關於 3-D 視覺錯覺的視角

比薩斜塔和相關錯覺揭示了你的大腦如何構建 3-D 影像

雙子塔?

在比薩斜塔錯覺中,右側的塔看起來比左側的塔傾斜得更厲害。然而,這兩張比薩斜塔的照片是相同的。

這種錯覺揭示了人類視覺系統如何利用透視來幫助構建我們對 3-D 物體的感知。我們說“構建”,是因為視覺系統無法直接訪問關於世界的 3-D 資訊。我們對深度的感知來自於基於一組規則的神經計算。

這些規則包括以下內容:透視(平行線在遠處看起來會匯聚);體視(我們的左眼和右眼接收到同一物體的水平位移影像,從而產生深度感知);遮擋(靠近我們的物體遮擋較遠處的物體);明暗對比(物體對比度是光源位置的函式);以及空氣透視(從影像中焦點內和焦點外元素的相互作用,以及大氣本身的透明度水平中獲得的深度感覺)。由於這些成對影像中描繪的塔樓在後退時沒有匯聚,大腦錯誤地認為它們是非平行的且是發散的。

要了解更多關於這種錯覺的資訊,請訪問 http://illusionoftheyear.com/2007/the-leaning-tower-illusion

由 FRED KINGDOM、ALI YOONESSI 和 ELENA GHEORGHIU 提供

我們怎麼會錯過它?成百上千,甚至數千名視覺科學家、心理學家、神經科學家、視覺藝術家、建築師、工程師和生物學家都錯過了它——直到 2007 年。“它”指的是比薩斜塔錯覺,由當時都在麥吉爾大學的 Frederick Kingdom、Ali Yoonessi 和 Elena Gheorghiu 發現。在這種錯覺中,同一傾斜和後退物體的兩個並排相同影像看起來以兩個不同的角度傾斜。這種令人難以置信的效果最初是在著名的比薩斜塔的影像中注意到的,但它也適用於其他後退物體的成對影像。

比薩斜塔錯覺是可以產生的最簡單的視覺技巧之一,但它也是在理解深度感知方面最深刻的技巧之一。事實上,這就是視覺科學家們搖頭不相信他們沒有早點注意到這種錯覺的原因。Kingdom 和他的同事在 2007 年年度最佳錯覺競賽中宣佈了這一錯覺,並在該競賽中獲得了一等獎。

年度競賽由我們組織並由神經關聯學會主辦,旨在慶祝世界頂級的視覺錯覺創造者(包括藝術家和科學家)的獨創性和創造力。參賽者提交新穎的錯覺(即,未發表的或不早於前一年發表的)。一個由公正的評委組成的國際小組進行初步審查,並將數十個提交的作品縮小到 10 個最佳作品。然後,前 10 名創作者在公開投票中角逐一等獎、二等獎和三等獎。


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走到一起

托馬斯·哈爾特納

比薩斜塔錯覺表明,大腦使用兩個物體向遠處後退時的匯聚角來計算它們之間的相對角度。當兩座平行的塔樓出現在同一張照片中時,例如吉隆坡的雙子塔,我們認為它們是平行的,因為它們在向遠處後退時看起來會匯聚。

打破規則

由 BRIAN MICKLETHWAIT 提供

對類似影像的進一步分析揭示了我們的視覺系統處理深度和透視感知的微妙之處。例如,比薩斜塔錯覺也適用於火車軌道的成對影像,這挑戰了經典的透視規則。很難相信,但這些實際上是平行火車軌道的相同影像。儘管兩個影像中的角度相同,但大腦認為它們非常不同。

缺乏深度

由秋吉北岡立命館大學提供

當觀看兩個傾斜的日本漫畫女孩時,比薩斜塔錯覺不會發生,即使這兩個卡通影像是傾斜的。原因是卡通女孩看起來沒有向後退,因此我們的大腦不期望它們會在遠處匯聚。這種現象表明,大腦僅在特定情況下應用其深度感知工具包。

在框內思考

由弗雷德里克·金德姆提供

比薩斜塔錯覺是我們視覺系統的一個基本特徵,即使將 3-D 立體物體繪製成向遠處後退的樣子,它也有效。平行線會產生在深度上發散的錯覺。也就是說,盒子看起來背面比正面更寬,而實際上背面和正面在視網膜上具有完全相同的寬度。

什麼是真實?

華納兄弟/紐約藝術資源庫

正如畫家在平面畫布上創造深度錯覺一樣,我們的大腦根據來自我們基本上是 2-D 視網膜的資訊創造深度錯覺。視覺錯覺向我們表明,深度、顏色、亮度和形狀不是絕對術語,而是由複雜的大腦回路積極創造的主觀、相對的體驗。這不僅適用於視覺體驗,也適用於任何感覺。無論我們體驗到“紅色”的感覺、“正方形”的外觀,還是諸如愛和恨之類的情緒,這些都是我們大腦中神經元電活動的結果。

在電影《駭客帝國》中,墨菲斯問尼奧:“什麼是真實?你如何定義真實?如果你談論的是你可以感覺、可以聞到、可以嚐到和看到的東西,那麼真實只不過是你大腦解釋的電子訊號。”這部電影沒有告訴我們的是,即使當尼奧從“母體”的虛假世界中醒來進入“真實世界”時,他的大腦仍將繼續構建他的主觀體驗,就像所有大腦所做的那樣,而這種體驗可能與現實相符,也可能不相符。因此,在某種程度上,我們都生活在我們大腦創造的虛幻母體中。

變形藝術

庫爾特·溫納

得益於大腦的透視規則,藝術家可以欺騙我們,讓我們將二維繪畫感知為三維。藝術家庫爾特·溫納的 3-D 路面繪畫——例如瑞士盧塞恩的繆斯——是變形錯覺,從特定視點觀看時會產生三維印象(上圖)。然而,從“錯誤”的一側,你可以看到溫納用來創造 3-D 效果的扭曲(右圖)。“變形”一詞來自希臘語,意思是“再次形成”。

Stephen L. Macknik 是紐約州布魯克林 SUNY Downstate 醫療中心的眼科學、神經病學、生理學和藥理學教授。他與 Susana Martinez-Conde 和 Sandra Blakeslee 合著了獲得 Prisma 獎的《Sleights of Mind》。他們的下一本書《Champions of Illusion》將由 大眾科學/Farrar, Straus and Giroux 出版。

更多作者:Stephen L. Macknik

Susana Martinez-Conde 是紐約州布魯克林 SUNY Downstate 健康科學大學的眼科學、神經病學、生理學和藥理學教授。她與 Stephen Macknik 和 Sandra Blakeslee 合著了獲得 Prisma 獎的《Sleights of Mind》,並與 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 “關於 3-D 視覺錯覺的視角” 為標題發表於 SA Special Editions Vol. 25 No. 3s (), p. 10
doi:10.1038/scientificamericanillusions0816-10
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