全站搜尋 電子雜誌搜尋

AD

不錯過任何知識訊息,立即加入國家地理官方Telegram

防疫期間遠端工作,請利用客服信箱聯繫。

Oct. 07 2016

網格上的黑點:它們怎麼消失了?

  • 網格上的黑點:它們怎麼消失了?

    網格上的黑點:它們怎麼消失了?

1

灰色網格上的黑點消失了,黑白格子的交叉點卻總是閃來閃去……在方格錯覺面前,我們的視覺系統怎麼了?

下面這張灰色網格圖裡一共有12個黑色的圓點,試試看,你能一眼看清全部的點嗎?

最近,這張視錯覺圖片又在網路上走紅了。人們發現,在圖中似乎不能一次看到全部的圓點:在遠離視線中心的地方,原本應該存在的小黑點似乎都消失了,只有把視線移過去,才能讓它們再次出現。

這張圖被稱為「尼紐消失錯視」。事實上,它是另外一種更有名的視錯覺——閃爍方格錯覺——經演變的產物。這些格子上的視錯覺作品最早可追溯到一百多年前,在格子的交叉點上,上演著一齣齣虛幻縹緲、閃爍不定、甚至乾脆消失的魔幻大戲。而這些錯覺現象,也透露著人類視覺感知的秘密。

方格錯覺大家族

方格交叉點上明暗飄忽、閃來閃去的視錯覺其實有相當長的歷史。最初的方格錯覺是由赫曼(Ludimar Hermann)在1870年發現並報告的,取名為赫曼方格錯覺(Hermann Grid Illusion) [2]。最初的赫曼方格圖案相當簡單:黑色的方塊整齊排列,中間空出了垂直相交的白色條紋。而在觀察這幅圖的時候,觀看者卻總會覺得餘光所及之處,白色交叉點上存在著暗點,而只要視線中心轉移到那裡,「暗點」就會消失,彷彿永遠都追不到。

赫曼方格錯覺,復古經典款。

這種現象引起了研究員的興趣,他們又對原始圖案進行了各式各樣的變形,並得到了這種視錯覺現象出現的規律。

如果把黑方塊的填充色變成灰色,暗點看起來依然存在:

如果把方塊的邊框去掉,變成沒有外框的網格呢?結果,暗點還是會出現:

但是,這神秘莫測的小暗點也並不總是那麼頑強。如果把黑白圖換成兩種亮度相同的彩色,錯覺就會消失了:

而且,如果把原始圖片上旋45度,錯覺也會減弱:

而如果把黑方塊四邊的直線條全換成波浪形,錯覺則會完全消失:

1985年,伯根(Bergen)又對赫曼方格進行了一次開拓性的改造:他把原來的圖案進行了模糊處理。在模糊的方格圖像中,交叉點的顏色最深,而條紋因為模糊化的原因而稍稍變淺了一些。由此,錯覺效果變得更加明顯了,甚至讓人產生了閃爍的感覺。

1997年,施勞夫(Schrauf)等人在伯根的基礎上,創造了另一款教科書級的經典視錯覺作品—— 閃爍方格錯覺(Scintillation Grid Illusion)。這一次,條紋變暗成了灰色,而交叉處保留著白色,而且交叉處的白色圓點稍微大於條紋的寬度——這有助於錯覺的產生,當它們的寬度比例達到1.4:1時,錯覺效果最佳。

眼花撩亂的閃爍方格,又一經典圖案。

能閃爍,也能「消失」

針對閃爍方格的研究中,施勞夫又發現了一種新的視錯覺現象。如果把交叉處的亮點縮得比較小,在眼角餘光處,會產生一種圓點消失不見的感覺,他將其稱為消失錯覺(Extinction Illusion)。

本文開頭「怎麼也看不到全部黑點」的圖片,就是消失錯覺的一個變種。黑點個數相對較少,距離相隔較遠,所以錯覺感覺更加明顯。

交叉點上,到底發生了什麼?

那麼,這些發生在交叉點上的視錯覺到底是怎麼回事呢?可以肯定的是,這與視覺系統對明暗訊息的感知和處理有關。

最初,不少人認為這種明暗處理的「失誤」源自視網膜層面,並用側抑制理論(Lateral Inhibition)來解釋。「側抑制」是神經細胞對其他附近神經細胞的抑製作用,其結果是,那些刺激較弱的細胞發出的訊號被旁邊的強訊號「覆蓋」掉了。視網膜上的側抑制是幫我們看清邊界、顏色改變和亮度對比的重要工具。

側抑制示意圖。/ 圖片來自:Wikipedia

這種理論認為,在整個視網膜上,「硬體配置」是不均勻的:在視覺中央實行「一對一精細管理」,明暗訊息更加精確。而在眼角餘光處,每個視覺細胞接受區域更大,視覺處理也更粗糙。在餘光處的交叉點上,明暗對比沒有其他地方清晰,白色部分看起來也就沒那麼亮了。

這幅圖是對側抑制理論的解釋。A是視覺中央,B則處於視覺邊緣。A處分配的細胞多,每個細胞負責範圍小,明暗訊息更準確,而B處細胞少、範圍大,相較非交叉點,交叉點處細胞接收到的區域黑色較少,因此明暗對比不足,白色看起來也就沒那麼亮了。

這種經典理論聽起來挺有道理,但它也廣受質疑。例如,按照上圖的解釋,交叉線條的方向應該不重要,但旋轉45°卻足以讓錯覺減少很多,波浪形網格則乾脆讓錯覺消失了,這用視網膜上的側抑制就沒法解釋。

於是,研究員又從視覺系統的更高級層面——大腦皮層找起了原因。新的理論認為,這些視錯覺是與視覺皮層中的一類神經細胞(S1簡單細胞)有關。

視覺系統中負責處理明暗的有兩套系統:一個負責「亮」訊號(ON),一個負責「暗」訊號(OFF)。而在視覺皮層中,有一些神經細胞選擇性地接收明暗訊號,同時又具有方向選擇性——也就是說,它們會被特定方向的連續亮條或者暗條刺激,它們就是S1簡單細胞。其中負責水平和垂直方向的細胞最多,這就可以解釋,為什麼在橫平豎直的格子上看到的錯覺效果最明顯。

具有方向選擇性的明暗感知可以解釋為什麼橫平豎直的格子錯覺效果最明顯。/ 圖片來自:Peter H Schiller, Christina E Carvey

對於最初的方格錯覺,橫向和縱向的白色條紋都很容易刺激相應方向的ON細胞,由此感知到清晰的明亮線條。而在交叉點,輪廓的缺失使得橫向和縱向的方向性細胞刺激程度都比較低,於是,這裡的「明亮程度」下降,我們便感知到了暗點。而在閃爍方格中,白色圓點也切斷了連續的線條,並且還改變了灰色線條與周圍環境的相對明暗度(原本與周圍相比,灰色是「亮色」,但與白點比又成了「暗色」),因此交叉點的明暗感知也受到了更多干擾。而視覺焦點處提供給神經細胞的訊息較為充足,處理較為精細,所以並未出現錯覺。

在白底灰色線條的圖片上,交叉處的小黑點也破壞了線條的連續性,降低了方向性OFF細胞的刺激程度,這導致了「暗程度」感知的下降。於是,黑點在灰背景中變得不明顯,彷彿「消失」了。

一百多年間,方格錯覺不停「欺騙」著人們的眼睛,而透過它,我們也得以了解更多視知覺的奧秘。

參考資料:

http://sploid.gizmodo.com/can-you-see-all-12-black-dots-at-once-1786512711
Ninio, J., & Stevens, KA (2000). Variations on the Hermann grid: an extinction illusion. Perception, 29(10), 1209-1217.
Qian, K., Kawabe, T., Yamada, Y., & Miura, K. (2012). The role of orientation processing in the scintillating grid illusion. Attention, Perception, & Psychophysics, 74-5, 1020-1032.
Schiller, PH, & Carvey, CE (2005). The Hermann grid illusion revisited.Perception, 34(11), 1375-1397.

撰文:Dalles_Chen

編輯:窗敲雨

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫media@guokr.co

AUG. 2022

巨石陣

揭開一個瘋狂建造紀念碑的時代

巨石陣

AD

熱門精選

AD

AD

Subscribe
立即訂閱
keyboard_arrow_up

AD

ad970250