Un astrónomo inglés, Sir John Frederick William Herschel (1792-1871), y un geólogo irlandés, William Henry Fitton (1780-1861), demostraron el principio de la persistencia retiniana y ello les sirvió para idear su taumatropo, que consistía en un disco de cartón en una de cuyas caras estaba dibujado un pájaro, y en la otra, una jaula; dos cordones sujetaban el cartón y, al hacerlo girar rápidamente enroscando o desenroscando esos cortones, se veían al pájaro dentro de la jaula.
La persistencia retiniana es el fenómeno fisiológico que hace posible que el ojo humano pueda ver el cine tal y como lo conocemos. La persistencia retiniana se conoce, al menos, desde el siglo II, en el que el sabio griego Ptolomeo descubrió que el ojo humano retiene las imágenes durante unos instantes después de que el objeto haya desaparecido, llenando así los huecos entre las sucesivas imágenes y creando una continuidad entre una y otra.
La persistencia retiniana varía en función de la intensidad de la luz que impresiona la retina. Con iluminaciones fuertes se valúa en 1/48 de segundo, mientras que en las débiles es de 1/20 de segundo. Se trata de una especie de inercia en la regeneración del pigmento, que se decolora durante el proceso de visión. Puesto que el ojo retine una imagen durante aproximadamente un tercio de segundo, y dada la alta intensidad lumínica que brinda un proyector de películas, la persistencia de la visión se consigue con 16 fotogramas por segundo. No obstante, la alternancia entre las imágenes iluminadas y la oscuridad entre los fotogramas causa un desagradable parpadeo, que se reduce al incrementar la velocidad de dichas alternancias. En las películas mudas, esto se conseguía utilizando un obturador rotatorio de tres hojas que tapaba tres veces cada fotograma, produciendo una frecuencia de parpadeo de 48 alternancias por segundo. Cuando, con la adición de la banda de sonido, se necesitaron 24 fotogramas por segundo, se empleó un obturador de dos hojas para alcanzar la misma frecuencia de parpadeo.
Este principio, explicado en un libro por el físico y matemático belga Joseph-Antoine-Ferdinand Plateau —quien demostró que con una frecuencia de dieciséis imágenes por segundo, el espectador no apreciaba los negros intermedios y creía ver una única imagen en movimiento— hizo posible su aplicación a numerosos aparatos que se consideran como precursores del cinematógrafo: el zoótropo, el fenakitiscopio, el fusil fotográfico, el praxinoscopio o teatro óptico, el kinoptikon, el kinetografo, o el kinetoscopio, por ejemplo, hasta llegar al cinematógrafo.
Las imágenes cinematográficas consisten en realidad en una serie de fotografías fijas que registran las sucesivas posiciones de un sujeto en movimiento. Gracias a la persistencia retiniana, el ojo humano, al contemplar estas imágenes funde cada una de ellas con la siguiente y la mente humana, para salvar la mínima diferencia existente entre ellas, cree ver que las figuras retratadas realizan los movimientos necesarios para explicar esa diferencia, con lo que restituye a las imágenes estáticas el movimiento que efectuaron las originales.
Para llevar a cabo este proceso, la cámara cinematográfica hace una serie de fotografías instantáneas, cada una de las cuales fija un instante determinado de lo que acaece ante ella. Cuando se procede a la proyección de esas fotografías —fotogramas—, cada una de esas fotografías se mantiene proyectada sobre la pantalla un periodo de tiempo del orden de 1/48 de segundo, intercalándose entre una y otra un intervalo de oscuridad —imperceptible por la persistencia retiniana— durante el cual se procede a la sustitución de un fotograma por el siguiente. El conjunto de fotogramas componen la película cinematográfica, una larga cinta de material flexible y transparente que sirve de soporte a una o más capas de emulsión sobre las que se fijan una serie de fotografías. Dichas fotografías son ampliadas por un aparato óptico, el proyector, que las proyecta sobre una pantalla.
Aunque la persistencia retiniana se debe en apariencia a los nervios ópticos, el cerebro también interviene en cierto grado, aunque todavía no se sepa muy bien cómo lo hace. A este respecto, hay que tener también en cuenta el fenómeno phi que es la ilusión de movimiento creada por el cerebro cuando el mismo objeto aparece en distintos lugares en forma sucesiva. Como la persistencia retiniana, este fenómeno se ha empleado para explicar la ilusión de movimiento creada por las imágenes cinematográficas, pero, mientras que la primera es, sobre todo, un producto fisiológico de los nervios ópticos, este último es el producto psicológico de las operaciones cerebrales.
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