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压缩时间中的鸟群之谜

 陆charins 2016-05-03

利维坦按:今天这个精彩的视频和影像让我想起凯文·凯利在《失控》中描写过的鸭群,“……一千只鸭子如一个整体似的腾空而起。它们轰然飞上天空,随之带动湖面上另外千来只野鸭一起腾飞,仿佛它们就是一个躺着的巨人,现在翻身坐起了。”


凯文·凯利援引了格雷克对庞大鸟群的分析:“单只鸟或一条鱼的运动,无论怎样流畅,都不能带给我们像玉米地上空满天打旋的燕八哥或百万鲰鱼鱼贯而行的密集队列所带来的震撼。……(鸟群疾转逃离掠食者的)高速电影显示出,转向的动作以波状传感的方式,以大约七十分之一秒的速度从一只鸟传到另一只鸟。”所以,你不用担心它们会彼此撞到。




正如文中所言,个体鸟类不是跟随领导者,或者只是根据它们邻近鸟儿的动作做出反应,而是追踪它们周围七只左右的邻里,在自己临近区域内‘预测’群体的精妙动作”,但即便如此,我们仍然对于鸟群有着诸多不解之谜:和“如何”相比,我们更多的疑问来自于,它们为何要这样做?



文/Kyle VanHemert

译/游侠儿、凤梨(在水译方)

校对/凤梨

原文/www.wired.com/2014/03/birds-like-youve-never-seen/



椋鸟的鸟群飞行以及驻留轨迹


2006年,在邓肯甜甜圈店外面,丹尼斯·哈林斯基发现自己能打碎时间并将之压缩。


那时哈林斯基正驾车行驶在他的家乡罗得岛普罗维登斯的公路上,他注意到了甜甜圈店上空有一群椋鸟在进行它们的集体芭蕾表演,真是精彩夺目。于是他靠边停车,把摄像机靠着一块石头架起并拍摄了整场演出。


他回到家就很自然地把视频上传到After Effects上。61岁的哈林斯基自20世纪70年代以来一直从事视频录像的工作,当时他还是罗德岛设计学院的一名学生。如今,他是学校电影、动画和视频部门的主管。


虽然可以来回查看录像,但丹尼斯·哈林斯基还是很难观察到这种壮观的鸟群(即椋鸟群)是怎样移动的。于是,他开始进行试验。通过把画帧层层叠放,他发现不仅可以看到特定时刻鸟儿的位置,而且可以看到鸟儿的历史轨迹。他说:“我发现,如果我不需慢进就能延长时间,我能更清楚地观察鸟群。”数十年以来科学家一直在研究鸟类是怎样飞行的,以及这样飞行的原因。现在,他令人着迷的技术或许有机会可以帮助科学家们取得突破。


哈林斯基的名字读作“哈——林——斯——基”,像“莱温斯基”,而不是“赫尔辛基”,芬兰的首都,虽然如此,但“赫尔辛基”还是成了他七年级的昵称。他过去几年一直在研究调整他这一压缩时间的技术。起初,他专注于单一的鸟类研究,他用自制的绿屏喂食器在后院进行实验。后来他已经把技术开发到可将蚂蚁,鲤鱼,海鸥和鸭子的动作可视化的水平。最近,丹尼斯·哈林斯基又回到鸟群的拍摄上。


密集的椋鸟群


实验结果惊人:在所有情况下,经过处理的片段都会放大鸟类迷人的运动轨迹。在表现最好的例子中,连绵蜿蜒的队形更像是艺术,而非自然现象,就像在看一个巨大的拇指在天空中涂抹炭画。有时,在重叠的瞬时画帧中,黑色的鸟群会呈现出一种凶兆的特点,就像你嗑着强效剂量的LSD迷幻药,还困在《群鸟》(希区·柯克执导的电影)中。


在完善这一富有美感的过程时,丹尼斯·哈林斯基发现他更想找出目前记录中的深层含义。结果对视频片段观察得越仔细,他就越吃惊。



丹尼斯·哈林斯基


他说:“鸟群呈现的结构出乎我意料。”鸟群的队形并不像训练有素的战机队列,反而像一只庞然大物,说不清道不明地极似某种奇怪的超级生物。丹尼斯·哈林斯基说,前一秒一群鸟儿可能只是站着,突然“它们会全部起飞,似乎放弃了自己的个性而成为一个整体,有点儿像状态上发生了变化”。


这种想法也许不完全算疯狂。科学家们也并不完全了解鸟类的行为。几百年来鸟群的行为对生物学家而言一直是个谜。对于早前的观察家而言,数以百计的鸟类似乎不可能会跟着一个领导者如此迅速作出反应。有一个常见的理论,与哈林斯基的思路有点类似,即这些鸟是由某种“生物无线电”连接起来的,换言之:一种心灵融合。


椋鸟群在电线上停留以及飞行的路径


在过去大约20年里,事实已经证明,物理学家、程师、经济学家,甚至其他不相干的专家都对鸟群之谜毫无抵抗力,他们的研究引进了一堆新工具。今天的研究涉及高速摄像机,计算机模拟和复杂的数学方程式,千方百计为鸟类行为的研究建立模型。2008年,在为期两年的集中调查研究之后,欧洲研究人员提供了一个令人信服的理论:个体鸟类不是跟随领导者,或者只是根据它们邻近鸟儿的动作做出反应,而是追踪它们周围七只左右的邻里,在自己临近区域内“预测”群体的精妙动作。


笑鸥(北美洲和南美洲的一种中型海鸥)的飞行看起来更加魔幻


自20世纪70年代以来,生物学家弗兰克·赫普纳一直处在鸟群研究的前沿。赫普纳现在已经退休了,他承认这些研究使我们更加了解鸟群“如何”飞行的问题。但是,涉及到“为什么”的时候,我们仍然完全处于迷雾之中。


“问问你自己:如果你是一只椋鸟,如果你担心是否有足够的能量来度过夜晚,那为什么晚上还会在自己的鸟窝上空盘旋四十分钟后再进来呢?明知道会引来捕食者,却每天在同一个地方以密不透风的鸟群队形飞行,这是为什么呢?


他说:“我们对这其中的机制多少有些线索,那很好,但是,这些鸟究竟为什么要这样做呢?”


哈林斯基说:“如果能改变看待这些团体行为的角度,像一个艺术家那样看待它们,那我们就可以开辟新的研究思路,那将可能改变我们实验的方式,或获取具体知识的研究途径。”


在赫普纳看来,物理学家和其他专家对“为什么”并不十分感兴趣。事实上,他说,虽然这二十年里涌入了新的专家,结果还是没有真正的跨学科研究。也许15年前出现了一个很小的突破口,软件和空气动力学模型还很简单,生物学家可以在研究中熟练使用,但今天的工具是出奇的复杂,很大程度上只有发明它们的专家才能发挥其用途。


赫普纳说:“生物学家不够聪明,难以弄清楚这些数学技术,而物理学家观察能力不好。你看,他们是两种完全不同的人,看待世界的方式是不一样的。”


当初丹尼斯·哈林斯基在邓肯甜甜圈店外面录制他的第一条视频时,他是完全忽视了鸟群科学。从那以后,他对这项研究日益精进。虽然他对自己艺术家的角色非常满意,他还是希望,像他这样的项目能启发科学家能以新视角来看待这些问题。他说:“如果能改变看待这些团体行为的角度,像一个艺术家那样看待它们,那我们就可以开辟新的研究思路,那将可能改变我们实验的方式,或获取具体知识的研究途径。”


电线杆上的椋鸟运动轨迹


这个想法很好,可能有些大而空。但按情况的发展来看,他可能完全是对的。


2014年早些时候,哈林斯基拍的一个视频走红网络,浏览量高达几百万次。来自斯洛文尼亚的研究员伊兹托克·利巴·巴耶克也看了,他立即就把视频发给之前合作研究鸟群的专家弗兰克·赫普纳。



黑美洲鹫的飞行轨迹


对经验丰富的鸟类专家而言,视频可能并不带来直接的研究价值,但赫普纳的确看到了哈林斯基时间压缩技术的前景。目前研究鸟群依靠三维数据的分析,需要耗费大量人力。赫普纳认为,哈林斯基的技术如果可用于3D片段,将能大大简化数据分析的流程。“一般我对新鲜视频都不感兴趣,”他说,“但是这个真的是太棒了。”这一领域几十年来总有各类学科的专家带来他们的理论和高性能工具,然而在探究鸟类飞行方式和原因上,生物学家最新的或许也经得起检验的研究手段,恐怕会来自最不可能的——视频艺术家。


研究鸟群的专家弗兰克·赫普纳


“一般我对新鲜视频都不感兴趣,但是这个真的是太棒了。”


一个恰巧是邻居的视频艺术家,就是这样。


水黾在水面上的活动路径


上世纪70年代,哈林斯基在罗德岛设计学院读书,开始制作自己早期的视频实验,也是在那时候,赫普纳接受了罗德岛大学的教职邀请,这两间大学的距离仅半小时车程。赫普纳在那儿执教了40年左右。今天,这两位科学家和艺术家还住在罗德岛。


不出意料,直到上周作者和赫普纳通电话时,赫普纳和哈林斯基早已约好出来见面吃饭,以便两人愉快地侃大山,赫普纳也能多点了解哈林斯基和他压缩时间的视频技术。


赫普纳也觉得这样的巧合太不可思议了,不过充满了诗意。作者和他挂电话之前,赫普纳还提了个问题:话说我知道怎么念这家伙的名字吗?







最后,来完整欣赏一下精美绝伦的鸟群及其他物种的运动轨迹:


片中依次出现的为白蜡虫、果蝇、蚂蚁、水黾、燕子、黑美洲鹫、北美洲紫燕、雨燕、椋鸟、笑鸥、乌鸦。






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