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椅背上的“神秘纹路”是怎么回事，世界出bug了吗？

送走了几届师兄之后，那把扶手盘得包浆的电脑椅还是光荣退休了，椅子的“现任主人”王同学在准备拍下照进行报废申请的时候，偶然瞥见椅背上出现了“涟漪”一样的纹路，椅背由网布缝成，纵横得极有组织，是绝不可能自发变异的，前不久王同学侃大山的时候，还和同学们大谈特谈过世界出bug的可能性，莫非是世界运行在低配电脑上，所以对细密网布的渲染算力不够了？

王同学的电脑椅，来源：王同学拍摄

这种画风奇特的神秘纹路并非横空出世，科学界里称其为——摩尔纹。

俯仰可见的魔幻波纹

给出两个等间距的竖条纹图案A和B，他们看起来很相似，但条纹的疏密程度不同，将这两张图叠加在一起，两幅图中条纹的初始位置和疏密程度不同，使得亮暗条纹在空间中相互遮挡或增强，形成了明暗相间的条纹，这时神奇的现象发生了：

重叠区域的条纹并没有因为叠加而变得更密，反而衍生出了周期性的“大黑线”，这些黑线的密集程度比A和B都要低得多，同时也要粗得多。

竖条纹叠加形成的摩尔纹，来源：google picture,Crective Commons License

差拍原理告诉我们：两个频率接近的等幅正弦波叠加，合成信号的幅度将按照两个信号的频率之差变化。条纹图案就可以认为是空间分布上的正弦波，波峰位置是亮条纹，波谷位置是暗条纹，频率体现为图案在空间上的密集程度，A、B两个频率较高的条纹图案叠加后，肉眼无法再分辨出彼此的条纹，只能看到干涉的图样，图样的频率是A、B两信号的频率差，这种图样就是摩尔纹。

摩尔纹是条纹重叠后产生的干涉影像，在生活中可谓是俯仰可见，王同学在椅背上发现的“涟漪一样的纹路”就是前后椅面重叠产生的摩尔纹，细心观察的你甚至能在电风扇上找到它的身影。

风扇上的摩尔条纹，来源：google picture,Crective Commons License

辐射状条纹叠加形成的摩尔纹，来源：google picture,Crective Commons License

风扇上的摩尔纹是由风扇前后罩面的条纹栅网叠加形成的，形状上非常像条形磁铁的磁感线。

当我们穿足够细的条纹衣服拍照的时候，在照片上也会发现这种奇妙的纹路，可是单层的条纹衣服哪来别的条纹与它干涉呢？别忘了——数码相机、扫描仪等设备的感光元件是像素规则排布的，其排布也具有空间频率。

当我们拿手机拍摄面前的电脑屏幕时，在合适的角度上，摄像头的滤色器阵列(CFA)和屏幕的子像素布局之间会产生频率混叠，同样表现为复杂纹路图案。

王同学的“护眼”电脑壁纸，来源：王同学拍摄

凑近了拍也有摩尔纹，来源：王同学拍摄

人眼强于相机吗？

用手机拍摄屏幕会出现摩尔纹，但是无论人眼从哪个方向看屏幕，都无法直观地看到任何纹路，这是否意味这在某些方面，人眼比相机更出色呢？

别怀疑自己眼睛的精妙！在用进化论解释人眼的结构之前，神创者认为，眼睛的结构之美妙，完全可能证明上帝作为造物者的存在，连达尔文当时也在给朋友的信中写道：每次想起眼睛的结构，我都会不寒而栗。

其实，人眼视细胞的排布，并不像感光元件的像素排布那么规律，没有这种周期的排布就不会形成差拍，而且人眼看到的画面完全是经过大脑处理的，大脑需要把左右眼各个角度看到的图像进行合成，合成后的图像已不再是原始图像了，所以人眼从屏幕上看不到摩尔纹。

冬奥会地屏里的浪漫空灵

拍摄屏幕时的“魔性“摩尔纹对爱好摄影的人们的确是一个噩梦，这些图案如不速之客般降临到相片上，降低了图像质量和视觉体验。

一般地，大屏幕为了显示相同的内容，像素密度就相对较低，摩尔纹现象就越明显，这在需要大屏转播的场合就越发棘手，值得一提的是，在惊艳全球的北京冬奥会开幕式上，当时世界上最大的LED屏幕，由42208个50厘米见方的LED模块搭成的地屏，利用LED灯面罩雾化，减弱像素的颗粒感，消除图像的周期性不连续，达成了近乎完美的抗摩尔纹效果，为摄像转播提供了全焦段无干扰的纯净视频显示画面，堪称一绝。

2022年北京冬奥会开幕现场，来源：wiki

城市云天里的光影外衣

正如摩尔纹会降低相片的图像质量一样，它在建筑物上的出现往往破坏了建筑师理想中的视觉效果，由于摩尔纹的存在导致建筑物美感降低的现象时有发生。一些设计者在考虑安全因素或希望呈现出一种通透的效果时，会将外立面设计成各层嵌套的金属网格，这就产生了无序的摩尔纹图案，这种图案会使得室内的办公人员有目眩之感而无法集中注意力，又对路过的行人及车辆产生视觉干扰，算得上是除玻璃幕墙的镜面反射外的又一大光污染。

这样来看，摩尔纹似乎只是影响视觉体验的混乱的干涉条纹罢了。

知彼、知己，可以患为利——孙武

如果我们只是停留在对这种视觉现象充满神秘感的未知印象上，那我们可能像过去的人们笃信龟甲占卜一样，认为这些纹路代表了神灵的意志，但停留在表象永远不能满足人类，好奇心是他们与生俱来的底图，与探索的世界干涉出独特的纹路，当我们发掘并分析现象背后的生成规律时，我们就能使摩尔纹的呈现由偶发变得可控。

我国台湾的大立精品馆，来源：google picture,Crective Commons License

矗立在我国台湾高雄的大立精品馆，玻璃和外墙的金属格栅交错布置，通过对摩尔纹效果的图案进行转译，建筑外凸的正面在不同距离观看时会展示不同的流畅形状，如同一个巨大的流动的十字星（留心的读者会发现，这个形状挺像王同学电脑上拍出的摩尔纹），仿佛为建筑披上了一层“光影外衣”。

寻世界之美者与科技同行对摩尔纹现象的开发应用正日新月异地出现在生活的各个方面，在安全领域，钞票扫描时产生的摩尔纹极大提升了防伪性能；在服饰设计上，摩尔纹丰富了服饰的表现力；在包装设计上，设计者别有用心地将打开包装的抽拉式动作和莫尔纹的效果叠加联系在一起，最为典型的例子之一是2018年全球包装设计大奖赛的获奖作品——NORD STREAM海鲜食品公司的包装设计，设计师LOCO Studio使用抽拉式包装盒，在内盒上印有海产品的剪影，抽出内盒时，从外盒的栅栏上就能看到海产品摆动的摩尔纹动画，印象深刻地传达了食材“鲜活”的信息。

从身边的世界，到远方的家园，摩尔纹这种俯仰可见的魔幻波纹，正从世界朦胧的迷雾中，凭借科学与技术走入人类家园，石墨烯堆叠成的莫尔晶格牵动科学前沿，建筑、包装、服饰上的技术运用凸显艺术与美，世界巧妙地在科学探索和技术实践的融贯中推陈出新，人类视觉里流动着的日新月异的世界，在进步中昭示着：

科学是一种美。

科学的应用造就更美的世界。

参考文献：

[1]https://www.ceta.com.cn/210/202301/2497.html

[2]https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_16703944

[3]杨光,鄂玉萍,王家俊.基于摩尔纹生成规律的包装交互设计研究[J].绿色包装,2023,(06):107-111.DOI:10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2023.06.022.

[4] https://www.unstudio.com

[5]马宜勃.基于摩尔纹效应的建筑形态应用初探[J].建筑师,2022,(05):99-106.

[6] Dacen W ,Ellis T ,Esmeralda A , et al.Mixed-dimensional moiré systems of twisted graphitic thin films.[J].Nature,2023,620(7975):750-755.

作者：李文杰 科普作者

审核：李明 中国科学院高能物理研究所 研究员

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