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25 眼睛告诉大脑什么

人类的眼睛很善于看到图案,以至于事实上有时候没有图案时,眼睛仍然看到它。有人声称在月球表面看到人脸或火星表面看到运河,星座的拟人化历史是生动的想象力和对天堂向往的产物。

在某些方面,我们倾向于在混乱的场面里看到线条和图案——即使它们并不存在——这并非完全出人意料。这是一个帮助我们生存的特性。那些能够看到灌木丛里的老虎的人比没有看到的人更可能长寿,更多繁衍后代。事实上,即使当灌木丛中没有老虎而你看到老虎,只会让你的家人认为你是偏执狂,但当灌木丛中有老虎而你倾向于看不到,将导致你被吃掉。所以过度敏感而看到图案比不够敏感更好被接受。

图1

图1中的图案是由一系列同心圆组成。每一个都由虚线描绘,都具有相同数量的点。然而,当你正面看图片时,你看到的是其他一些东西。在中心附近似乎有同心圆,但当你由内向外看到图片的外部时,看到的是由弯曲的月牙形为主的图案。到底是怎么回事呢?为什么你会看到月牙线朝向图片的外部呢?

我们的眼睛和大脑试图理解一个点阵的方法之一是将其连成线。最简单的方式实现这个连线就是在一个点和其最近的相邻点间画一条想象中的线。在接近同心点构成的那些环的中心处,每一个点最近的相邻点就是同一环中的点,所以我们脑海中的眼睛将这些点连接起来,我们“看到”了环形的图案。 [1] 随着我们向外移动,同一环中相邻点之间的距离增加,最终大于一个点到下一个外圈上相邻点之间的距离。最邻近的图案突然改变了。我们的眼睛现在追踪在不同圆上的相邻点的新曲线,月牙形状出现了。

如果你拿起这本书,再看看这张图片,但倾斜一个角度,随着你倾斜角度的增加,你看到的图像会改变。你正在看射影中的点,而且相邻最近距离改变了。眼睛现在“画出”不同的线,图片的样子也改变了。而且,如果图片略有不同,用更大或更小的墨点打印,那么眼睛会发现更容易或更难找到最近的邻点,并产生线的印象。

这些简单的实验揭示了眼睛—大脑的图案识别“软件”的一个方面。它显示了要判断一幅数据图是否真正包含了重要的图案是多么不容易。眼睛试图找到图案的特别类型——而且很擅长于此。我自己在1980年代遇到过这样的问题,那时天文学家创造了第一幅太空中星系团的三维图。以前只有在天空中的位置,因为测量它们与我们的距离是一个缓慢而烦琐的事情。新技术突然让它变得快速和容易实现了。得到的三维星系团图非常令人惊讶。星系似乎在一个巨大的宇宙大蛛网的图案中沿着线和面分布而不是以空间填充方式随机聚集的。必须对星系聚集模式采取新的测量,而且我们需要意识到眼睛也可以欺骗我们。 [2] 在艺术的世界里我们看到的这种人类图案——寻求倾向特性的最有趣应用,是比如像19世纪末修拉(Georges Seurat)这样的艺术家的“点画派”或“点彩画派”。不同于颜料混合不同色素产生连续着色,“点画派”画家在不同大小的点上应用原色,让眼睛完成混合。结果产生色彩的亮度,而以牺牲纹理为代价。

[1] 以两个圆周为例,它们的半径分别为 r R ,并且 R > r ,每一个圆周上都有相同间距的 N 个点。那么这些点的间距分别为2π r / N 和2π R / N 。当内圆的点间距小于内圆和外圆的间距时,即2π r / N < R - r 时,你会看到圆。然而,当2π r / N > R - r 时,你会看到月牙的形状。

[2] 巴罗和巴弗萨(S. P. Bhavsar),《英国皇家天文学会季刊》( Quarterly Journal of the Royal Astronomical So ciety ),28,109—128(1987)。 +UjlOdRS2Zt+WmNRz9X3i+C1W61moZjy+pVZTa0kv1j8xri4yUCx1kgJvIYgHcbU

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