解密視錯覺| 人人都能看懂3D立體圖 - GetIt01

想要看到圖5中3D物體的一個簡單方法是：先放鬆眼睛肌肉，使左眼看到左上方的點、右眼看到右上方的點；然後慢慢地調整視角，當你能在圖像的頂部看到三個點後，再慢慢地調整 ... 標籤：心理学神经科学腦科學 解密視錯覺|人人都能看懂3D立體圖 02-07 此文已被知乎日報收錄：那些好玩的3D立體圖如何「騙」了你的眼睛？文/@東華君前言：視覺系統是人類最重要的感覺通路，大約80%的外界信息經視覺系統進入人腦。

但是有些時候我們的視覺系統卻會欺騙我們的大腦，造成一些被稱為「視覺錯覺」（opticalillusions）的有趣現象。

我將在專欄內開一個《解密視錯覺》專題，介紹一些常見的視覺錯覺及其神經機制。

第一篇呢，就介紹3D立體圖像，希望大家喜歡！P.S.在PC或pad上觀看這些圖片，效果會更好。

我們經常會在各種媒體上看到一些包含了3D影像的花花綠綠的圖案。

有不少朋友可能還未掌握合適的觀看方法。

我在互聯網上搜索了一番，發現大部分國內網站說的都是一些很讓人很費解的方法，並且沒有很好的解釋其成像原理，甚至還有一些歪門邪說認為能否看出立體圖裡面的3D物體能反應個體智商的高低。

而事實上，只要通過合適的方法，我們每個人都能準確的看出每張立體圖像中的3D物體。

因此，我想給大家簡單的介紹一下三維立體圖的發展過程，並且分享正確的觀看方法和解釋其成像原理。

1、早期立體圖 圖1.一張19世紀的立體圖。

請注意細節：左邊照片的視野比右邊照片的稍微偏左一點點。

早在我們開始研究視覺皮層中的神經元之前，立體圖就已成為一種流行的娛樂形式。

圖1展示的便是一張流行於19世紀的立體圖。

其實，任何兩張針對同一對象拍攝的照片，只要鏡頭之間隔開的距離與人眼的眼距大致相同，都可以一起組成一對立體圖。

當我們分別用左右眼觀看左右側照片（使用平行眼視角或立體鏡）時，我們的大腦會組合這兩個圖像並將視圖之間的不同解釋為距離上的差別，以此提供立體的感知。

圖2.看到3D圖像時候的大致情況。

區別在於，事實上在中間形成的會是3D圖像。

具體的看法就是放鬆眼睛肌肉，通過用左眼觀看左側照片和用右眼觀看右側照片（平行眼）。

大致的感覺，就好像你在欣賞玻璃櫥窗中的藝術品，也就是說要把屏幕當成是玻璃櫥窗，而你要看的是玻璃窗之內的影像。

不斷地調整兩眼之間的視角，當你在圖像的頂部看到三個點時，就表示快要成功了。

然後維持視角不變，繼續慢慢地調整眼睛焦距。

當你可以看清中間的圖片時（情況大致如圖2所示），你就會發現裡面呈現的是立體的影像。

2、隨機點立體圖 圖3.隨機點立體圖（左和中）和通過平行眼視角觀看時所感覺到的圖像（右）。

之後相當長的時間內，立體圖像都沒什麼發展。

直到1960年，BelaJulesz發明了隨機點立體圖（random-dotstereograms，圖3左和中）。

原則上，這些成對的隨機點陣圖與19世紀的立體圖相同。

最大的區別是，隱藏在圖像中的對象不能通過正常的雙眼視角觀看到。

要看到這個3D對象，你同樣必須將左右眼分別指向左邊和中間的圖像。

當看到兩者之間出現第三張圖片之後，盯著新出現的圖片，再慢慢定焦，立體圖像便會逐漸顯現於眼前（圖3右）。

圖4.隨機點立體圖的構造原理。

A）首先，創建一張呈現給左眼的隨機點圖形。

右眼的刺激是通過複製第一張圖形，水平地移動中間一小塊區域，然後使用其他隨機點填充間隙。

B）當同時觀看左右兩張圖像時，平行移動過的區域看起來會與其他點處於不同深度的平面上。

每對隨機點圖片除了中央一小塊外，具有完全相同的隨機點結構。

其實中央一小塊區域的結構也相同，只不過在水平方向上兩者稍作了相反方向的移動（圖4）。

當我們使用平行眼視角觀察時，左眼視網膜和右眼視網膜受到的刺激也略有不同，這造成了雙眼視差，中央小塊看起來便凸出在周圍的背景上。

這說明，在排除了其他所有深度線索的條件下，一組完全無意義的視覺刺激，只要具備視差條件，便能產生深度知覺。

3、自動立體圖 圖5.一張典型的自動立體圖。

緊接著，在20世紀70年代，Smith-Kettlewell眼科研究所的ChristopherTyler設計了更加有趣的自動立體圖（autostereograms）。

不同的是，自動立體圖是單個圖像，當我們通過類似的方式觀看時，便能感覺到其中的3D物體（圖5）。

我們平時所看到的這些自動立體圖是基於一種被稱為「壁紙效果」（wallpapereffect）的視錯覺。

我們可以通過平行眼（或者交叉眼：左眼看右邊、右眼看左邊），用兩隻眼睛分別盯著圖案的一部分來觀看這些包含重複圖案的壁紙。

在自動立體圖中，壁紙效果會與隨機點立體圖組合，進而在單個圖像上形成明亮深遠的3D物體。

想要看到圖5中3D物體的一個簡單方法是：先放鬆眼睛肌肉，使左眼看到左上方的點、右眼看到右上方的點；然後慢慢地調整視角，當你能在圖像的頂部看到三個點後，再慢慢地調整眼睛焦距，你將會看到圖像裡面的3D物體。

這時，輕微地晃動腦袋有助於確定物體的邊緣。

圖6.通過雙眼視差進行位置識別。

A）正常視角下識別不同位置的物體。

B）平行眼視角下同時注視兩物體時，會在更遠的位置識別到一個清晰的物體。

當使用雙眼看單個物體時，我們需要調整兩個眼球之間的視角來觀看不同距離的物體（圖6A）。

看的物體越近，兩眼之間視角越大。

但是，當我們將左右眼分別盯著左右兩個相同的物體時，我們將只能清晰地識別另一個「虛假」的物體，它看起來比真實的位置更遠（圖6B）。

圖7.一組非常簡單的立體圖 自動立體圖利用的就是這個原理：在水平方向生成一系列重複的圖案，當這些圖案在兩隻眼中重合時，就會看到立體的影像。

圖7是一個極度簡化的三維立體圖例子。

對於上排的圓圈，由於圓圈之間的距離一致，所以通過平行眼視角識別到的圓圈都具有相同的深度。

對於中排的圓圈，由於它們的間距更大，所以識別到的圓圈會位於更遠的地方。

而下排的圓圈，由於它們的間距不同，所以通過平行眼視角識別到的圓圈會深淺不一，這便形成了立體的影像（圖8A）。

圖8.自動立體圖的原理示意圖。

A）圖7下排中圓圈能形成立體影像的原因。

B）與圖5類似的一張自動立體圖能生成3D物體的原因。

因此，我們知道重複圖案之間的距離決定了立體影像的遠近，自動立體圖就是根據這個原理製作的：依據希望生成的三維影像的遠近，生成不同距離的重複圖案。

圖8A解釋了為什麼圖7下排中的圓圈在平行眼視角中看起來有立體感。

通過以這種方式在水平方向上重複排列類似的圖案，我們的大腦就會被欺騙而產生3D效果。

並且，通過改變這些圖案的間隔，就會改變腦內所生成圖案的深度。

圖8B（立體圖裡面的確含有一個3D的圓）便解釋了與圖5類似的自動立體圖能產生3D物體影像的原因。

那麼問題來了：圖5中隱藏的3D物體到底是什麼？歡迎大家在評論區內討論！參考資料：1.M.F.Bear,B.W.Connors,M.A.Paradiso,Neuroscience.WoltersKluwer,2016.2.B.Julesz,Foundationsofcyclopeanperception.MITPress,1971.3.HoribuchiS,ed.Stereogram.Tokyo:Shogakukan,1994.4.Whydotheylook3D? 5.Chapter10:MotionandDepth6.SolvingAutostereogramsAKAMagicEyes7.PerceptionLectureNotes:Depth,Size,andShape【後記】簡單回答一下大家比較關心的兩個問題：1、到底該用平行眼（迷茫眼）還是交叉眼（鬥雞眼）模式來看立體圖？附圖1.平行眼（上）和交叉眼（下）觀看模式的成像示意圖答案是：兩個都可以，但是平行眼模式看起來更容易，也更舒服。

事實上通過平行眼模式看到的物體位於屏幕更遠處，而交叉眼模式下物體位於眼鏡與屏幕之間。

我在文中有提到「我們可以通過平行眼（或者交叉眼），用兩隻眼睛分別盯著圖案的一部分來觀看這些包含重複圖案的壁紙。

」但是，為了簡單起見，我繪製的示意圖都只用了平行眼模式。

這可能引起了某些人的誤解，抱歉~~2、眼睛弱視、偏光能不能看見立體圖裡面的3D物體？ 答案是：可以，但是可能效果稍差一點。

最好的解決辦法就是戴著校準視力的眼鏡看。

另外，相信大家小時候都玩過立體鏡（附圖2），它用的就是文中介紹的原理。

當然這種立體鏡只適合看早期的立體圖（如圖1、圖3），對於自動立體圖（圖5）是不適合的。

附圖2.一個普通的立體鏡《解密視錯覺》專題的其他文章： 馬赫帶和亮度對比錯覺 歡迎大家閱讀我其他專題的文章：東華君的知乎《文章目錄》推薦閱讀： ※人是如何識別表情的？※為什麼在感到焦慮的時候往往難以集中注意力？※為什麼在腦外科手術時需保持患者意識清醒？※如何擁有至高無上的地位---一種可能的神經科學方法※為什麼人在哽咽時說話會很困難？ TAG:神经科学|心理学|脑科学| 一點新知 GetIt01