体型越大动作一定越缓慢吗?

看到http://www.guokr.com/post/518093/ 这个帖子里问
各种影片里,真实系的巨大机器人(如高达,环太平洋里的机甲),小怪兽,基本都是体型越大动作越慢(各种速度型超能系的姑且无视之)。是不是因为巨大化的身体无法负担小型身体那种速度带来的负担?

似乎是个好问题……


Maigo-_- 语言爱好者 ψ | 只看Ta
我觉得可以这么思考:

假设单位体积的生物在单位时间内能够产生的能量(“功率密度”)是一样的。
那么整个生物在单位时间内能产生的能量(即功率)与生物的大小(以长、宽或高衡量)L成三次方关系,即P正比与L^3。
考虑“举手”这个动作,它需要克服手臂的重力。
手臂的体积也是L^3级别,若认为各种生物的密度差不多,那么重力也是L^3级别。
由P = Fv,P和F都是L^3级别,所以对于不同大小的生物来说,举手的速度v都是差不多的。
但是别忘了举手的高度也与L成正比,所以完成整个举手动作的时间也与L成正比,也就是说体型越大的生物,需要越长的时间才能举起手来。

如果人举肉臂而超人要举铁臂,由于铁的密度比肉大,所以超人举手就更慢了。
除非超人能够产生远超于常人的“功率密度”。

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6个答案
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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2013-10-15 11:19

嘛……我们说的是电影,是虚构文学,所以这种“为什么”的问题都得从两个角度回答。
有人把这两个角度称为“华生解释”和“道尔解释”。
为什么福尔摩斯对天文学一无所知?
华生:“因为他相信天文学没用,没用的知识不该占地方。”这是世界内的解释,遵循物理和生活逻辑。
亚瑟柯南道尔:“因为这样写能更有效地塑造出他‘不完美的怪人’的形象。”这是世界外的解释,遵循写作逻辑。

这两个解释角度是很不相同的,万不可混淆。

(注意作者本人给出的解释不一定就是道尔解释,作者也可以给出世界内的回答——事实上一般作者更喜欢给出华生解释,这样显得他们的作品很严密。)

先说华生解释。

虽然说到快慢我们直觉是线速度,但人的眼睛其实不能直接计算出线速度,人看到的都是角度变化。奥特曼飞起一脚,脚尖的线速度也许是平常人的几十倍(身高优势嘛),但是如果角速度一样,完成整个动作花的时间一样,我们就觉得他是“正常动作”。

但是物理上讲,一个放大到几十倍的怪兽很难保持一样……
一方面是自身功率问题。假如一个人原样放大到原来2倍,肌肉横截面积变成4倍,力量也变成4倍。但是他的体重变成8倍,而“正常”做任何动作的线速度也变成2倍,最后时间未变,所需的能量变成了32倍。肌肉完全跟不上啊。
现实中,唯一的解决办法是肌肉不成比例加粗,而动作则相应放慢。所以大象是筒子腿,而且总给人慢悠悠的感觉。
当然怪兽机甲不是现实,你可以强行安给他们超级能源,让他们的肌肉力量也变成32倍,没问题。

可是另一方面就没法蒙混过关了——你改得了肌肉力量,但改得了重力吗?
重力加速度是不变的,而且无视你的体重。假如一个人类跳到1米高度,他落下一定要花0.45秒,雷打不动。如果巨人原样放大到10倍,那么他跳起“看起来相同”的高度,落下时间就变成了1.44秒了。
但这不光是跳的问题,实际上日常走路和跑步也一样,毕竟落脚的时候重力是主要因素。它如果以正常步态行进,每一步花的时间都是我们习惯的3.16倍。因此我们会觉得它慢(虽然事实上,它一步顶我们十步,线速度是我们的3.16倍)。这是无解的。


再说道尔解释。

奥特曼的动作是“正常”的,很简单,因为奥特曼是人直接来演的。强迫演员做出可信的慢动作实在太难,不如就这么正常着得了。

但是别的场合下,慢动作是好用的表现手法,因为它符合观众们对于“大即是慢”的直观日常经验,便于强调每一个具体动作的冲击(如果以拳击的组合拳节奏,每一拳观众几乎看不清,那花这么多钱做特效岂不是白做了),容易引发庄重威严的感受,如果是以小战大还能产生出“强大笨拙”被“小巧灵活”击败的逆转快感,等等。好处很多。

不过实际上实现手法经常不是真的变慢。动作戏完全按比例变慢的话经常会很可笑……常见的玩法是,无关动作和出招间隔变慢,但招式本身的动作还是很快。

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我认为,关键其实还是尺寸二次方和尺寸三次方的矛盾,反力和强度的矛盾

我们说动作敏捷,实际上是指从静止到动态,或者改变运动状态的速度,也就是加速度,肌肉驱动肢体产生加速度,骨骼是其中的支点,肢体加速运动会对肌肉和骨骼产生反力,在力学分析上我们称之为惯性力

如果是线加速度,F=ma,如果敏捷程度不变即a不变,m是质量,是尺寸的三次方,作用的反力F也是尺寸的三次方,但是骨骼和肌肉承受荷载的有效截面是尺寸的平方

如果是角加速度,比如手臂摆动,这个往往更一般,M=Ij,如果敏捷程度不变即角加速度j不变,I是转动惯量,是m和r^2的乘积组合,即转动惯量是尺寸的五次方,力矩M也是尺寸的五次方。M=Fl,肌肉的力臂l是尺寸的一次方,简单计算角加速度相等,肌肉反力是尺寸的五减一等于四次方,而肌肉强度仍然只有尺寸平方

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单从动画影视的效果来看,慢速度可以表现巨大尺度。比如你桌上一支笔掉地上,也就一秒,嗒~
但如果是住在你家的隐藏小人族仰天看到这笔的跌落,就应该是慢悠悠的,越来越大,带着低沉的轰鸣,对着镜头越来越大,最后黑屏。。。咣~~~

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参天软件工程师

2013-10-19 23:50

理论上来说是的,以为神经的传导是需要时间的。
好像速度是每秒100米。
儿一套动作至少需要神经做一个来回。加上神经不是直线。分析等等。需要的时间更长。
另外肌肉群的协调也是需要的。体型越大,肌肉群越多。单独控制一块肌肉一个来回,如果控制一个肌肉群,就绝对不止一个来回了,于是时间更多。

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我似乎觉得是人类的惯性思维问题。
比如你空手完成右横摆拳时,速度可以很快,因为你的肌肉可以控制住。

but如果握着个10kg的哑铃再完成这个动作时,因为肌肉无法控制,速度自然会变得相对来说慢。

but but高达们应该有更强大的能源来提供这些动力,所以它(该用男他还是女她?还是动物它?)们的动作不应该缓慢。

所以,我觉得这是人类的思维惯性,理所当然的认为大家伙们也控制不了,所以做成电影里那样子。

我也不排除慢动作做出来更好看些。

但我就是觉得不应该太慢,否则真得显得大家伙们笨重!应该灵活、有力这种设定才对!

原谅文科生来分析理科的东西。。。。。。。哈哈哈哈哈哈。。。

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楼上的都太量化,其实反驳这个最好的就是:少女跑的巨人们。巨人们即使少女跑都跑的飞快。

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