电影—发明过程中的创新科学原理
——无声电影到有声电影

○武赛赛 张晓倩 王爱峰

（北京理工大学管理与经济学院北京100081）

电影—发明过程中的创新科学原理
——无声电影到有声电影

○武赛赛 张晓倩 王爱峰

（北京理工大学管理与经济学院北京100081）

人类在长期创新实践活动中探究自然和社会发展规律的同时，也在探索创新自身的规律性——创新科学原理。本文选取无声电影到有声电影这一发明创造过程，探讨电影发明创造过程中蕴含的创新科学原理，为发明创新活动提供思路和原理上的借鉴与指导。并将创新科学原理分为思维原理和创新原理两方面深入探讨，认为电影发明过程中蕴含的思维原理主要有联想思维、移植思维和分合思维，蕴含的创新原理有问题导向原理、组合原理和价值工程原理。

创新科学原理思维原理创新原理电影

创新是人类主观能动性的高级表现，科学创新原理是对人类创新规律的基本表述，其包含思维原理和创新原理，思维原理是基于人脑机能和认知机制对人的思维机理和思维规律的科学总结，创新原理是揭示人类如何遵循事物发展规律而有目的地开展创新活动的内在机理和基本规律。电影作为19世纪末的重大发明，不仅能为人类生活增添无限色彩和乐趣，其发明创造过程中还蕴含了众多创新科学原理，研究电影发明过程中的创新科学原理，必将为人类将来的创新实践带来启发和灵感。

一、问题导向原理打开电影发明的窗口

电影的出现与“马奔跑时蹄子是否都离地？”这一问题有很大关系，体现问题导向原理。1872年，众人因“马奔跑时蹄子是否都离地？”发生争执，一些人认为马奔跑时四蹄是腾空的，另一些人认为始终有一只蹄子着地。美国摄影师麦布里奇（Eadweard Muybridg）对这一问题产生浓厚兴趣，他想到用连续拍摄马奔跑时的照片来作判断，最终成功拍摄到24张连贯照片，根据照片发现马在奔跑时有短暂时间是四蹄腾空的。后来有人快速拉动照片带时，发现照片带中静止的马叠成了一匹运动的马！一个原本静止的画面竟然动了起来，这激起人们的强烈兴趣。因“马奔跑时蹄子是否都离地？”这一问题将人们的兴趣投向由静态事物向动态形象转变的尝试，为早期电影的萌芽打开了一扇窗，成为电影得以出现的最初思想来源和动力。

二、联想思维、移植思维和价值工程原理实现连续拍照功能

1882年麦布里奇将自己拍摄的照片带展示给法国定时摄影师马莱（Etienne-Jules Marey），马莱为这个“活”起来的马感到惊奇和兴奋，但他认为麦布里奇的拍摄操作复杂且不能达到快速拍照的功能，因此开始研究能够实现快速连续拍摄、更方便快捷的设备。

马莱从左轮手枪发射子弹的间歇运动中受到启发，联想到可以将这种间歇运动机理移植到连续拍摄照片的过程中。1882年马莱发明了外形酷似手枪的摄影枪，摄影枪不仅有枪筒和枪柄等整体枪体，还有瞄准器和扳机等细微物件。摄影枪在手枪的基础上进行了改进和调整，在步枪的扳机处安装了一个由铁盒密封的装有感光纸片的感光盘，枪筒改成带有镜头的铁管，感光盘和快门的运动都是由时钟的齿轮装置控制，当扣动扳机时，感光盘和快门因齿轮装置产生联动反应，由此连续不断地拍摄出影像。此外，马莱的摄影枪在功能上有很大程度的改善，不仅可做到每秒拍摄12张影像，还可以伸缩调整焦距，通过枪尾的显微镜窥视影像的鲜明度等。

马莱的摄影枪是历史上第一台便携式摄影设备，他发挥联想思维，将手枪发射子弹的机理移植到摄影枪的发明中，攻克了快速连续拍照功能这一技术难题。同时在价值工程原理的思想指导下，在避免大幅度提高成本的前提下尽可能多地增加其他相关功能。马莱发明摄影枪过程中体现的联想思维、移植原理和价值工程原理值得学习和借鉴。

三、联想思维和移植原理成就电影的放映机

随着幻灯的出现，人们开始考虑如何利用幻灯将拍摄到的连续照片放映出来供人们观赏。然而在实际操作中发现，只有让照片作一动一停的间歇运动时，银幕上才会出现清晰连贯的影像。因此如何使照片在1秒内做到固定次数的动停间歇运动是极其关键的难题。

法国奥古斯特·卢米埃尔（Auguste Lumière）和路易·卢米埃尔（Louis Lumière）两兄弟运用联想思维和移植原理解决了机器的片带牵引问题。卢米埃尔兄弟在观察缝纫机工作时发现，缝纫机缝衣服时衣料正是在作一动一停的间歇运动，他们由此联想到电影放映同样需要做到这样的间歇运动。于是他们将缝纫机上牵引的带爪滑框的工作机理移植到影像放映的技术中，发明了“活动电影机”，解决了照片间歇运动通过镜头的问题。“活动电影机”在放映电影时，当一格影片经过片门时影片停顿不动，同时打开片门让影像投至银幕上，随后当影片运动时将片门遮起来，等第二格影片经过片门时再次停顿并同时打开片门，让第二格影像投至银幕上。

卢米埃尔兄弟从缝纫机的间歇运动中产生联想，将缝纫机的间歇运动的工作原理移植到解决影像放映间歇运动的难题上来，巧妙利用联想思维和移植原理解决了影片放映的关键问题。

四、分合思维探索出无声电影

早期的电影是无声电影，无声电影的发明需具备两个基本技术条件：第一是照相术的发明，它可以将物体运动过程分解为若干相位并逐个记录下来；第二是放映机的发明，它可以将记录下来的运动分解相位按顺序组合并放映出来。电影是由照相术和幻灯放映术结合发展起来的，这两种技术的结合过程中体现了分合思维的创新原理（见图1）。在这种分解与合成的过程中实现了静态影像到动态影像的转变，碰撞出了一种新的展示事物的方式——无声电影。

五、组合原理造就有声电影

图1无声电影发明过程中的分合思维

早期的电影本身没有声音，观众在影院欣赏电影时，大多凭借现场乐师的演奏、歌手的演唱、同步声效及台前幕后的演员表演等手段来丰富人们的视听感受。然而人们还是希望能够体验更好的效果，同时感受视觉和听觉上的双重震撼。

1910年爱迪生（Thomas Alva Edison）宣布他发明了有声电影，他利用组合原理将声音和影像在同一时间记录下来并播放出来。1877年爱迪生发明留声机，随着无声电影的出现，爱迪生开始思考能否将两种技术组合起来实现影像和声音的同时记录。在这种思路的指导下，他进行多次试验，最终发明有声电影。有声电影的机理是：在拍摄影像时使用两种感光性能不同的底片，一种摄取画面，一种记录声迹，再经过一系列工艺处理，使声迹和画面合印在一条正片上，从而制成同时拥有声音和影像的影片。爱迪生发明的有声电影受到人们的强烈欢迎，它克服了之前各种方法的弊端，利用组合原理实现声音和影像的同步放映，将电影由无声期的纯视觉艺术发展为视听结合的艺术。

六、结语

图2电影发明过程中的主要创新科学原理

电影发明过程中尤其是从无声电影到有声电影这一发展阶段中蕴含众多创新科学原理（见图2），其中，思维原理主要有联想思维、移植思维和分合思维，创新原理主要有问题导向原理、组合原理和价值工程原理。研究电影发明过程中的创新科学原理，可为今后人类的创新发展提供宝贵的经验：由麦布里奇解决“马奔跑时蹄子是否都离地？”这一问题为开端，催生连续拍摄功能和影像放映功能的需求；马莱运用联想思维将左轮手枪发射子弹时的间歇运动工作机理移植到照片拍摄领域，发明出可快速连续拍摄的摄影枪，并遵循价值工程原理的思想增加其他摄影相关功能；卢米埃尔兄弟则在缝纫机的间歇运动中联想到影像放映问题的解决方案，将缝纫机带爪滑框的工作原理移植到电影放映机的发明中；在连续拍摄和影像放映功能都被实现后，在分合思维的指导下无声电影得以出现；爱迪生遵循组合原理将声音和影像组合在一张胶片上，实现声音和影像的同步放映，推动了有声电影的出现……

如今电影已经诞生了100多年，由无声电影到有声电影，由有声电影到彩色电影进而到更加复杂的数字电影，人类的创新活动促进科学技术的不断发展，而科学技术的每一次进步都使电影在艺术阶梯上不断登上一个新的高度。创新是人们不断进步的动力，而科学创新原理是人们从事创新实践的理论基础和行动指南，只要能科学掌握和运用科学创新原理，人人都能创新，事事都能创新，处处都能创新，时时都能创新。

（注：【基金项目】科技部创新方法专项（2011IM010300）。）

[1]侯光明、李存金、王俊鹏：十六种典型创新方法[M]．北京：北京理工大学出版社，2015．

[2]孙永旭：由打赌引发的发明——电影[J]．青年科学，2005（3）．

[3]刘丹云：视觉暂留与似动现象在光动艺术中的置换[J]．工业设，2011（8）．

[4]李铭：慕布里奇对运动记录和活动画面显示所做的贡献[J]．北京电影学院学报，2008（1）．

[5]李铭：“枪手”马莱是怎样成为电影摄影之父的[J]．现代电影技术，2013（8）．

[6]吴东平：发明趣典[M]．武汉：湖北人民出版社，1998．

[7]薛福连：电影与缝纫机[J]．发明与创新：综合版，2009（8）．

[8]黄文达：世界电影百话[M]．上海：汉语大词典出版社，2004．

[9]李铭：电影发明中的主要技术问题是怎样解决的（一）[J]．现代电影技术，2014（3）．

[10]王瀛：还原默片本来面目（上）[J]．现代电影技术，2011（4）．

（责任编辑：张琼芳）