虽然错觉根据定义不是真实的,但科学家们越来越多地找到利用它们来影响现实世界的方法。以下是10个使用或控制错觉的实际应用,从军舰到虚拟现实,再到米开朗基罗的《大卫》和自由女神像。
MP3
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所有 MP3 都基于错觉。 MP3 是“有损音频压缩”的产物,它会丢弃音频信号的部分内容以缩小声音文件,但对于普通听众来说,声音质量的感知损失为零或最小。
MP3 压缩是如何工作的?它消除了通常听不见的声音。例如,如果两个声音在时间上非常接近的同时出现,那么根据它们的频率和强度,大脑可能只会感知到其中一个,这种现象称为掩蔽。“有损音频压缩绝对涉及错觉,”加州大学圣地亚哥分校的感知和认知心理学家戴安娜·多伊奇说。“你可以减少信号中的信息量,而大脑会填补空白。”
在移除人们通常听不到的声音,然后使用传统压缩方法对冗余信息进行编码以节省空间后,MP3 可以将声音文件的大小减少 90% 左右。
图片:Thinkstock
未来主义灯泡
2012 年,现任纽约州立大学布鲁克林分校下城医疗中心的认知神经科学家 斯蒂芬·麦克尼克 和他的同事发现一种错觉,它允许灯泡在 13% 的时间内基本上熄灭,但对人脑来说,亮度似乎与整个时间都亮着一样。通过制造利用这种错觉的灯泡,研究人员希望制造出可以节省高达 20% 电费的灯泡。
研究人员对灯泡的闪烁进行了分析,只要它们存在。例如,托马斯·爱迪生发现,每秒闪烁 60 次的灯泡看起来是恒定的光源,麦克尼克说(他也是《大众科学思维》的顾问委员会成员)。
麦克尼克和他的同事发现,对亮度的感知不仅与光闪持续时间有关,还与它们的周期性有关。他们的发现表明,如果 67 毫秒的光脉冲与 10 毫秒的黑暗周期交替出现,人们仍然会把这些光脉冲感知为一个,而不是闪烁。
麦克尼克认为,这一发现可能会带来节能且寿命更长的灯泡。节省的费用可能很可观,根据美国能源信息管理局的数据,大约四分之一的电力用于照明。这项发明正在申请专利,麦克尼克已获得国家科学基金会拨款,用于研究大脑中这种错觉的生理基础。
修剪腰围
科学家们早就知道,德尔勃夫错觉 会使人们误判被较大圆圈包围的相同大小的圆圈的大小。内圆周围的空白空间越多,它看起来就越小。
同样,在2006 年,研究人员布莱恩·万辛克和科尔特·范·伊特瑟姆发现,较大的盘子可以使相同量的食物看起来更小,反之亦然。科学家们还注意到,自 1960 年以来,美国餐盘的平均尺寸增加了 22%,这或许有助于解释为什么人们现在每顿饭吃得更多。
这一发现表明,使用较小的盘子可能是修剪腰围和减少食物浪费的简单一步。小盘子运动 现在旨在让家庭和餐馆使用较小的餐具。实际上,研究人员斯蒂芬·卡尔贝肯和哈康·塞伦发现,斯堪的纳维亚最大的连锁酒店通过减小盘子尺寸以及张贴鼓励顾客在一顿饭中多次自助餐的标志来减少了 20% 的食物浪费,以促使他们在第一次去餐桌时不要装太多食物。
交通拥堵
道路上的凹陷处,即路面从下坡变为上坡的地方,通常会导致交通拥堵。垂直梯度的视觉错觉 往往会导致驾驶员误判道路的坡度。这意味着在下垂处,驾驶员经常没有意识到他们正在上坡,因此没有加速以保持速度,从而导致交通减速和拥堵。
日本的科学家认为,道路附近墙壁上的条纹图案可能有助于抵消这种错觉,帮助畅通交通,东京武藏野大学的研究员友枝明康说。他说,研究人员正在使用驾驶模拟器测试这种模式是否有效。
强制透视
强制透视依赖于一种光学错觉,使物体看起来比实际更近、更远、更大或更小。例如,在电影中,《卡萨布兰卡》的最后一幕中,逃生飞机实际上是一个微型的平面剪纸,而制作该飞机的临时演员是一些小人物,这有助于创造大小的错觉。现代电影版本的强制透视包括《哈利·波特》电影中的巨人海格和《指环王》三部曲中的矮人和霍比特人。“强制透视之所以有效,是因为人类的 3D 视觉系统很糟糕,”麦克尼克说。“我们使用扁平的视网膜,一个 2D 的‘设备’来以 3D 视角观看,因此必须依赖透视线索来确定大小和距离。”
在雕塑中,强制透视的经典例子包括米开朗基罗的《大卫》和自由女神像,从下方观看时,这种错觉有助于使它们的比例看起来更自然。强制透视也用于游乐园,例如沃尔特迪斯尼世界的灰姑娘城堡和环球影城新的霍格沃茨城堡,使这些结构看起来更令人印象深刻。
视频
动画、电影和在线视频都依赖于一种称为 Phi 现象的光学错觉,其中快速连续观看的静止图像会产生连续运动的错觉。例如,电影每秒至少向观众闪烁 24 幅静止图像,这种闪烁速度足以产生平稳移动图像的错觉。“Phi 现象之所以有效,是因为视觉系统根本看不到运动——它看到的是不同位置的空间边缘,并假设它们正在移动,”麦克尼克说。“因此,当你在一个位置眨眼一个盒子,然后在另一个位置眨眼,视觉会将其视为运动,因为这也是它看待真实运动的方式。”
诸如 Oculus Rift 之类的虚拟现实显示器部分基于 对飞行模拟器数十年的研究,而飞行模拟器又依赖于艺术界数百年来关于如何使用光学错觉来 欺骗眼睛 和模仿深度的知识。“即使在艺术出现之前,我们的大脑也一直使用透视线索来看深度,”麦克尼克说。“艺术家们只是弄清楚了这些规则是什么,并利用它们使事物看起来处于与实际不同的深度或大小。”
例如,使用线性透视来创造深度的错觉,线条会汇聚,并且物体会被绘制得较小,看起来好像它们正在从观看者那里退去。使用大气透视来使物品看起来好像更远,物体可以被绘制得更模糊,并带有蓝色色调,以模仿大气雾霾对远方物体外观的影响。使用阴影,画家可以模仿光线和阴影对固体物体的作用,从而创造出形状的错觉。
飞行模拟器添加倾斜、摇晃和声音等效果,使它们显示的错觉看起来更真实。虚拟现实还试图使用有线手套和全方位跑步机来重新创建触觉和空间等体验,并通过模拟人与其虚拟环境之间的互动来增强错觉。
炫目伪装
炫目船是在两次世界大战期间涂有鲜艳条纹和其他大胆图案的军舰,目的是迷惑敌人。这个想法是,炫目伪装会扰乱敌人对舰船的射程、航向、大小、形状和速度的感知,从而减少潜艇鱼雷攻击造成的损失。英国布里斯托尔大学的视觉科学家 尼克·斯科特-塞缪尔 说,德国 U 型潜艇 的指挥官只能将潜望镜升起最多约 5 秒钟,时间再长,潜望镜就会留下足够可见的尾流,使 U 型潜艇容易受到深水炸弹的袭击。在 这大约五秒钟内,“他必须进行鱼雷击中移动目标所需的计算。这很难做到,而炫目图案的目标是进一步干扰感知。”
在涉及视频屏幕上移动物品的实验中,斯科特-塞缪尔和他的同事发现,炫目图案确实可以扭曲速度的感知,尤其是在高速时。研究人员认为,在针对以每小时 90 公里速度移动的陆地巡逻车、距离约为 70 米(这是此类袭击的典型距离)的火箭推进榴弹袭击中,炫目伪装可能有助于使榴弹偏离目标约一米,这可能是车辆乘员生死攸关的距离。
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电话
智能手机和其他电话都依赖于一种称为缺失基频的听觉错觉。诸如语音或音乐之类的复杂声音由许多不同的声音频率组成,例如 100、200 和 300 赫兹。在该示例中,第二个和第三个频率是第一个和最低频率的倍数,称为谐波,第一个和最低频率称为基频。“由于缺失基频的错觉,即使基频被移除,只要声音中有足够数量的相邻谐波,仍然可以听到基频,”加州大学圣地亚哥分校的戴安娜·多伊奇说。
由于扬声器体积小、质量低,电话通常只传输大约 300 到 3,000 赫兹之间的声音。成年人声音的基频通常低于 300 赫兹,而典型的男性声音的基频约为 100 到 150 赫兹,但通过电话,我们通常不会将成年人与儿童混淆,也不会将男性与女性混淆。“大脑会重建缺失的基频,这样你就可以听到实际上不存在的音高,”Deutsch 说。“大脑为什么要这样做?”她问道。“嗯,当声音传播时,它们会反弹很多次,并且声音的不同成分会因为墙壁和声音反弹到的各种物体而丢失或减少。因此,只要我们利用缺失基频的错觉,即使声音的频率成分因情况而异,我们也可以识别出该声音。”
现代电话技术利用这种错觉,传输比任何给定对话中实际存在的频率带宽更小的频率。电话系统传输的信息较少这一事实,使得它们可以在一条线上承载更多的呼叫,从而使其更具成本效益。
泳装
为什么高开衩泳装会让腿看起来更长? 日本大阪大学的 森川和則表示,这是高开衩腿部的错觉。
在一项研究中,森川让 76 名本科生观看一位穿着高开衩泳装或及小腿长度紧身裤的女性的图画。 当这位女性穿着泳装时,学生们明显高估了她的腿长。
这种错觉是著名的缪勒-莱尔错觉的一个变体。 最常见的版本涉及两条长度相同的线,每条线的末端都有像鳍或翅膀一样突出的对角线。带有向外突出翅膀的线看起来比带有向内突出翅膀的线更长。 森川说,高开衩泳装的腿部开口和腿部内轮廓形成的 Y 形轮廓可能会唤起缪勒-莱尔错觉。