浮動錯覺如何逆向解構我們眼中的景象

2021-02-21 利維坦

利維坦按：先來看一個去年很火的視頻動圖：

看明白了沒有？Kevin Parry的這個拋球動作你也可以試試。

有人分析其實它的原理如下▽

文/George Musser

譯/果然多多

校對/鳳梨

原文/nautil.us/blog/how-japanese-floating-illusions-reverse_engineer-what-we-see

本文基於創作共用協議（BY-NC），由果然多多在利維坦發布

杉原厚吉（Kokichi Sugihara）創作的埃舍爾風格的3D錯覺圖

如果你不清楚某事物的原理，那就試著打碎它。科學就是建立在創造性的毀滅上：神經科學家對大腦的了解，大部分來源於大腦受創時遺失的信息。視覺感知在面對視覺錯覺時有偏差，由此科學家們機緣巧合地注意到視覺感知的功能。舉個例子，日本明治大學的杉原厚吉（Kokichi Sugihara）創作了一系列埃舍爾風格的3D錯覺圖，這些圖探索我們的大腦是否傾向於認為所有角度都是合理的（埃舍爾，M. C. Escher，1898~1972，荷蘭科學思維版畫大師，作品多以平面鑲嵌、不可能的結構、悖論、循環等為特點，主要作品有《相對性》、《瀑布》等）。

杉原厚吉製作的視覺錯誤模型

這裡有一個杉原厚吉製作的反重力斜坡模型，看一看你的大腦是如何被欺騙的：

（建議wifi環境下瀏覽）

UFO線舞，2013，杉原厚吉

這些最引人入勝的錯覺藝術中有一部分呈現出明顯的動態效果——它們看似旋轉、閃爍、或是搖擺，可實際上是完全靜態的，例如皮耶·蒙德裡安（Piet Mondrian）的《百老匯爵士樂》（Broadway Boogie–Woogie）或京都市立命館大學的心理學家北岡明佳（Akiyoshi Kitaoka）的《迷幻風車》（www.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/index-e.html）。還有兩位日本數學家——東京大學的新井仁之（Hitoshi Arai）和他的妻子新井忍（Shinobu Arai）開創了一個新的錯覺類型，日語叫fuyuu，即浮動錯覺。


除了分析錯覺，新井夫婦還會創造錯覺圖像。他們對一張看起來普通乏味的圖像作細微的改變，上色後形成對比，最後迷惑我們的大腦。

新井夫婦建立了一個帶日語評論的大型網上畫廊，該網頁還有一個簡化的英語版（araiweb.matrix.jp/Exhibition/illusiongallary4.html）。除了自己創作，他們還收集了現實世界裡的錯覺景象，比如有些平時無人注意的建築，由於窗戶和設計元素的排列效果，從某些視角看好像位置移動了一般。

他們將藝術和理論相結合：新井夫婦嘗試逆向解構我們視覺處理神經的工作原理，從而為他們的錯覺作品提供解釋。在低層次的視覺處理中，人的視覺神經在看到條紋圖案時被激活，就像掃微小的條形碼一樣。不同的視神經察覺到不同方向、不同複雜程度、不同位置的圖案。大腦對這些初級反應進行高級處理，就得到了你看到的景象。

為了證明他們的理論，新井夫婦創作了各種Fraser螺旋錯覺圖（看起來像是螺旋的同心圓）：你肯定會以為這個不規則圖形是逆時針的螺旋形，但實際上它是由一系列同心圓組成的（你可以通過將手指沿著圓周滑動來驗證）。他們認為錯覺的形成原因是我們的部分視覺皮層，也就是V4，其中的一些神經元對特定的條紋圖案有反應，這種條紋傾斜的方式和螺旋形一模一樣，而錯覺圖像裡就包含相同的圖案。

藉助框架分析這一數學技術，新井夫婦試圖捕捉大腦分解圖像的原理。為了證明該項技術可以做到這一點，他們對圖像做了些改動。觸發螺旋錯覺的圖形被過濾掉後，錯覺消失，你就看到同心圓的本來模樣了。而且要用特定的過濾器，這樣除了去除圖像錯覺外，其影響小到幾乎無法辨別。引發順時針螺旋錯覺的成分被單獨過濾後，只留下引起逆時針螺旋錯覺的成分，此時錯覺效果看起來比以前更明顯——這表明錯覺是不同方向的視覺觸發因素之間競爭的產物。




除了分析錯覺，新井夫婦還會創造錯覺圖案。他們對一張看起來普通乏味的圖像作細微的改變，上色後形成對比，最後迷惑我們的大腦。如此可以讓他們以系統的方式製造錯覺，而不是誤打誤撞地發現它。而且，新井夫婦可以將算法應用於任何圖像，而不僅僅局限於幾何圖案。他們用算法處理自然風景的照片時，其中隱藏的模糊細節會顯現出來。新井仁之向我展示了日本一座山的圖片。圖片經過增強優化後，顯示出你在原圖中幾乎察覺不到的輸電線和架線塔。該技術可以增強大腦本身檢測物體邊緣的能力。

新井夫婦的研究展示了錯覺圖像的中心原理。錯覺圖非但沒有脫離現實，反而體現了我們觀察現實的方式。畢竟我們通過觀察事物來了解事物。


最後送上一個關於視覺錯誤的視頻，我們真不知道怎麼回事。

「利維坦」（微信號liweitan2014），神經基礎研究、腦科學、哲學……亂七八糟的什麼都有。反清新，反心靈雞湯，反一般二逼文藝，反基礎，反本質。

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