摄像机-屏幕自指实验 - 版本历史

2021年6月18日 (五) 03:39 薄荷

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2021年6月18日 (五) 03:38 薄荷

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Thingamabob：创建页面，内容为“==引子== 看过《盗梦空间》的朋友一定还记得电影中的如下情节：盗梦人Cobb引领设计师Ariadne走进了梦境。于是Ariadne就开始…”

2020-10-14T13:14:12Z

创建页面，内容为“==引子== 看过《盗梦空间》的朋友一定还记得电影中的如下情节：盗梦人Cobb引领设计师Ariadne走进了梦境。于是Ariadne就开始…”

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==引子==

看过《盗梦空间》的朋友一定还记得电影中的如下情节：盗梦人Cobb引领设计师Ariadne走进了梦境。于是Ariadne就开始任意构造梦境中的奇迹。出于好奇，Ariadne曾经搭建了一个两面镜子对着照的情景，如下图：

[[File:inception.jpg|400px||Inception]]

不知道你是否做过这种尝试？如果你真的将两面镜子对着照，你会发现一个无穷延伸的空间。A镜子反射B镜子的像，B镜子再反射A中B自己的像，……。最终你会看到一个逐渐变暗的无穷深的黑洞。也许，你会好奇，如果我把两面镜子相隔的距离靠近一点会怎么样？显然，两面距离小了一些，相应的镜子中的像也就会放大一些，同时你所能看到的“黑洞”的深度也就会更深一些。

那么，我们能不能把这种情况推到极限：我让两面镜子之间的距离缩小到0，甚至，甚至我让距离成为负数，也就是让A镜子进入B镜子会怎么样呢？……

==Scale Me Up==

[[File:Untitled-1.jpg|800px]]

等等，这不太现实吧？当距离变成0，我们观察者也就看不到了啊，更别说A镜子进入B镜子了。但是，也许我们换一种思路，上述想象就能实现呢？比如说，用摄像头+屏幕这个系统代替镜子。

我们知道，摄像头采集的图像是可以实时地显示在屏幕上的，那么屏幕中的摄像机影像就仿佛成为了一面镜子。也就是说无论摄像头摄出的影像是什么，它都能够在屏幕上完完全全地显示出来。下面，我就可以把摄像的镜头对着电视，那会怎样呢？示意图如下所示：

camera-screen

有人会说，这没什么新鲜的，我小时候就玩过这个了，你无非会看到一层套一层的电视，或者是看到一个无穷延伸的亮点。我在科技馆里面就见过，如下图所示：

away

但是，请不要忘记，摄像机上面还有一个神奇的按钮：Zoom In 或者是Zoom Out，它能把一个图像进一步缩小或者放大。这样的话，其实通过旋转这个焦距的按钮就能够实现将两面镜子之间的距离缩小至0的可能性了！那好，你将屏幕中的两点放大会怎样？当你真正做了这一操作，你一定会抱怨说：“什么都没有呀，先是一个大亮点，白茫茫地一片，之后乎的一下子就没了”。不要着急，当你将电视屏幕的明暗度、对比度再调低了会怎样？如果你足够耐心，并且你的“人品”足够好，你将会看到令你惊奇的场景：一大片类似岛屿，又像是星系爆发一样的分形结构将会从屏幕的中心不断地奔泻而出。当你旋转一个角度，你甚至会发现更多螺旋星系。

所有这一切都来源于著名的奇书《哥德尔、艾舍尔、巴赫》，在该书的第650就记录了这样一个摄像机-电视[[自指]]实验。然而，似乎作者并没有发现放大图像中的某一点的深刻含义。于是在2004年的某日，我自己操作起了摄像头-电视，并认真调节了明暗、对比等参数，并成功实现了“放大自己”的操作，也就是盯住屏幕中那个滚动的亮点（大家可以想一想，这个两点代表什么？其实它就是那个无穷迭代导致的摄像机自己），然后将它放大。因此，我把这一实验称之为放大我自己！

有关2004年的实验结果，大家可以参看这个网页：http://www.swarma.org/javaclass/self_ref.htm

慧根

有趣的是，6年过去了，突然之间集智俱乐部中的一批年轻的科学爱好者，以号称果蝇小姐的LQQ为代表，又重新燃起了对这一实验的广大兴趣，于是我们组成了一个Scale Me Up的实验小分队，先后在叁号会所做了3大组实验，尽管这些实验还很粗糙，但是我们已经发现了足够多的现象。下面我们便把这些新做的实验结果全盘托出。

首先，LQQ被我们公认为对实验充满了旺盛的好奇心的一位颇有慧根的姑娘，她在早些时候自己一个人就曾经鼓捣了一些这种实验出来，大家可以看看她的一些早期结果：

她的一些新发现主要包括：1、利用普通的摄像头和笔记本电脑屏幕就足以完成这样一个实验（我之前也用电脑试过，但是没有做出好玩的结果）；2、由于摄像头的特殊型号（LQQ用的是德海腾创的WEB CAMERA F/#2.0 11；4.8mm.OC），她居然可以让这种Scale Me Up实验充满五颜六色（我之前的实验仅仅观察出了一些蓝白的色彩，没有红、黄、绿等其他色彩）。

后来，在LQQ的带领下，很多人都看到了类似好玩的结果，例如wuli做出来的八卦结果：

八卦与太极

再如liuyu同学利用自己的DV和一个14寸的小电视做出来的结果：

Liuyu

请大家不要被liuyu同学的“喔”之类的感叹吓着。

科学思考

如果你稍懂近代科学，一定会认为我们这种实验没啥了不起的。这不过是另外一个无穷迭代产生分形的实例而已！然而，这个问题难就难在，如果你把它看作一种迭代的话，这个系统的迭代规则到底是什么？我虽然在2004年的时候就做出来一个模拟程序，其中人为设想了迭代规则的假设，但是模拟结果并不真正与我们的实验效果吻合，请大家可以参看我当时的程序：

http://www.swarma.org/javaclass/self_ref.htm

所以，可以肯定的说，我当年所设想的迭代规则一定是有问题的。进一步，我们又通过大量的实验发现：迭代所产生的图形强烈依赖于我们所使用的摄像头，不同品牌、不同型号的摄像头都会产生非常不同的花纹。例如LQQ的摄像头就能产生出五颜六色的图案，而我的摄像机仅仅能显示出蓝、白两种颜色的混合。这些思考导致了我们进一步进行更大量的实验。我们又调节了不同的参数，发现了以前没有看到过的现象。

例如，PEM同学就将图像的色彩饱和度调高，产生了类似万花筒一样的效果：

Pem's

LQQ发现，当调高对比度的时候，会出现类似细胞一样的结构，他们就好象大脑上的褶皱：

cell

liuyu发现，旋转不同的角度会出现不同的多边形，例如三角形、六边形、五边形等等，但奇怪的是，并不是所有的正n边形（例如11变形）都能出现：

Triangle

以及，在一些未知的条件下居然能产生高频的闪烁情况（我们能否预知屏幕闪烁的频率受什么因素控制？）

高频闪烁

再比如，我们可以思考非常常见的“分形岛屿”的分形维是多少？

分型岛屿

最后，LQQ创意大家玩一个更好玩的“互指”实验。也就是让A摄像头插入到1电脑的USB接口，却拍摄2电脑的屏幕；同时让B摄像头插入到2电脑上的USB接口，却拍摄1电脑的屏幕，从而这两套系统可以形成互指：

互指

这个实验的逻辑结构就相当于下面的两个互指语句：

下面的句子是对的

上面的句子是错的

并且，令人吃惊的是，试验的结果是：两台电脑屏幕上的图像是完全反色的。

进一步探索

虽然我们已经做了相当数量的实验，但是鉴于我们自己的能力和设备的局限，还有大量的工作没有做。随着实验次数的增多，我们发现了很多很多未知的东西，这仿佛是一片从未被人开垦过的处女地，所以，我们非常希望能有更多的人加入我们一起来完成更多的实验。规划一下，我们下一步要做的事情包括：

1、严格控制条件，并记录参数

目前的所有实验都没有很好地严格纪录参数，我们需要把在什么样的参数条件下（包括屏幕的明暗度、对比度、摄像机的转角等因素）会导致什么类的图形做出一个分类表出来。争取做到，让从未操作过这个实验的人只要根据我们的参数就能严格复制出来结果，尽量减少人为因素的干扰。

2、更专业的设备

我们现在使用的设备还相当粗糙，所以，特别希望有专门搞摄影、摄像的朋友能够帮助我们在更好的设备帮助下完成该实验。目前我能想到的我们对设备的需求包括：

a.一间暗室：可以避免背景光照的影响；

b.专业的三脚架，可以稳定地调节三个方向角度的旋转；

c.一系列不同的摄像机、电视机设备

3、图像分析与处理

如果我们要严格计算诸如图形的分形维，诸如亮点的飞行速度，还有诸如频闪的频率等参数，就必须对录制的图像进行识别和分析处理。所以，我们就需要图像分析的计算机程序。

4、懂得摄像机、电视机成像原理的专业人士

要想透彻地理解这些实验现象，我们的一个主要的目标之一就是构造出一个计算机模拟程序，能够把所有的主要实验现象都模拟出来。这样，我们就相当于在电脑上制作一整套虚拟的摄像机、电视屏幕的设备出来。然而，我们这群人里面没有一个懂专业摄像机原理的，所以，特别期待有这方面背景的人加入。

这有啥用？

你肯定会问：你们做这些玩意有啥用呢？

我可以明确地回答你：可以减少碳排放！

因为利用我们这套强大的设备能够制作出不亚于好莱坞大片的视觉效果出来，这样大家只要用一个摄像机，一台电视就能制作出来超炫的视频动画了，不信，你可以看下面几个LQQ出品的大片：

Art 暴风雪蛛网无尽的河 butterfly

==模拟程序==

虽然每台摄像机得到的画面不一样，同时，我们也不知道产生这种复杂画面的机制是什么，但是，我们不妨猜想一下产生这种现象背后的原因。具体的模拟程序请参看[[摄像-屏幕自指模拟]]
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 看过《盗梦空间》的朋友一定还记得电影中的如下情节：盗梦人Cobb引领设计师Ariadne走进了梦境。于是Ariadne就开始任意构造梦境中的奇迹。出于好奇，Ariadne曾经搭建了一个两面镜子对着照的情景，如下图：
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 不知道你是否做过这种尝试？如果你真的将两面镜子对着照，你会发现一个无穷延伸的空间。A镜子反射B镜子的像，B镜子再反射A中B自己的像，……。最终你会看到一个逐渐变暗的无穷深的黑洞。也许，你会好奇，如果我把两面镜子相隔的距离靠近一点会怎么样？显然，两面距离小了一些，相应的镜子中的像也就会放大一些，同时你所能看到的“黑洞”的深度也就会更深一些。
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 我们知道，摄像头采集的图像是可以实时地显示在屏幕上的，那么屏幕中的摄像机影像就仿佛成为了一面镜子。也就是说无论摄像头摄出的影像是什么，它都能够在屏幕上完完全全地显示出来。下面，我就可以把摄像的镜头对着电视，那会怎样呢？示意图如下所示：
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 有人会说，这没什么新鲜的，我小时候就玩过这个了，你无非会看到一层套一层的电视，或者是看到一个无穷延伸的亮点。我在科技馆里面就见过，如下图所示：
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 首先，LQQ被我们公认为对实验充满了旺盛的好奇心的一位颇有慧根的姑娘，她在早些时候自己一个人就曾经鼓捣了一些这种实验出来，大家可以看看她的一些早期结果：
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 她的一些新发现主要包括：
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 后来，在LQQ的带领下，很多人都看到了类似好玩的结果，例如wuli做出来的八卦结果：
-[[File:摄像机-电视自指图5.png|400px]]
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 再如liuyu同学利用自己的DV和一个14寸的小电视做出来的结果：
-[[File:摄像机-电视自指图6.png|400px]]
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 例如，PEM同学就将图像的色彩饱和度调高，产生了类似万花筒一样的效果：
-[[File:摄像机-电视自指图7.png|400px]]
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 LQQ发现，当调高对比度的时候，会出现类似细胞一样的结构，他们就好象大脑上的褶皱：
-[[File:摄像机-电视自指图8.png|400px]]
+[[File:摄像机-电视自指图8.png|400px|center]]
 liuyu发现，旋转不同的角度会出现不同的多边形，例如三角形、六边形、五边形等等，但奇怪的是，并不是所有的正n边形（例如11变形）都能出现：
-[[File:摄像机-电视自指图9.png|400px]]
+[[File:摄像机-电视自指图9.png|400px|center]]
 以及，在一些未知的条件下居然能产生高频的闪烁情况（我们能否预知屏幕闪烁的频率受什么因素控制？）
-[[File:摄像机-电视自指图10.png|400px]]
+[[File:摄像机-电视自指图10.png|400px|center]]
 再比如，我们可以思考非常常见的“分形岛屿”的分形维是多少？
-[[File:摄像机-电视自指图11.png|400px]]
+[[File:摄像机-电视自指图11.png|400px|center]]
 最后，LQQ创意大家玩一个更好玩的“互指”实验。也就是让A摄像头插入到1电脑的USB接口，却拍摄2电脑的屏幕；同时让B摄像头插入到2电脑上的USB接口，却拍摄1电脑的屏幕，从而这两套系统可以形成互指：
-[[File:摄像机-电视自指图12.png|400px]]
+[[File:摄像机-电视自指图12.png|400px|center]]