです。
また、映画の現実感を維持する上でも残像は重要な役割を果たしています。一連のアクションのシームレスな流れや フェードアウトの緩やかな変化など、この現象によってスクリーンで見るものが連続的でリアルに感じられるのです。
残像は、従来の映画やアニメーションのように、3Dグラフィックスやレンダリングにおいても重要な鍵となります。3Dアニメーションやビジュアル・エフェクトでも、一連の静止画像（フレーム）をレンダリングし、次々に素早く表示することで、動きのある錯覚を作り出します。この原理は、映画、ビデオゲーム、バーチャルリアリティにおけるキャラクターアニメーションから視覚効果まで、あらゆるものに利用されています。
長編アニメーション映画や細かいゲームのシーンのような大規模な3Dプロジェクトでは、膨大な数のフレームをレンダリングする必要があります。通常、アニメーションの1秒ごとに24フレームがあり、シーンが数分続くこともあるため、フレームの総数は数千から数百万に達することもあります。1台のコンピュータでフレームを1つ1つレンダリングするとなると、非常に長い時間、場合によっては数日から数週間かかるでしょう。
そこで役に立つのがレンダーファームです。レンダーファームとは、アニメーションの各フレームを同時にレンダリングするために連携して動作するコンピュータのグループことで、時には数千台にもなります。多くのコンピュータに作業を分散させることで、レンダーファームはレンダリングプロセスを大幅にスピードアップし、厳しい納期に対応したり、ディテールの多い複雑なシーンを処理できるようになります。
このプロセスも残像のおかげで機能します。レンダーファームによって作成されたフレームは、別々の画像としては機能しません。しかしこれらのフレームを通常1秒あたり24フレームで高速再生すると、見る人の頭の中でフレームが混ざり合い、滑らかな動きの錯覚が生まれます。そして3Dアーティストは、滑らかなアニメーションになるよう、各フレームの細部に集中することができます。
また、フレームは順番にレンダリングすることも、同時にレンダリングすることもできるため、シーケンス全体を再レンダリングすることなく、シーンの特定の部分だけを変更することができます。このように柔軟性があるため、修正や調整が頻繁に必要なプロの3D制作では非常に役立ちます。
視覚の残像という概念は、何世紀も前から知られていました。最初にこの考え方を唱えたのは、11世紀のアラブの科学者イブン・アル・ヘイタムです。彼は光と視覚がどのように作用するかを最も早く説明した人物の一人であり、後の光学効果研究の基礎を作りました。
19世紀には、視覚の残像がより徹底的に研究されました。類語辞典を作ったことで有名なピーター・マーク・ロジェは、1824年の論文 「車輪のスポークが垂直孔を通して見えるという光学的錯覚の説明」の中で、この現象を詳細に記述しています。彼の研究は、後に初期の映画の開発に使われた原理を確立するのに役立ちました。
フレームレートは残像と密接な関係があります。映画の標準的なフレームレートは毎秒24フレーム（fps）で、これを利用して滑らかな動きを作り出しているのです。フレームレートが低すぎると、脳が画像を合成するのに手間取るため、動きがぎこちなく見えます。一方、48fpsや60fpsのような高いフレームレートは、動きを非常にリアルに見せることができますが、通常の映画とは見た目が異なるため、不快に感じる人もいます。
アスペクト比は、残像とは直接関係ありませんが、動きの見え方に影響します。画面の形や大きさによって動きの捉え方が変わり、アスペクト比が大きいほど没入感が増します。
残像は、映画やアニメーション以外にも多くの分野で使われています。タウマートロープ、フェナキストスコープ、ゾーエトロープなどの模型は、この現象を利用して動きのある錯覚を作り出します。これらの初期のアニメーション装置は、子供も大人も魅了し、今日の映画の前身となりました。
今日、残像は多くのディスプレイ技術で使われています。例えば、LED看板の中には、特定の順番で光を点滅させることで、文字や画像が動いているように見せるものがあります。最新のビデオスクリーンやVRヘッドセットも、この効果を利用して滑らかで没入感のある映像を作り出しています。
下の動画から、ティム・バートンの映画『スリーピー・ホロウ』から、ユーチューバーのクリフ・ガリハーが紹介したタウマートロープを使ったシーンをご覧ください：
技術の進歩に伴い、残像の用途は拡大しています。仮想現実（VR）と拡張現実（AR）は、私たちが視覚コンテンツを見る方法を変えつつあります。高いリフレッシュレートと改良されたモーショントラッキングを備えた新しいディスプレイが開発され、動きに対する遅延を減らすことで、スムーズな動きを実現し、よりシームレスでリアルな体験ができるようになりました。
将来的には、残像を利用して、現実と幻想の見分けが難しくなるような、よりインタラクティブで没入感のある体験ができるようになるかもしれません。AIや機械学習は、クリエイティブなプロジェクトにおいて、この現象を変化・向上させる新たな手法を生み出す可能性もあります。
視覚の持続性は、日常生活のさまざまな側面に影響を与えます。テレビや映画の見え方や、動きや光の感じ方にも影響し、この現象は私たちがどのように世界を感じ、どのように世界と接しているかということの鍵となっているのです。
新しい技術や視覚情報の見せ方が生み出されるにつれ、残像を理解し、活用することはさらに重要になるでしょう。この目の錯覚は、芸術、娯楽、そして日常生活において、私たちがどのように動きを認識し、理解するかという点で、極めて重要なのです。
