本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在阿方索·卡隆荣获奥斯卡奖的电影《地心引力》扣人心弦的开场片段中，宇航员们在为哈勃太空望远镜执行例行维修任务时，发现自己要应对的情况超出了他们的预期。一颗废弃的俄罗斯卫星的碎片杀死了一名同事，并将瑞安·斯通博士（桑德拉·布洛克饰）从维修航天飞机上分离出来，让她在太空中自由坠落，而资深宇航员马特·科瓦尔斯基（乔治·克鲁尼饰）则通过通讯线路疯狂地喊着指令。最令人震惊的是，卡隆将这个场景拍摄成了一个无缝的整体。镜头在屏幕上拉近和环绕，首先聚焦在一个角色身上，然后又聚焦在另一个角色身上，偶尔拉回以捕捉近地轨道的完整、令人惊叹的全景。
导演斯科特·德里克森（《地球停转之日》、《险恶》）在去年12月与我聊天时惊叹道：“这是视觉诗歌”，卡隆的技巧之所以更加引人注目，是因为它与如今大多数大片动作电影中占据主导地位的视觉风格形成了鲜明对比，在这些电影中，平均镜头长度通常不到五秒钟。想想《变形金刚》、《战舰》、《谍影重重》三部曲或《环太平洋》，所有这些电影都以一系列由短促、快速的剪辑组成的漫长动作场景为特色——纯粹的感官刺激。
然而，《地心引力》的动作场景长达17分钟，没有一次剪辑，这给习惯了更疯狂视觉节奏的观众带来了非常不同的感受。难怪美国导演工会授予卡隆其电影长片最高奖项，而他今年也刚刚获得了奥斯卡最佳导演奖。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们今天世界的发现和思想的具有影响力的故事。
例如，这是《量子危机》的开场片段
现在，将该场景的外观和感觉与《地心引力》中这个没有一次剪辑的加长三分钟片段进行比较
卡隆以前也尝试过这种方法：他在2006年的电影《人类之子》的关键战斗场景中使用了称为拼接的方法来创造无缝镜头的错觉；得益于蓝幕和数字技术的魔力，《地心引力》将其提升到了一个新的水平。（零重力太空行走场景是电脑生成的，布洛克被安装在由自动化机器人控制的机械装置中。）“我认为作为一名导演，卡隆正在追踪这种无需剪辑的电影力量的理念，”德里克森告诉我。
这应该会让索尔克生物研究所的神经科学家谢尔盖·盖普什泰因非常高兴。他设想了一种完全不需要剪辑的电影语言，使用基于对大脑如何组织感知元素的改进理解的新工具。虽然他的大部分研究都集中在我们如何观看上，但近年来，他对我们不看的方式越来越着迷。盖普什泰因的工作是我为《太平洋标准》撰写的一篇文章的主题，这篇文章刚刚出现在他们五月/六月刊中。
几年前，我在索尔克生物研究所拜访一位朋友时第一次见到盖普什泰因，并立即被他对制作电影的潜在革命性想法所吸引。但我暂时把它放在次要位置，因为它是一个很难描述的概念——对任何人来说都是如此，包括其他科学家。正如谢尔盖在《太平洋标准》的文章中所说，我们只是没有词汇，没有词汇表来谈论这件事。我们不知道电影的新词汇会是什么样子，在我们电影制作人开始尝试使用能够让他们以前所未有的水平操纵观众视觉感知的工具之前，我们也不会知道。毕竟，我们当前的电影词汇不是突然出现的；它是演变而来的，因为电影制作人通过反复试验了解了什么有效，什么无效。盖普什泰因的方法可能会通过提供一种视觉感知的“地图”来消除一些猜测，但新的词汇仍然需要演变。
当然，整个电影产业都建立在视觉感知的怪癖之上：当我们以足够快的速度观看一系列图像时，这些图像似乎会移动，就像我们小时候玩过的翻页书一样。这是一个非常强大的错觉：尽管不同的人感知周围世界的方式不可避免地存在差异，但电影创造的连续效果是普遍的。“电影正在创造一种时间和运动的体验，即使这一切都是虚幻的，”德里克森说。“如果你在一个镜头之后放置另一个镜头，你不可避免地会创造出第三件事，而如此多的电影语言都建立在对观众如何在他们脑海中创造第三件事的理解之上。”
华盛顿大学圣路易斯分校的认知神经科学家杰弗里·扎克斯是即将出版的（2014年12月）关于电影如何在人脑中运作的书籍《闪烁》的作者，他认为优秀的导演是操纵观众注意力的专家。作为证据，他指出了一些研究，这些研究跟踪了人们在观看电影和原始未剪辑素材时的眼球运动和视觉注意力。虽然受试者的视觉注意力有时会集中在原始素材中的相同物体上，但他们注意到的东西存在相当大的差异。相比之下，当他们观看《血色将至》中的一个场景时，几乎所有人的注意力都集中在相同的事物上。
所有这些对于像扎克斯这样的认知神经科学家来说是众所周知的，他们研究我们观看我们最喜欢的电影时大脑中发生的事情——更像是一种自上而下的方法。盖普什泰因正在采取一种自下而上的方法。他希望通过从第一性原理设计新的电影方法，而不是通过反复试验，来扩展电影制作人的技巧库。最终，这将使电影制作人能够从头开始构建场景，甚至可能为观众设计量身定制的体验。
我们倾向于将视觉感知视为一系列逐帧进行的快照。在电影中，这转化为一系列由突兀的过渡（剪辑）分隔的片段。
但盖普什泰因认为，相反，在脑海中同时存在多个线程或元素，偶尔会被带到意识感知的前景。“在传统电影中，故事使用一系列镜头从一个物体转移到另一个物体，这些镜头被剪辑分隔开，每个镜头都强调不同的物体，”他说。他认为，有可能在没有剪辑的情况下创造相同的转移，“通过对视觉场景的巧妙组织。”
导演们一直在操纵他们的图像。早在电影的黎明时期，乔治·梅里爱（《月球旅行记》）就逐帧手工着色了他的几部电影。数字电影制作使得在帧内逐像素地操纵元素成为可能，从而提供了前所未有的控制水平。作者导演理查德·林克莱特在改编20世纪20年代的一种动画技术——转描术（逐帧追踪素材）——来创造《黑暗扫描仪》（2006年）独特的超现实外观时，很好地利用了这一方面。
然而，根据盖普什泰因的说法，电影制作人甚至还没有开始探索当今的数字工具可能实现的潜力；他们仍然使用他们一直使用的相同电影词汇来讲述故事。“电影产业建立在早期发现的狭隘可能性选择之上，然后被惯性力量规范化，并被电影制作技术和习惯根深蒂固，”他感叹道。
为什么现在要写关于盖普什泰因的故事？嗯，他刚刚完成了一个有趣的原理验证项目，旨在将在高度受控的实验室环境中有效的方法，并在真实世界环境中测试其稳健性——他能够通过建筑神经科学学会的小额种子基金来实现这一点。他一直在与亚历克斯·麦克道尔合作，亚历克斯·麦克道尔是一位制作设计师和自称的“世界构建者”，以其在《少数派报告》（2002年）、《守望者》（2009年）和去年的《超人：钢铁之躯》等电影中的工作而闻名。
他们的合作旨在探索所谓的“可见性窗口”（在《太平洋标准》文章中更详细地描述）可以预测大规模环境中人类反应的条件，同时考虑到角度和距离的多个视角。基本概念是，某些过快或过慢的运动将无法通过大脑的初始感知过滤器。我们一直都在体验这种情况，而没有意识到它。
例如，我们知道时钟的时针在移动，但它的移动速度太慢，我们无法用眼睛感知到这种运动。我们也知道，旋转轮子的每个辐条都在向我们的眼睛发送信息，但我们看到的只是一片模糊。可见性窗口是可塑的，根据需要变形，以便我们可以更好地适应不断变化的环境，尽管在数学上，作为一个函数，它保留了明显的飞镖形状。（它被称为凯利函数，以D.H. 凯利的名字命名，他于 20 世纪 70 年代首次绘制了时空敏感性图。）它是一种视觉感知的“最佳点”。
麦克道尔让他的学生戴上头戴式显示器，以在 3D 虚拟空间中重现盖普什泰因的感知实验（使用 2D 计算机显示器完成）。然后他们转移到加州大学洛杉矶分校建筑与城市设计教授格雷格·林恩的实验室，那里有视频屏幕安装在两个巨大的机器人手臂上，使屏幕能够在空间中移动，以玩转视角和距离。当观看者和屏幕都相对于彼此不断运动时获取的数据，将有助于盖普什泰因完善他的视觉感知地图，同时考虑到可见性窗口如何适应运动做出响应。
棘手的部分是将一切提升到下一个层次：感知组织。这就是格式塔心理学发挥作用的地方。例如，我们会将相似的事物（例如形状（圆形或正方形））感知为组合在一起；对于在空间或时间上彼此靠近的物体也是如此。关键在于，光学信息必须首先符合“可见性窗口”才能被感知，然后必须由大脑组织才能真正被“体验”，根据盖普什泰因的说法
最终，这可能有助于公共空间的设计，从剧院、音乐厅、会议室等。有可能有选择地将视觉信息定向到不同位置的观看者。想象一下机场的大型航班信息显示屏，它可以根据人们与显示屏的距离或他们移动的快慢，向人们显示不同的信息。例如，您可以在短距离内看到详细的航班时刻表，但远处的人会看到任何紧急更新，例如航班即将起飞或安全警报。两条消息将同时显示在显示屏上，但每条消息都只会对处于正确距离或以正确速度移动的人可见。不会有交叉干扰。原则上，您可以在电影院中实现相同的效果。
当然，显而易见的问题是，我们为什么甚至需要一部没有剪辑的电影？盖普什泰因的研究非常基础；他专注于从第一性原理阐明事物。但这样做有一天应该可以使他的想法融入到现有的电影剪辑软件中
例如 Maya，将强大的感知操纵新工具掌握在工作导演手中。导演们一直对无剪辑场景的艺术可能性着迷。
例如，阿尔弗雷德·希区柯克的 1948 年电影《绳索》经过巧妙的拍摄和剪辑，看起来像一个不间断的镜头，而亚历山大·索科洛夫 2002 年的剧情片《俄罗斯方舟》是在一个 96 分钟的斯坦尼康长镜头中拍摄的。然后是奥逊·威尔斯的《历劫佳人》中著名的开场片段，其中安装在起重机上的摄像机在繁忙的边境小镇场景中盘旋，以一声巨响结束。当然，还有卡隆自己使用更长的、不间断的镜头来最大限度地影响观众的实验。
对于有相似想法的导演来说，新的替代方案将是受欢迎的。人们感觉到，尽管剪辑很有用，但它也可能会将观众从故事中拉出来，即使只是潜意识地提醒观众，他们正在看电影。德里克森回忆起听到史蒂文·斯皮尔伯格表达了他出于这个原因更喜欢长镜头和更少剪辑的偏好。德里克森说，使用一个镜头，你可以“沉浸在一个永不结束的时刻的魔力中”。优秀的电影在运送我们的想象力方面非常神奇——神经科学可能会使它们在未来更加神奇。
参考文献:
Frith, U. 和 Robson, J.E. (1975) "感知电影语言", 感知 4: 97-103.
Germeys, F. 和 d'Ydewalle, G. (2007) "电影心理学：感知剪辑之外",心理学研究 71: 458-466.
Gepshtein, S. 和 Kubovy, M. (2000) "时空视觉物体的出现", 美国国家科学院院刊 97(14): 8186-8191
Gepshtein, S. 和 Kubovy, M. (2007) "表观运动的合法感知", 视觉杂志 7(8):9, 1-15
Kelly, D.H. (1972) "时空正弦波阈值的适应效应", 视觉研究 12: 89-101.
Kelly, D.H. (1979) "运动与视觉 II：稳定的时空阈值表面", 美国光学学会杂志 69: 1340-1349.
Koffka, K. 格式塔心理学原理. 纽约: Harcourt, Brace & World, Inc, 1935/1963.
Kubovy, M. 和 Gepshtein, S. "空间和时空中的感知分组：现象学心理物理学练习", 视觉中的感知组织：行为和神经视角, M. Behrmann, R. Kimchi, 和 C.R. Olson (编辑). 马瓦, 新泽西州: Lawrence Erlbaum, 2003.
Murch, W. 转瞬之间：电影剪辑的视角. 洛杉矶: Silman-James Press, 2001.
Ramachandran, V.S. 和 Anstis, S.M. (1983) "移动模式中的感知组织", 自然 304: 529-531.
Smith, Tim J., 和 Henderson, John M. (2008) "剪辑盲点：动态场景中注意力和全局变化盲点之间的关系",眼球运动研究杂志 2(2):6, 1-17.
Smith, T. J., Levin, D. T., 和 Cutting, J. (2012) "现实之窗：感知剪辑过的移动图像", 心理科学当前方向 21: 101-106
Smith, T. J. (2012) "电影连续性的注意力理论", 预测：电影与心灵杂志. 6(1), 1-27.
Smith, T. J. "看着你看电影：使用眼球追踪技术为认知电影理论提供信息", 心理电影学：探索电影中的认知, A. P. Shimamura (编辑). 纽约: 牛津大学出版社, 2013.
von Schiller, P. (1933) "关于频闪交替的实验", 心理学研究 17: 179-214.
Wertheimer, M. (1912) "关于观看运动的实验研究", 心理学杂志 61: 161-265.
Zacks, Jeffrey M. 和 Magliano, Joseph. "电影、叙事和认知神经科学", 艺术与感官, D.P. Melcher 和 F. Bacci (编辑). 纽约: 牛津大学出版社.