電影—發明過程中的創新科學原理
——無聲電影到有聲電影

○武賽賽 張曉倩 王愛峰

（北京理工大學管理與經濟學院北京100081）

電影—發明過程中的創新科學原理
——無聲電影到有聲電影

○武賽賽 張曉倩 王愛峰

（北京理工大學管理與經濟學院北京100081）

人類在長期創新實踐活動中探究自然和社會發展規律的同時，也在探索創新自身的規律性——創新科學原理。本文選取無聲電影到有聲電影這一發明創造過程，探討電影發明創造過程中蘊含的創新科學原理，為發明創新活動提供思路和原理上的借鑒與指導。并將創新科學原理分為思維原理和創新原理兩方面深入探討，認為電影發明過程中蘊含的思維原理主要有聯想思維、移植思維和分合思維，蘊含的創新原理有問題導向原理、組合原理和價值工程原理。

創新科學原理思維原理創新原理電影

創新是人類主觀能動性的高級表現，科學創新原理是對人類創新規律的基本表述，其包含思維原理和創新原理，思維原理是基于人腦機能和認知機制對人的思維機理和思維規律的科學總結，創新原理是揭示人類如何遵循事物發展規律而有目的地開展創新活動的內在機理和基本規律。電影作為19世紀末的重大發明，不僅能為人類生活增添無限色彩和樂趣，其發明創造過程中還蘊含了眾多創新科學原理，研究電影發明過程中的創新科學原理，必將為人類將來的創新實踐帶來啟發和靈感。

一、問題導向原理打開電影發明的窗口

電影的出現與“馬奔跑時蹄子是否都離地？”這一問題有很大關系，體現問題導向原理。1872年，眾人因“馬奔跑時蹄子是否都離地？”發生爭執，一些人認為馬奔跑時四蹄是騰空的，另一些人認為始終有一只蹄子著地。美國攝影師麥布里奇（Eadweard Muybridg）對這一問題產生濃厚興趣，他想到用連續拍攝馬奔跑時的照片來作判斷，最終成功拍攝到24張連貫照片，根據照片發現馬在奔跑時有短暫時間是四蹄騰空的。后來有人快速拉動照片帶時，發現照片帶中靜止的馬疊成了一匹運動的馬！一個原本靜止的畫面竟然動了起來，這激起人們的強烈興趣。因“馬奔跑時蹄子是否都離地？”這一問題將人們的興趣投向由靜態事物向動態形象轉變的嘗試，為早期電影的萌芽打開了一扇窗，成為電影得以出現的最初思想來源和動力。

二、聯想思維、移植思維和價值工程原理實現連續拍照功能

1882年麥布里奇將自己拍攝的照片帶展示給法國定時攝影師馬萊（Etienne-Jules Marey），馬萊為這個“活”起來的馬感到驚奇和興奮，但他認為麥布里奇的拍攝操作復雜且不能達到快速拍照的功能，因此開始研究能夠實現快速連續拍攝、更方便快捷的設備。

馬萊從左輪手槍發射子彈的間歇運動中受到啟發，聯想到可以將這種間歇運動機理移植到連續拍攝照片的過程中。1882年馬萊發明了外形酷似手槍的攝影槍，攝影槍不僅有槍筒和槍柄等整體槍體，還有瞄準器和扳機等細微物件。攝影槍在手槍的基礎上進行了改進和調整，在步槍的扳機處安裝了一個由鐵盒密封的裝有感光紙片的感光盤，槍筒改成帶有鏡頭的鐵管，感光盤和快門的運動都是由時鐘的齒輪裝置控制，當扣動扳機時，感光盤和快門因齒輪裝置產生聯動反應，由此連續不斷地拍攝出影像。此外，馬萊的攝影槍在功能上有很大程度的改善，不僅可做到每秒拍攝12張影像，還可以伸縮調整焦距，通過槍尾的顯微鏡窺視影像的鮮明度等。

馬萊的攝影槍是歷史上第一臺便攜式攝影設備，他發揮聯想思維，將手槍發射子彈的機理移植到攝影槍的發明中，攻克了快速連續拍照功能這一技術難題。同時在價值工程原理的思想指導下，在避免大幅度提高成本的前提下盡可能多地增加其他相關功能。馬萊發明攝影槍過程中體現的聯想思維、移植原理和價值工程原理值得學習和借鑒。

三、聯想思維和移植原理成就電影的放映機

隨著幻燈的出現，人們開始考慮如何利用幻燈將拍攝到的連續照片放映出來供人們觀賞。然而在實際操作中發現，只有讓照片作一動一停的間歇運動時，銀幕上才會出現清晰連貫的影像。因此如何使照片在1秒內做到固定次數的動停間歇運動是極其關鍵的難題。

法國奧古斯特·盧米埃爾（Auguste Lumière）和路易·盧米埃爾（Louis Lumière）兩兄弟運用聯想思維和移植原理解決了機器的片帶牽引問題。盧米埃爾兄弟在觀察縫紉機工作時發現，縫紉機縫衣服時衣料正是在作一動一停的間歇運動，他們由此聯想到電影放映同樣需要做到這樣的間歇運動。于是他們將縫紉機上牽引的帶爪滑框的工作機理移植到影像放映的技術中，發明了“活動電影機”，解決了照片間歇運動通過鏡頭的問題。“活動電影機”在放映電影時，當一格影片經過片門時影片停頓不動，同時打開片門讓影像投至銀幕上，隨后當影片運動時將片門遮起來，等第二格影片經過片門時再次停頓并同時打開片門，讓第二格影像投至銀幕上。

盧米埃爾兄弟從縫紉機的間歇運動中產生聯想，將縫紉機的間歇運動的工作原理移植到解決影像放映間歇運動的難題上來，巧妙利用聯想思維和移植原理解決了影片放映的關鍵問題。

四、分合思維探索出無聲電影

早期的電影是無聲電影，無聲電影的發明需具備兩個基本技術條件：第一是照相術的發明，它可以將物體運動過程分解為若干相位并逐個記錄下來；第二是放映機的發明，它可以將記錄下來的運動分解相位按順序組合并放映出來。電影是由照相術和幻燈放映術結合發展起來的，這兩種技術的結合過程中體現了分合思維的創新原理（見圖1）。在這種分解與合成的過程中實現了靜態影像到動態影像的轉變，碰撞出了一種新的展示事物的方式——無聲電影。

五、組合原理造就有聲電影

圖1無聲電影發明過程中的分合思維

早期的電影本身沒有聲音，觀眾在影院欣賞電影時，大多憑借現場樂師的演奏、歌手的演唱、同步聲效及臺前幕后的演員表演等手段來豐富人們的視聽感受。然而人們還是希望能夠體驗更好的效果，同時感受視覺和聽覺上的雙重震撼。

1910年愛迪生（Thomas Alva Edison）宣布他發明了有聲電影，他利用組合原理將聲音和影像在同一時間記錄下來并播放出來。1877年愛迪生發明留聲機，隨著無聲電影的出現，愛迪生開始思考能否將兩種技術組合起來實現影像和聲音的同時記錄。在這種思路的指導下，他進行多次試驗，最終發明有聲電影。有聲電影的機理是：在拍攝影像時使用兩種感光性能不同的底片，一種攝取畫面，一種記錄聲跡，再經過一系列工藝處理，使聲跡和畫面合印在一條正片上，從而制成同時擁有聲音和影像的影片。愛迪生發明的有聲電影受到人們的強烈歡迎，它克服了之前各種方法的弊端，利用組合原理實現聲音和影像的同步放映，將電影由無聲期的純視覺藝術發展為視聽結合的藝術。

六、結語

圖2電影發明過程中的主要創新科學原理

電影發明過程中尤其是從無聲電影到有聲電影這一發展階段中蘊含眾多創新科學原理（見圖2），其中，思維原理主要有聯想思維、移植思維和分合思維，創新原理主要有問題導向原理、組合原理和價值工程原理。研究電影發明過程中的創新科學原理，可為今后人類的創新發展提供寶貴的經驗：由麥布里奇解決“馬奔跑時蹄子是否都離地？”這一問題為開端，催生連續拍攝功能和影像放映功能的需求；馬萊運用聯想思維將左輪手槍發射子彈時的間歇運動工作機理移植到照片拍攝領域，發明出可快速連續拍攝的攝影槍，并遵循價值工程原理的思想增加其他攝影相關功能；盧米埃爾兄弟則在縫紉機的間歇運動中聯想到影像放映問題的解決方案，將縫紉機帶爪滑框的工作原理移植到電影放映機的發明中；在連續拍攝和影像放映功能都被實現后，在分合思維的指導下無聲電影得以出現；愛迪生遵循組合原理將聲音和影像組合在一張膠片上，實現聲音和影像的同步放映，推動了有聲電影的出現……

如今電影已經誕生了100多年，由無聲電影到有聲電影，由有聲電影到彩色電影進而到更加復雜的數字電影，人類的創新活動促進科學技術的不斷發展，而科學技術的每一次進步都使電影在藝術階梯上不斷登上一個新的高度。創新是人們不斷進步的動力，而科學創新原理是人們從事創新實踐的理論基礎和行動指南，只要能科學掌握和運用科學創新原理，人人都能創新，事事都能創新，處處都能創新，時時都能創新。

（注：【基金項目】科技部創新方法專項（2011IM010300）。）

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（責任編輯：張瓊芳）