Perché al cinema e in TV le ruote di un veicolo che avanza veloce appaiono giranti all’ indietro?

Normalmente, quando guardiamo il mondo che ci circonda, il nostro occhio riceve immagini che si modificano e si aggiornano in maniera continua nel tempo, e il nostro cervello elabora queste immagini in tempo reale. Quando invece siamo posti di fronte a immagini fisse che si avvicendano con una certa lentezza, il nostro cervello riceve ed elabora ogni singola immagine facendoci rilevare la fissità di ognuna. Tuttavia se la velocità con cui le immagini si avvicendano è molto alta e le immagini differiscono di poco l’una dall’altra, il nostro cervello smette di elaborarle come singole immagini ma “ricostruisce” in maniera autonoma le immagini intermedie, facendoci percepire le variazioni tra le immagini come movimento. Questo è il “trucco” che la TV e il cinema utilizzano per poter far percepire il movimento anche trasmettendo immagini fisse (i fotogrammi). Di questo possiamo accorgerci se facciamo avanzare una VHS o un DVD fotogramma per fotogramma: in tal caso la velocità di aggiornamento è abbastanza bassa perchè il cervello non crei l’illusione del movimento intermedio e possiamo quindi osservare il fatto che il movimento fluido che percepiamo è in realtà composto da tanti scatti.

L’alta velocità di avvicendamento dei fotogrammi unita con questo “difetto” del sistema visivo umano crea l’illusione di un movimento fluido e continuo, identico a quello che si osserverebbe se la scena che abbiamo di fronte fosse reale invece che una proiezione. Tuttavia quando un qualsiasi oggetto inizia a ruotare con velocità abbastanza alta a noi sembra che all’improvviso il suo moto nella ripresa si inverta benché capiamo che questo non è vero (perchè, per esempio, l’auto su cui poggiano le ruote non inverte il suo senso di marcia). Questo effetto è dovuto allo stesso processo che porta il nostro cervello a fluidificare il moto a scatti dei fotogrammi.

Consideriamo una ruota di un carro dotata di 3 raggi. Finchè la velocità di rotazione è bassa abbiamo questa situazione:


La rotazione reale (indicata in rosso) copre un piccolo angolo nel breve intervallo di tempo tra i due fotogrammi e la posizione di uno dei raggi nel II fotogramma è molto vicina alla sua posizione nel primo fotogramma. Per cui il movimento ricostruito dal nostro cervello (indicato in blu) è corretto e coincide con quello reale.
La situazione cambia quando la velocità aumenta. In tal caso accade questo

La rotazione reale (rosso) copre un angolo molto grande nell’intervallo di tempo tra i due fotogrammi, per cui ognuno dei raggi si trova, nel secondo fotogramma, in una posizione che è più vicina a quella del raggio successivo che alla propria nel fotogramma precedente. Per cui il movimento ricostruito dal nostro cervello (blu) è retrogrado rispetto a quello reale. La ruota, nel filmato, appare ruotare in senso opposto a quello reale.
Se la velocità aumenta ancora si può avere questa situazione

La ruota gira, ma ad ogni fotogramma il raggio si trova nella stessa posizione che nel fotogramma precedente era occupata dal raggio successivo. Il cervello percepisce questa situazione come se la ruota fosse ferma. A velocità ancora più alta abbiamo


Adesso il movimento percepito (blu) è concorde con quello reale (rosso), ma dato che ogni raggio ha superato la posizione che aveva il raggio successivo nel fotogramma precedente, il movimento viene percepito come più lento rispetto al reale, perchè lo spazio che il cervello interpreta come coperto è più breve di quello realmente coperto.

Chiaramente quale sia la velocità a cui si innescano queste illusioni dipende da come è fatto l’oggetto rotante, in particolare dai suoi piani di simmetria speculare paralleli all’asse di rotazione. Più sono i piani e più è facile che il cervello si confonda e anche per basse variazioni di velocità vedremo l’oggetto ruotare in un verso poi fermarsi e ruotare al contrario, poi fermarsi di nuovo e rimconciare a ruotare nel verso iniziale e così via, quando in realtà l’oggetto gira sempre nello stesso verso, aumentando solo la velocità. Al limite di oggetto con infiniti piani di simmetria (un disco piatto senza decorazioni) sembrerà sempre fermo, anche se gira velocissimo (senza superare il limite di esposizione della pellicola, ovviamente). Questo fenomeno dipende anche dal numero di fotogrammi usati. Se si gira una sequenza con un numero di fotogrammi più alto, è più difficile incorrere in questi “difetti”, perchè la visione del movimento si avvicinerà a quella reale in cui il movimento è continuo.

E’ interessante rilevare che questo fenomeno è puramente dovuto al funzionamento del nostro cervello e non ha nessuna origine fisica. Tanto è vero che avendo una ruota di un carro con tanti raggi è sufficiente dipingerne uno di colore diverso dagli altri perchè l’effetto permanga solo a velocità di rotazione altissime (quelle per cui il raggio copre più di metà cerchio nell’intervallo di tempo tra i due fotogrammi).