关于 3-D 视觉错觉的视角

比萨斜塔和相关错觉揭示了你的大脑如何构建 3-D 图像

双子塔?

在比萨斜塔错觉中,右侧的塔看起来比左侧的塔倾斜得更厉害。然而,这两张比萨斜塔的照片是相同的。

这种错觉揭示了人类视觉系统如何利用透视来帮助构建我们对 3-D 物体的感知。我们说“构建”,是因为视觉系统无法直接访问关于世界的 3-D 信息。我们对深度的感知来自于基于一组规则的神经计算。

这些规则包括以下内容:透视(平行线在远处看起来会汇聚);体视(我们的左眼和右眼接收到同一物体的水平位移图像,从而产生深度感知);遮挡(靠近我们的物体遮挡较远处的物体);明暗对比(物体对比度是光源位置的函数);以及空气透视(从图像中焦点内和焦点外元素的相互作用,以及大气本身的透明度水平中获得的深度感觉)。由于这些成对图像中描绘的塔楼在后退时没有汇聚,大脑错误地认为它们是非平行的且是发散的。

要了解更多关于这种错觉的信息,请访问 http://illusionoftheyear.com/2007/the-leaning-tower-illusion

由 FRED KINGDOM、ALI YOONESSI 和 ELENA GHEORGHIU 提供

我们怎么会错过它?成百上千,甚至数千名视觉科学家、心理学家、神经科学家、视觉艺术家、建筑师、工程师和生物学家都错过了它——直到 2007 年。“它”指的是比萨斜塔错觉,由当时都在麦吉尔大学的 Frederick Kingdom、Ali Yoonessi 和 Elena Gheorghiu 发现。在这种错觉中,同一倾斜和后退物体的两个并排相同图像看起来以两个不同的角度倾斜。这种令人难以置信的效果最初是在著名的比萨斜塔的图像中注意到的,但它也适用于其他后退物体的成对图像。

比萨斜塔错觉是可以产生的最简单的视觉技巧之一,但它也是在理解深度感知方面最深刻的技巧之一。事实上,这就是视觉科学家们摇头不相信他们没有早点注意到这种错觉的原因。Kingdom 和他的同事在 2007 年年度最佳错觉竞赛中宣布了这一错觉,并在该竞赛中获得了一等奖。

年度竞赛由我们组织并由神经关联学会主办,旨在庆祝世界顶级的视觉错觉创造者(包括艺术家和科学家)的独创性和创造力。参赛者提交新颖的错觉(即,未发表的或不早于前一年发表的)。一个由公正的评委组成的国际小组进行初步审查,并将数十个提交的作品缩小到 10 个最佳作品。然后,前 10 名创作者在公开投票中角逐一等奖、二等奖和三等奖。


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走到一起

托马斯·哈尔特纳

比萨斜塔错觉表明,大脑使用两个物体向远处后退时的汇聚角来计算它们之间的相对角度。当两座平行的塔楼出现在同一张照片中时,例如吉隆坡的双子塔,我们认为它们是平行的,因为它们在向远处后退时看起来会汇聚。

打破规则

由 BRIAN MICKLETHWAIT 提供

对类似图像的进一步分析揭示了我们的视觉系统处理深度和透视感知的微妙之处。例如,比萨斜塔错觉也适用于火车轨道的成对图像,这挑战了经典的透视规则。很难相信,但这些实际上是平行火车轨道的相同图像。尽管两个图像中的角度相同,但大脑认为它们非常不同。

缺乏深度

由秋吉北冈立命馆大学提供

当观看两个倾斜的日本漫画女孩时,比萨斜塔错觉不会发生,即使这两个卡通图像是倾斜的。原因是卡通女孩看起来没有向后退,因此我们的大脑不期望它们会在远处汇聚。这种现象表明,大脑仅在特定情况下应用其深度感知工具包。

在框内思考

由弗雷德里克·金德姆提供

比萨斜塔错觉是我们视觉系统的一个基本特征,即使将 3-D 立体物体绘制成向远处后退的样子,它也有效。平行线会产生在深度上发散的错觉。也就是说,盒子看起来背面比正面更宽,而实际上背面和正面在视网膜上具有完全相同的宽度。

什么是真实?

华纳兄弟/纽约艺术资源库

正如画家在平面画布上创造深度错觉一样,我们的大脑根据来自我们基本上是 2-D 视网膜的信息创造深度错觉。视觉错觉向我们表明,深度、颜色、亮度和形状不是绝对术语,而是由复杂的大脑回路积极创造的主观、相对的体验。这不仅适用于视觉体验,也适用于任何感觉。无论我们体验到“红色”的感觉、“正方形”的外观,还是诸如爱和恨之类的情绪,这些都是我们大脑中神经元电活动的结果。

在电影《黑客帝国》中,墨菲斯问尼奥:“什么是真实?你如何定义真实?如果你谈论的是你可以感觉、可以闻到、可以尝到和看到的东西,那么真实只不过是你大脑解释的电子信号。”这部电影没有告诉我们的是,即使当尼奥从“母体”的虚假世界中醒来进入“真实世界”时,他的大脑仍将继续构建他的主观体验,就像所有大脑所做的那样,而这种体验可能与现实相符,也可能不相符。因此,在某种程度上,我们都生活在我们大脑创造的虚幻母体中。

变形艺术

库尔特·温纳

得益于大脑的透视规则,艺术家可以欺骗我们,让我们将二维绘画感知为三维。艺术家库尔特·温纳的 3-D 路面绘画——例如瑞士卢塞恩的缪斯——是变形错觉,从特定视点观看时会产生三维印象(上图)。然而,从“错误”的一侧,你可以看到温纳用来创造 3-D 效果的扭曲(右图)。“变形”一词来自希腊语,意思是“再次形成”。

Stephen L. Macknik 是纽约州布鲁克林 SUNY Downstate 医疗中心的眼科学、神经病学、生理学和药理学教授。他与 Susana Martinez-Conde 和 Sandra Blakeslee 合著了获得 Prisma 奖的《Sleights of Mind》。他们的下一本书《Champions of Illusion》将由 大众科学/Farrar, Straus and Giroux 出版。

更多作者:Stephen L. Macknik

Susana Martinez-Conde 是纽约州布鲁克林 SUNY Downstate 健康科学大学的眼科学、神经病学、生理学和药理学教授。她与 Stephen Macknik 和 Sandra Blakeslee 合著了获得 Prisma 奖的《Sleights of Mind》,并与 Stephen Macknik 合著了《Champions of Illusion》

更多作者:Susana Martinez-Conde
SA Special Editions Vol 25 Issue 3s本文最初以 “关于 3-D 视觉错觉的视角” 为标题发表于 SA Special Editions Vol. 25 No. 3s (), p. 10
doi:10.1038/scientificamericanillusions0816-10
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