本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
西班牙超現實主義畫家薩爾瓦多·達利是《大眾科學》的讀者,他最標誌性的作品之一是基於一篇關於面部感知的《大眾科學》文章創作的。
斯蒂芬·麥克尼克和我很高興能擔任佛羅里達州聖彼得堡達利博物館“幻覺奇觀”展覽的科學顧問。該展覽探討了幻覺在達利許多傑作中的作用,將持續到九月(之後可能會成為巡迴展覽……我們會通知您)。如果可以,請去看一看,這是一個令人難以置信的收藏!
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我們摘錄了展覽中神經科學撰寫和影像的樣本,用於今天的帖子
《加拉凝視地中海,在二十米處變成亞伯拉罕·林肯的肖像》是達利最精美的模稜兩可的幻覺之一。
達利在瞭解到萊昂·D·哈蒙於1973年11月在《大眾科學》雜誌上發表的開創性著作後創作了這幅作品,文章標題為《面孔的識別》。在文章中,哈蒙從一張5美元鈔票上取下亞伯拉罕·林肯的影像,並製作了它的“塊平均”渲染圖。塊平均意味著影像被分解成網格塊,每個塊都填充了該塊的平均灰度值;本質上是每個畫素一個色調。
哈蒙(等人)發現,面部識別所需的最小塊數為 16 x 16 塊(總共 256 塊)。考慮到這些塊中的許多是背景,實際上,我們可以從大約 150 個資訊塊中識別面孔!
向馬克·羅斯科(Mark Rothko,1903-1970)致敬,是為了向最近自殺的一位領先的抽象表現主義畫家表示敬意。達利作品中顏色漸變的多塊色塊令人聯想到羅斯科冥想式的“色域”繪畫。
研究人員將影像中的精細細節和對比度的突變稱為高空間頻率。低空間頻率對應於影像中的粗略細節,可以傳達關於形狀、方向和比例的全域性資訊。
《加拉凝視》……幻覺之所以奏效,是因為加拉由高空間頻率組成,而林肯的肖像由低空間頻率組成。靠近觀看時,我們專注於高空間頻率細節、色調和值的細微差異,並感知到加拉正在十字形窗戶前眺望大海,以及天空中以厚塗法渲染的十字架。構成畫作的棋盤格使我們能夠記錄描述加拉形態的精細顏色和值梯度。大“畫素”邊緣的高空間頻率、多個深色和淺色塊在近距離支配著我們的感知,掩蓋了林肯的臉。
從遠處(20 米)觀看這幅畫時,我們的視覺主要看到低空間頻率:我們現在感知到場景的粗略、一般元素,而不是精細的——高頻率——細節,例如彩色塊的邊緣和加拉的輪廓。我們不再看到加拉,因為描繪她身體的高空間頻率逐漸消失在周圍區域(該區域的光值與加拉的人物輪廓相當),只留下構成林肯臉部的整體形狀和陰影(低空間頻率)。近距離眯著眼睛看這幅畫也可以模糊和柔化邊緣,從而消除高空間頻率資訊,並揭示“隱藏”在低頻率中的面部資訊。達利為大海、雲彩和加拉的身體選擇的色調、值、紋理和飽和度現在變成了我們感知林肯臉部皮膚的適當陰影。
一旦你感知到林肯的臉,你的面部神經元將提供額外的細節來幫助“填充”影像。一旦你將林肯的臉與那組特定的方塊聯絡起來,就很難停止看到它(如果你願意,這是一種視覺形式的滯後效應)。達利(和哈蒙)選擇林肯並非偶然:我們識別熟悉的面孔比不熟悉的面孔更好。年幼的孩子可能無法識別出林肯本人,但只能感知到一張臉。
當你靠近時,影像再次被它們的精細細節所支配:林肯消失了,加拉再次出現。
起作用的感知過程類似於當你靠近觀察當代計算機生成的照片馬賽克時,你可以看到單個照片,但當你從遠處觀看時,你可以看到一個大的影像。事實上,你的整個視覺體驗都來自於跨馬賽克的整合,因為你視網膜中的感光器實際上是單個光探測器的馬賽克!


