神奇美妙的视错觉世界

作者: 史晓雷

来源: 中科院之声

发布日期: 2017-01-03

本文详细介绍了多种视错觉现象及其背后的科学原理,从缪勒-莱耶尔错觉到不可能物体,展示了视觉系统的复杂性和视错觉的神奇之处。

您一定读过英国作家路易斯·卡罗尔的《爱丽丝奇境历险记》吧?还记得爱丽丝掉入兔子洞之后遇到的神奇世界吧?不合常理的事情总是很吊我们的胃口,比如我们时常会遇到的错觉现象。错觉,就是错误的知觉,也即我们的感官将接受到的外界信息通过感受器传送给大脑后,得到了与实际事物不符的现象。就人类获取外界信息的渠道而言,视觉占绝对优势,可达80%以上,因此视错觉最为常见。视错觉大致可分为二维的与三维的两种。

好了,深吸一口气,精彩诡异的揭秘视错觉之旅马上出发了!

首先我们看视错觉中最常见的缪勒-莱耶尔错觉。你会感觉图中上方的线段长于下方的线段,可事实上它们等长,不信你可以用直尺亲自量下。这究竟是怎么回事呢?目前对该错觉的主流解释是视觉中的“大小恒常性”机制。该机制说,我们在判断物体大小的时候,视觉系统自动会把物体与我们的距离因素考虑进来。

我们在判断图1两条线段的长短时,会不自觉地考虑到距离因素,也就是置于三维空间去判断。但是这一解释仍有无法克服的困难,比如在缪勒-莱耶尔的变形图中,我们能感觉到下方的线段要长于上方的。一种解释为向外倾斜的箭头或者如图置于两端的圆形造成了线段横向的视野开阔,误导了视觉在水平方向的错觉。

下面三幅图均与平行线有关。图4是佐尔拉错觉,是德国天体物理学家佐尔拉于1860年发现的。

本来是一组相互平行的线段,在添加上一些附加线段之后看起去便不再平行。图5与图6分别叫海林错觉与冯特错觉,分别由德国生理学家埃瓦尔德·海林与威廉·冯特在19世纪发现。这两幅图均受到了放射状线的影响,使得原本的平行线看上去发生了弯曲,只不过两者弯曲的方向正好相反。这些造成视觉上形状或方向发生的原因主要是干扰线的存在误导了视觉。

看来,人们常说的“眼见为实”也不靠谱。

接下来我们看几个由于“侧抑制”引发的错觉。什么是“侧抑制”呢?生理学上讲,视网膜上的神经细胞受到光刺激的同时,会对周围的神经细胞产生抑制作用,这种现象就叫为“侧抑制”。它发生在视网膜上一种叫做侧细胞丛的结构上。图9是著名的赫尔曼栅格错觉,在白色栅格的十字交叉处我们能隐约感觉到有暗灰圆点在闪现。

这是因为十字交叉处的四边都是亮的区域,而白栅格只是两侧,所以注视交叉处的视网膜区域比注视白栅格的区域受到了更多的抑制,就显得比其它区域暗一些,于是在交叉处看到灰点。图10左右两灰色竖条块的灰度是一样的,但看上去左边的颜色要深于右边,这也是“侧抑制”的因素导致的。

当你看图11时,一定会感觉到是条螺旋线,但当你拿笔沿着线条描下去就会发现,它们是一系列的同心圆。这张图是著名的弗雷泽螺旋错觉,是由英国的心理学家弗雷泽于1908年描绘的。这种错觉主要由图案背景中那些内切于圆并向外微微斜向发散的黑色线条引起的,具有方向性的黑色线条刺激了对方位敏感的视觉细胞,从而诱导产生螺旋错觉。

图15你一定见到过,你的视觉也一定会在花瓶的轮廓与两张人的侧面孔之间来回转换。

它是丹麦心理学家埃德加·鲁宾于1915年设计的,一般被称作“鲁宾的花瓶”。在花瓶与面孔的视觉转换中,其实是主体与背景之间的变换。如果你选择的是花瓶,那么大脑自然会把面孔作为背景来对待,反之亦然。不过观察者的选择或者对图案的理解与观察者的经验背景有关,如果他对花瓶熟悉,那么在看到的一瞬间大脑会把这一信息传递给视觉系统,从而白色花瓶从黑色背景中分离出来。观察者在这两种图案之间转换并不费力。

如果你是第一次看到图18,相信你除了一些毫无规则的黑白斑点外发现不了什么。但请你静下心来慢慢搜寻图案中一只正在行进中的达尔马提亚狗,相信你很快会如愿以偿。这说明人类的视觉系统在处理这些零散的图案信息时有着惊人的综合能力。无疑,这些人类长期进化的结果。

最后我们来体验下视觉错觉中最诡异的盛宴“不可能物体”。在图20中,乍看上去右方的叉子通过中间框的三个孔会穿到左边的三个六角螺帽中。但你仔细看就会发现它们全部是“不可能物体”!以右边的叉子为例。如果从叉子的左端看,它是一把三脚叉,但从叉子的右端看,它又是两脚叉。够离奇吧?这把吊诡的叉子被心理学家称为“魔叉”。那么产生错觉的原因何在呢?原来是物体构造线中“一线多意”引起的。

谈到视觉错觉的“不可能物体”,不能不提到荷兰的著名艺术家埃舍尔。他是错觉艺术的超级大师,一生创作了众多引人入胜的“不可能世界”。我们就以他的《瀑布》与《观景楼》作为我们这次视错觉之旅的终点,在这些不可思议的世界里驻足品味视错觉带给我们的美妙与神奇吧。

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