《科学之友》
开博时间：2016-07-01 14:43:00弘扬科学精神，普及科学知识，倡导大众理解科学。
访问量0
文章数
眼睛的错觉
2014-07-02 17:12:23 人们常说，眼见为实。人们对亲眼所见的事物总会深信不疑，可事实真的如此吗？当人观察物体时，在客观因素干扰下，或者自身的心理因素支配下，对图形产生的与客观事实不相符的错误的感觉。我们日常生活中，所遇到的视错觉的例子有很多。比如，法国国旗红∶白∶蓝三色的比例为35∶33∶37，而我们却感觉三种颜色面积相等。这是因为白色给人以扩张感觉，而蓝色则有收缩的感觉，这就是视错觉。随着科技的发展，视错觉在我们的日常生活中越来越普遍，立体画、3D电影、魔术表演......都是视错觉带给我们奇妙感受，在建筑、交通、服装、摄影中视错觉的应用也很广泛。视错觉研究是交叉学科，涉及到脑科学、心理学、光学、艺术学等，目前国内对此做专门研究的还很少，本期《特别策划 眼睛的错觉》通过2个经典“视觉错觉”引发的故事，配以三维图片，告诉你，视错觉如何产生？我们又将如何看破这样的视觉幻象？
特别鸣谢中央电视台科教频道《第N 个空间》为本栏目提供资料。
魔鬼公路
美国西部亚利桑那州有一条科罗拉多大峡谷，大自然的鬼斧神工，令这里充满了奇异的景象，这里也被誉为世界7大奇景之一。可就在这蜿蜒的峡谷当中，却隐藏着一条魔鬼公路，令人闻风丧胆。从1986年起，这里发生了很多的车祸，经过这里的无数小轿车，就像是被魔鬼附了身一样，都摆脱不了冲下悬崖的厄运。
同一路段，多次车祸，给这条高速公路蒙上了神秘阴影。在天气、路况、车辆本身状况都非常良好的情况下，为什么这些车辆，在行驶到这个路段时，都会不约而同地冲出悬崖，车毁人亡呢？很快关于这
段公路“有亡灵找替死鬼”的说法盛传一时。
其实，魔鬼只是在车祸原因、情况不明下的一种比喻。发生在科罗拉多大峡谷的一系列惨剧，经过实地调查考证，最终发现罪魁祸首竟然是司机的眼睛。
这条高速公路，根据峡谷地形因势而建，路中间段有一个U形弯道，警方在多次调查后，将目光锁定在了这条U型弯道上，他们怀疑正是这个U型弯道的存在让司机产生视错觉，导致车祸的发生，那司机在公路上究竟看到了什么？
我们先来看一幅图，请仔细观察，在这幅图上你能看到什么呢？一只猫，再仔细看看，一只老鼠。其实在猫的脸上，有一只老鼠，我们的眼睛总是先注意到整体再注意到局部，老鼠隐藏在猫的大轮廓线里，短时间内眼睛会被猫的线条所迷惑很难发现老鼠。
请将你的视线转移到，两边的这两根柱子上，柱子里，究竟隐藏着什么呢？ 里面隐藏着4幅人的侧脸，我们的眼睛首先会被运动的东西所吸引，转动的柱子吸引了我们的注意力，眼睛就很难发现柱子的轮廓是人的侧脸。隐藏在柱子里的人脸，猫和老鼠，证明了我们的眼睛，的确会受到各种因素干扰，产生视错觉。
原来，我们的眼睛提供给我们的任何一种视觉信息通常都是模棱两可的，它本身提供的信息不足以使我们对现实世界中的物体给出一个确定的解释。大脑并非是被动地记录进入眼睛的视觉信息，而是主动地寻求对这些信息的解释。你看见的东西并不一定存在，而是你的大脑认为它存在。在很多情况下，它确实与视觉世界的特性相符合，但在
另一些情况下，盲目的“相信”可能导致错误。“看”是一个主动的构建过程，你的大脑可根据先前的经验和眼睛提供的有限而又模糊的信息作出最好的解释。
先来玩2个视觉小游戏：
中心两个圆球大小是否一样？
白色线段与哪条线段在一条线上？
这些视错觉的创意有趣又好玩，但是如果把它放回到魔鬼公路上，却让人心生恐惧，那究竟是什么样的视错觉，才会造成车毁人亡的惨剧呢？
这是一个魔鬼公路的沙盘，如果我们从上往下俯看魔鬼公路的沙盘，会发现无论是U型弯道，还是中间的悬崖，都非常明显，怎么会看错呢？可是如果我们行驶在公路上，在轿车内我们看到的是什么呢？在很长一段距离内，我们看到的就是一条笔直的公路，这么明显的悬崖，司机怎么会看不出来呢？其实我们的眼睛经常会欺骗我们自己，我们看
到的很多让人匪夷所思的魔术表演，其实运用的就是视错觉的原理。
魔术的表现形式是多种多样的， 但归纳起来，不外乎“无中生有”“从有变无”“碎物还原”“即刻变形”“以假作真”“迅速易位”等，这些魔术手法背后的科学原理并不复杂。
“无中生有”一方面要靠手上功夫，另一方面也要靠道具的精巧。在舞台上凭空变出的几千朵花儿其实都事先藏在衣服里，花儿的材质非常轻，而衣服既要呈现飘逸感，又不能阻碍“出招”动作。因此，衣服内部的收纳空间需要进行事先设计试验，观众看着轻盈地舞蹈，大幅度的肢体动作，
也是很好地转移观众注意力的一种方法。“ 即刻变形” 是手彩类魔术常见的表现形式， 魔术师能将手中的蜡烛瞬间变成一把宝剑， 其中奥秘就是手法麻利， 让观众的眼睛跟不上演员两只手的速度。“碎物还原”，满满一瓶可乐倒进一位观众的衣领，却发现其身上滴水未见，再一晃， 可乐又回来了，其实这是利用光学原理设计的魔术节目，魔术师手里是一个经过处理的可乐瓶，通过一定角度的倾斜加上舞台灯光的配合，可乐瓶壁的色彩发生了变化，观众看上去好像是可乐被倒了出去一样，实际上可乐还都装在瓶子里。
公路的U型弯被山势遮挡，司机在远处也看不见U型弯道，至于为什么在远处，司机就会把两段路面看成一段路面，这其实和我们眼睛的视觉规律有关。
我们的两只眼睛近距离看同一物体，左眼和右眼看到物体的位置，是不一样的，这就叫做双眼视差。双眼视差使我们的眼睛产生立体感，可以感知物体的位置、大小，可是当物体的距离超过1300 m时，双眼视差就变成了零，这个时候我们就失去了立体感，眼睛就会产生错觉。魔鬼公路上司机产生视错觉的第一个原因，就是因为距离，作为魔鬼公路来说，1300 m之外，由于双眼视差为零，司机的眼睛对于远处公路的判断失去立体感。司机在行驶时，误以为两条路在一个平面上，是路况良好的一条路，所以一直加速行驶。可是问题来了，距离造成了视觉的误差，可以
理解，可是当汽车逐渐开得越来越近，公路中间的悬崖马上就会显现出来，可为什么很多小汽车，仍然难逃坠崖的厄运呢？这和公路的具体路况有关。
这两条公路，有一个明显的高度差，C D段路面高于AB段路面，司机行驶到距离悬崖很近的AB段内，看见的仍然是一段路面，等过了AB段看见悬崖，刹车已经来不及。在特定的视觉范围内，高度差造成视觉遮挡，导致轿车司机产生视错觉。
人的眼睛在看物体时， 会把物体相似或者
重合的部分，自动连接在一起，这种现象叫视觉同构。看这个三角形，会觉得很奇怪，有点不符合逻辑，其实它是这样的，三角形的两边共用了
同一个点，在特定的角度内，就会欺骗我们的眼睛，而只要偏离这个特定的角度，真相很快就会出现在我们的面前。
由于峡谷地势高高低低，在此修建的公路并不是水平路面，从公路的模型图来看，很容易发现B点的垂直高度，高出了C点很多，小轿车由于座位比较低，只能看到CD段的后半段路面，而眼睛受到视觉同构的影响，将两段路面认为是一段完整路面，司机依然加速行驶，等车子开到B点边缘，发现悬崖，为时已晚。
既然在这么危险的地方修公路，那应该有明显的交通标志才对，而根据当时的资料显示，在魔鬼公路的悬崖边上的确有护栏，为什么司机还会穿越护栏，坠落悬崖呢，难道说是什么挡住了司机的眼睛，让他们看不见护栏吗？从事故资料中，我们可以看出，魔鬼公路出事的轿车大多是自西向东开，出事的时间又集中发生在，10:30到12:00，因为在这个时间段和这个方向上，只有单侧光照进魔鬼公路，护栏在阴影里，与黑色的马路融为一体，护栏消失了。
我们在日常生活中也有这样体验，穿着黑色衣服的人，在晚上，就变得特别难以辨认。这是因为我们能够看见物体，是因为有光的反射在视网膜上成像，而黑色的物体在黑色的背景下，没有光线反射到人眼中，就会造成它并不存在的视觉误差。
正常情况下，司机在远处可以看到护栏，但是由于光影，会让司机产生视错觉。魔鬼公路所在地四周都有山体遮挡，阳光只能从一个方向照进峡谷内的公路，上午10点半到中午12点，太阳光落在公路护栏上，让护栏朝东的一面受光，朝西的一面形成阴影，如果车辆由西向东行驶，司机在远处只能看见护栏朝西黑色的一面，而此时由于距离和高度差的存在，司机看到的仍然是一段路面，黑色护栏与黑色马路重叠在一起，护栏就这样在司机眼前消失了。
魔鬼公路就像大自然上演的一场欺骗眼睛的魔术，出事司机在1300 m以外被山体遮挡住U型弯道，且因为距离造成双眼视差，看见的是一条完整公路，于是加速行驶，到了近处，本应该能看清路况，却因为公路地势高度差的遮挡，小轿车座位低，视角受限，依然看不见悬崖，致使司机没有采取减速措施，而此时受峡谷山势影响，只有单侧阳光照进公路，原本起到警示防护作用的护栏，被太阳光影遮挡住朝西的一面，由西向东开车的司机就无法看到护栏，这3种视错觉综合在一起，就造成了公路上的魔鬼接连出现。
找到了“魔鬼”，对症下药，解决方法其实非常简单，就是架一座桥，把两条路变成一条路，杜绝一切视错觉发生的可能。
“水怪”真相
喀纳斯湖位于阿尔泰山脉的西北部，全长24 km，形状就像是一个弯弯的月亮，整个水域分成了6道弯曲的部分。而就在湖水的最深处，也就是2道湾的地方，隐藏着一个巨大的自然之谜：传说水下有一只怪兽，能够吞食在湖边饮水的牧民，伤害牛羊等牲畜，行踪诡秘不测。为了弄清楚水怪之谜，一个摄制组，专门来到了喀纳斯湖，调查水怪的真相。
没想到的是，他们竟然真的拍摄到了水怪活动的画面。早上6：30，记者正在往观鱼亭的路上，观鱼亭是观察湖面最佳的位置，半路上就发现湖面上有异常，记者的长焦镜头里面就可以看见，有一个呈三角形划出水浪的东西在湖面上游弋。
湖面上的情况让所有人震惊，游动的物体究竟是什么？
记者看到那个大的水浪正在朝自己的方向移过来，但是摄像机长焦镜头不够，通过望远镜可以看见，前面聚集的是很多的小黑点，但即使是这样，从里边还是不能分辨出它们是什么东西。
镜头里的奇怪现象在20分钟后又发生了改变，湖面上的水浪消散，转而清晰地呈现出很多黑点。这些黑点就是传说中的水怪吗？
记者拍到水怪画面的地方，喀纳斯湖湖畔的山顶上，这里距离湖面的直线距离大约是1500 m。我们现在看到湖面上，移动的黑点，就是水面上的奇观。根据比例换算，它的长度大约是十几米，十几米，究竟是什么生物呢，答案是：鲸！可是鲸是生活在海洋里的。在湖水里也能够生存如此的庞然大物吗？
大家都有过拍摄数码相片，看数码相片的经验，当分辨率不够，又需要放大图片时，就会出现一个一个小方块组成的点阵。一幅照片，是由若干个像素点组成的，分辨率就是图像的精细度和一幅图像上像素的多少。我们可以把一幅图像想象成是一个棋盘，分辨率的表现方式就是棋盘上小方格的数目。而一幅数码图片上的点、线、面，都是由像素组成的，像素越多，画面就越精细。
那么，喀纳斯湖上，长达十几米的黑色物体，会不会并不是一样东西。如果说它确实是由一些普通的小生物构成的呢？
根据记者拍摄到湖面黑影的时间段分析，当时正巧山雨将至，空气气压较低，水中的含氧量不足，这时候鱼群会有个反常的举动，它们会浮上水面呼吸。
而这个时候，远距离拍摄的记者，很可能把聚集在一起的鱼群看成是一个整体。这就是我们眼睛的特点，它就像数码相机一样，因为它是有分辨率的。可以把人的眼睛比作一台500万像素的照相机，可是，这个级别像素的相机，是无法拍摄到1 500 m外的黑点究竟是一个物体，还是一群物体。是距离和眼睛分辨率的局限性，让记者以为他拍到的一定是水怪。可是，这种远距离的像素分析，终究只是一种推论，是鱼群还是另有它物？一切还得要深入水下。
但接下来的深入调查，让事件更加扑朔迷离，拍摄到水怪的记者带着一套声纳测试系统来到了发现黑点的水域。他们想知道，在湖底的究竟是鱼群还是水怪？当记者和同伴在船上紧张忙碌的时候，身边的喀纳斯湖已经悄然发生了变化。天空突然乌云密布，记者的船也开始剧烈摇晃。这时，在声纳探测器上突然显示出了奇怪的信号。在距离水下6m的地方出现了一个巨大的散点信号，那应该就是鱼群，它们快速掠过船的下方。然而惊人的一幕出现了：一个硕大完整的信号紧随其后，它正在追逐那
个鱼群。这个硕大的生物究竟是什么？
记者找到了曾经近距离看到过水怪的目击证人，继续调查。这位就是曾经近距离看到过水怪的目击证人，驾驶汽艇的巡逻员仝保明。
仝保明告诉记者，一个浪过来，突然一下出来一个黑乎乎的东西，他看到，所谓的水怪头转了一下，逆水而上。
仝保明似乎并没有看清楚水怪具体的样子。那究竟是一个什么样的东西，能够突然地窜出水面，然后转头又进入水中呢？可是他确实又是唯一确定自己见到水怪的人，究竟目击者的近距离观测是否可信呢？
旁证1温德米尔湖水怪真相
一个类似的例子，可以帮我们找到旁证。英国的温德米尔湖，有人曾经在湖上看到过这样的水怪：它弯曲的身体，身上有几个黑色的隆起。目击者和水怪的距离不超过10 m有足够的条件看清楚水怪的真面目，但是却给了我们一个惊人的推测：看到的就是传说中的大海蛇——卡布罗龙。
卡布罗龙基本上是一条巨型海蛇，爬行动物状的脑袋，蛇形身体，长有鳍状肢和扇形尾巴。不幸的是，这一物种消失了。
目击者看到的，的确与大海蛇太过相似，难道真的是卡布罗龙复活了吗？如果是你看到了这样的物体，会是什么样的景象通过你的眼睛进入你的大脑呢？到底是水怪，还是什么别的物体？
在英国温德米尔湖上发生的一幕，经过调查者们最终的调查发现，原来，目击者看到的“水怪”实际上就是被刨开的废弃轮胎！我们来看这个水面沙盘：如果仔细观察水怪的细节，你很容易会发现这不就是轮胎嘛。可是，如此近距离观察的目击者，为什么没有看到这轮胎上，深深浅浅的纹路，会把它错认为是水怪呢？
这是因为我们人的眼睛在大部分时候，都是（看）整体为先，然后才会去分辨物体的细节。就像刚才我在魔术表演当中一样，我错过了缝隙、位置颠倒等等这些细节。同样，那些近距离观察到水怪的目击证人，他们首先看到的是宛如巨蛇的身躯，可是上面有没有像轮胎一样的纹路，
他们却选择了睁一只眼闭一只眼。
举个简单的例子，李白的《静夜思》，上小学的同学就知道，“床前明月光，疑是地上霜”，因为我们太过熟悉，有先入为主的印象，即使它被悄悄地调换了字的位置，我们的眼睛却不易察觉。因为忽略了细节，而看到视觉幻象，正和那些看到水怪的目击者，犯得是同样的错误。
2尼斯湖水怪真相
但是此时，又出现了一位目击者，他不是普通的渔民，而是一位研究水怪的专家，新疆环境保护科学研究院研究员袁国映。袁国映称看见了水怪，很大眼睛，嘴还在呼哧呼哧在呼吸，形成一个波纹，一圈一圈的波纹扩散开来。不仅如此，他还曾经拍摄过水怪的照片，就是这个拥有三角形背脊的黑色物体。专业人士的亲眼所见，又让我们将信将疑，到底喀纳斯湖里的水怪是否存在？
世界上水怪流传最广的地方非英国的尼斯湖莫属。尼斯湖位于英国苏格兰高原北部大峡谷中，与喀纳斯湖有很多的相似之处，比如说这里的水也很深，在这里的湖面上，曾经出现过这样一个水怪：蜿蜒的脖子，露出水面的黑色巨大的背脊。这些描述，和喀纳斯湖水怪目击者看到的有很多惊人相似的地方， 黑色、巨大，这些都是它们的共同点。对于尼斯湖水怪，当地人有着这样的传说：它们是古老的恐龙家族留下的后代的变种。的确，长长的脖颈，巨大的背脊，这确实与恐龙中的蛇颈龙，样子像极了。但是蛇颈龙这种动物主要生活在1亿年前的英吉利海峡中，到了白垩纪晚期就灭绝了。
尼斯湖中难道会有幸存至今的蛇颈龙吗?有人拍到了尼斯湖中的怪物出水时的情景，看上去，自然界找不到这样的生物，这就是尼斯湖水怪的真相吗？
我们可以回到中国古老的手影戏里找找答案。在光影下，通过双手的动作，就能幻化出各种不同的形象。注意看一下其中的两种动物，大象和恐龙。因为正是这两种动物的形像，使尼斯湖水怪的目击者产生了辨识错误。蛇颈龙的脖子和大象的鼻子，是不是非常像？蛇颈龙的背脊和大象
的身躯是不是也能迷惑你呢？如果你在心理上就把水怪暗示成为恐龙，那么大脑会怎样对这些我们看到的局部信息，进行加工呢？没错，人们的视觉认知产生了偏差。如果你认为这是一种偶然现象，可以再来看一下这幅图片。图中你有没有看到一个实际上并不存在的三角形，它没有明确的线和面，可是它却如此得明显，一切的边界和线条都那么得明亮，悬浮在那里。
意大利心理学家发现了这个有趣的现象：我们的眼睛在看物体时，大脑会把视觉刺激，收集的所有信息，有机地组织成为一个整体，有的时候为了组成这样一个整体，大脑甚至会补充一些缺失的成分，这就造成了错觉轮廓。
事实上，当后来尼斯湖水怪真相揭露后，让很多人大跌眼镜，造成这一幕“假象”，全要“归功”于一位马戏团的老板。这个马戏团老板经常带大象到尼斯湖里去洗澡。但是由于目击者很早就听闻了尼斯湖怪的各种传
闻，他们相信水怪是恐龙遗留的后代，所以很自然就把大象的局部联想成蛇颈龙。
眼睛和大脑，共同完成了视觉的认知，而错觉的产生就是这么奇妙，虽然目前已被破解的水怪真相，大多都是眼睛的错觉造成的，可是在喀纳斯湖面上，声纳探测到了移动的鱼群，并且意外地发现了尾随鱼群的大型生物，到底是什么呢？
喀纳斯湖湖水很深，是一个终年不会干涸的大型冷水湖泊，在这里，有条件生存着大型冷水鱼类。比如哲罗鲑，最大的能长到4 m。这种大鱼处于生物链顶端，到处追杀水下中小个头的鱼，当做自己的一日三餐。这与目击者描述的水怪行踪也相互吻合。
喀纳斯湖水怪的目击新闻层出不穷，可能就是因为一两条深藏在湖底的大鱼，为了生存在作怪。而记者此次遭遇的水怪，尾随在鱼群背后的追击者，可能正是一条张着血盆大口的哲罗鲑。
把湖面上的视错觉，当成是水怪，而真正在水下作怪的，我们又找不到确凿的证据，来证明它们的身份。水怪究竟是什么呢，这个世界真的是太奇妙了，什么可能性都存在，我们只有看破一切视觉幻象，和它亲密接触，才能知道答案。
