Восприятие удаленности

Чтобы знать, где находится объект, надо определить его удаленность, или глубину. Хотя нам кажется, что восприятие глубины не требует усилий, это замечательное достижение, которое мы имеем благодаря особенностям физического строения глаз.

Признаки глубины.Сетчатка глаза, будучи отправным пунктом зрения, представляет собой двухмерную поверхность. Это означает, что изображение на сетчатке — плоское и никакой глубины у него нет вовсе. Этот факт привел многих интересующихся восприятием (и ученых, и художников) к мысли о признаках удаленности — двухмерных характеристиках, позволяющих наблюдателю делать выводы об удаленности предметов в трехмерном мире. Существует несколько признаков удаленности, которые в сочетании друг с другом позволяют определить удаленность воспринимаемого объекта. Эти признаки можно разделить на монокулярные и бинокулярные, в зависимости от того, относятся ли они к зрению одним глазом или двумя.

Люди, видящие одним глазом, могут достаточно хорошо воспринимать глубину при помощи монокулярных признаков. Пять таких признаков показаны на рис. 5.7. Первый из них — это относительная величина. Если изображение содержит участок с похожими объектами, различающимися по величине, человек интерпретирует меньшие объекты как более удаленные (рис. 5.7). Второй монокулярный признак — это перекрытие. Если один объект расположен так, что он загораживает от взгляда другой, то закрывающий объект воспринимается человеком как более близкий (рис. 5.7). Третий признак — относительная высота. [Имеется в виду расположение изображения относительно верха (низа) плоского поля зрения, а не высота одного объекта сравнительно с другим. — Прим. перев.] Если некоторые из сходных объектов видятся выше, они воспринимаются как более удаленные (рис. 5.7). Четвертый признак называется линейной перспективой. Когда параллельные линии кажутся сходящимися, они воспринимаются как исчезающие вдали (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Монокулярные признаки удаленности.Все эти признаки используются художниками для изображения глубины на двухмерной поверхности. Все эти признаки также присутствуют на фотографиях природных сцен, а также на образе сетчатки глаза.

Пятым ключевым признаком являются собственные и падающие тени. В тех случаях, когда та или иная поверхность сцены закрыта от прямого солнечного света, на нее падает тень. Если тень падает на тот же самый объект, который загораживает свет, она называется собственной. Если же тень падает на другую поверхность, не принадлежащую отбрасывающему тень объекту, она называется падающей. Оба типа теней являются важными ключевыми признаками глубины сцены, сообщая нам информацию о форме объектов, расстояниях между ними и местонахождении источника света в сцене (Coren, Ward & Evans, 1999).

Эти признаки были известны художникам еще сотни лет назад, поэтому они называются изобразительными признаками, и на любой картине можно найти не один такой признак.

Еще один монокулярный признак имеет отношение к движению. Вы вероятно замечали, что при быстрой езде (например, в скором поезде) кажется, что более близкие объекты быстро движутся в направлении, противоположном движению, а более удаленные объекты движутся медленнее (хотя тоже в обратную сторону). Тем самым разница в видимой скорости этих объектов служит признаком их относительной удаленности; этот признак называется параллаксом движения.

Видение двумя, а не одним глазами имеет ряд преимуществ для восприятия глубины. Поскольку глаза находятся в разных местах головы, каждый из них воспринимает трехмерный объект несколько под другим углом, и следовательно, каждому глазу этот объект видится немного иным. При слиянии этих разных изображений и возникает впечатление глубины.

Этот феномен можно легко продемонстрировать, если держать указательный палец правой руки близко к лицу и рассматривать его сначала только одним открытым глазом, а затем другим. Термин бинокулярная диспарантность используется для обозначения различий образов, видимых каждым глазом. Диспарантность наиболее сильна для объектов, находящихся на близком расстоянии, и уменьшается по мере их удаления. Далее трех-четырех метров различие образов, видимых каждым глазом, становится настолько незначительным, что бинокулярная диспарантность утрачивает свою эффективность в качестве признака глубины. Однако для многих повседневных задач, таких как доставание предметов или обход препятствий, различие образов является важным признаком глубины.

Стереоскоп Холмса—Бейтса, изобретенный в 1861 году Оливером Венделлем Холмсом и изготовленный Джозефом Бейтсом, давал живое восприятие глубины. [Принцип стереовосприятия, основанный на бинокулярном параллаксе, впервые (1838 г.) сформулировал сэр Ч. Уитстон; он же построил первый зеркальный стереоскоп собственной конструкции. — Прим. ред.]

У людей и видов животных, обладающих бинокулярным зрением, зрительный отдел мозга использует бинокулярную диспарантность для размещения объектов в различных точках пространства в зависимости от того, насколько различаются образы объекта при сравнении. Если образы объекта для обоих глаз находятся в одном и том же месте, мозг делает заключение, что это то место, на котором фиксируется взгляд обоих глаз. Если различие между образами велико, как это имеет место при рассматривании пальца, помещенного перед самым лицом, мозг заключает, что объект находится значительно ближе.

Помимо того что бинокулярная диспарантность помогает нам воспринимать глубину окружающего нас мира, она может быть использована для создания иллюзии глубины, когда она фактически отсутствует. Одним из способов достижения такого эффекта является использования прибора, называемого стереоскопом, в котором каждый глаз рассматривает отдельную фотографию. В викторианскую эпоху такие устройства гордо демонстрировались в гостиных представителей среднего класса, как широкоэкранные телевизоры сегодня. И все же стереоскоп является не просто любопытным предметом старины. Тот же самый принцип бинокулярной диспарантности используется сегодня в детских игрушках, в «спецэффектах» стереокино, где зрители должны сидеть в очках с цветными или поляризационными фильтрами, и в популярных книжках и плакатах «Волшебный глаз». Принцип, лежащий в основе всех этих иллюзий, проиллюстрирован на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Магия трехмерного зрения в иллюстрациях.Обычно, рассматривая изображение, например цветы, показанные слева (а), взгляд обоих глаз сходится в точке, принадлежащей плоскости картины. В этом случае оба глаза получают идентичные образы и поверхность выглядит плоской. Любая иллюзия трехмерного пространства основана на обмане зрения с помощью изображений, при разглядывании которых взгляд обоих глаз сходится в точке, не принадлежащей картинной плоскости, как на рис. справа (б). В этом случае оба глаза получают несколько различные образы. Если обмануть мозг, заставив его думать, что различные образы принадлежат одной и той же сцене, либо за счет сходства образов, воспринимаемых обоими глазами (серия книг «Волшебный взгляд»), либо направляя зрительные образы через призму (игрушки «Мастер видения»), некоторая несогласованность образов (диспарантность) будет устраняться за счет отнесения объектов к различным точкам пространства.

Восприятие направления.Идея признаков удаленности состоит в том, что наблюдатель замечает некоторый решающий признак (например, что один объект кажется больше другого) и затем делает из этого бессознательный вывод об удаленности объекта. Это понятие о бессознательном умозаключении ввел Гельмгольц в 1909 году. Оно продолжает оставаться ключевым понятием в исследованиях восприятия (Rock, 1983), хотя некоторые психологи предлагали другой подход к восприятию глубины.

Так, Гибсон утверждает (Gibson, 1979, 1966, 1950), что мы не строим умозаключений о глубине, а воспринимаем ее непосредственно. Чтобы оценить его идею, подумаем, где чаще всего человек ищет информацию о глубине. Гибсон полагает, что люди не ищут носящиеся в воздухе признаки объектов и не пытаются определить их относительную величину, перекрытие или относительную высоту, а ищут на самом деле информацию на самой земле. Лучший пример такой информации — градиент текстуры (рис. 5.8). Градиент текстуры возрастает, когда мы смотрим на поверхность в перспективе. По мере удаления поверхности элементы, составляющие ее текстуру, кажутся расположенными все плотнее и ближе друг к другу. Такой градиент создает очень сильное впечатление глубины.

В отличие от стандартных признаков удаленности, градиент распространен по огромной зоне видимости, и куда бы вы ни направились, вы всегда сможете по градиенту определить удаленность всякой другой точки. Следовательно, на сетчатке глаза информация о градиенте остается постоянной или, пользуясь термином Гибсона, инвариантной. Согласно Гибсону, восприятие глубины определяется непосредственным восприятием таких инвариантов. Так, при восприятии глубины какой-либо сцены нам не нужно обрабатывать информацию, содержащуюся в разбросанных повсюду признаках глубины: вместо этого можно непосредственно воспринимать информацию, которую дает градиент текстуры (Goldstein, 1989).