基于最新視覺(jué)理論對(duì)月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的解釋(上)

1、基于最新視覺(jué)理論對(duì)月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的解釋(上)【摘要】：地平線上的月亮和太陽(yáng)看起來(lái)總是比頭頂天空中的月亮和太陽(yáng)大一些，這種現(xiàn)象被稱之為月亮錯(cuò)覺(jué)。我們觀察地平線盡頭天空時(shí)，視覺(jué)上會(huì)認(rèn)為空間是按地面或地面平行線方向延伸到遠(yuǎn)處，而仰望頭頂天空時(shí)那么認(rèn)為空間是按以眼為中心的視線方向延伸到遠(yuǎn)處。觀察地平線盡頭附近天空和太陽(yáng)時(shí)，類似于視線與地面成一定角度觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況：視線以一定角度觀察路面時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較小，因此地平線盡頭附近的太陽(yáng)看起來(lái)就會(huì)相對(duì)較大；我們觀察頭頂天空和太陽(yáng)時(shí)，類似于視線與路面方向重合時(shí)觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況：視線與路面方向重合時(shí)看到的路面視覺(jué)寬度隨視距增加而

2、變窄的程度較大，因此，頭頂天空中太陽(yáng)看起來(lái)就相對(duì)顯得較校不同視線角度看到的路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄程度，可以通過(guò)最新視覺(jué)理論計(jì)算出來(lái)，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：視線/路面成一定角度時(shí)看到的遠(yuǎn)處路面視覺(jué)寬度，是視線/路面同一個(gè)方向時(shí)看到的遠(yuǎn)處路面視覺(jué)寬度的1.51.7倍左右，這和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的月亮錯(cuò)覺(jué)差率根本上是一樣的。關(guān)鍵詞：月亮錯(cuò)覺(jué)；兩小兒辯日；鐵軌錯(cuò)覺(jué)；視間隔 理論；視覺(jué)計(jì)算abstrat:thenandsunappearslargernearthehriznthanitdeshilehigherupinthesky,itisallednillusin.henebservedtheskynearthe

3、hrizn,ethinkthatthevisualspaeextendtthedistanealngthediretinfthegrundrthegrundparallellines;yetelkingupattheskyverhead,ethinkthatthevisualspaeextendfreyetthedistanealngthelinefsightextensin.ebservedskyandsunnearthehrizn,itsiilarthatbservedtheradsurfaeinseperspetive:henebservedtheradsurfaeinseperspet

4、ive,thevisualidthftheradnarringsalleriththeinreaseindistane,sthenandsunappearslargernearthehrizn.henebservedthesunhighinsky,itissiilarthatbservedtheradsurfaehentheattentinfdiretininidesiththediretinftherad:henthesighthavethesaediretiniththerad,thevisualidthftheradnarringlargeriththeinreaseindistane,

5、sthesunandthenhighinskyappearssaller.keyrds:nillusin;pnzillusin;apparentdistanethery;visualputing1引言地平線上的月亮和太陽(yáng)看起來(lái)總是比頭頂天空中的月亮和太陽(yáng)大一些，這種現(xiàn)象被稱之為月亮錯(cuò)覺(jué)illusin。地平線附近的彩虹、星座等看起來(lái)也會(huì)比頭頂天空的彩虹、星座等大一些，因此，也有人將月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象叫天體錯(cuò)覺(jué)1。公元前七世紀(jì)前，古中國(guó)和古希臘就有過(guò)關(guān)于月亮錯(cuò)覺(jué)的記載2，比方?列子?中“兩小兒辯日的故事。2000多年來(lái)，歷史上出現(xiàn)過(guò)各種關(guān)于月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋，卻始終沒(méi)有形成一個(gè)普遍被成認(rèn)的統(tǒng)一觀

6、點(diǎn)。產(chǎn)生月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的原因，可以肯定地說(shuō)，不是黃昏和中午陽(yáng)光投射到大氣層外表的面積大小不同引起的。假設(shè)黃昏地平線上太陽(yáng)看起來(lái)比較大的原因是由于黃昏陽(yáng)光斜射大氣層外表而具有較大的照射面積所引起，黃昏地平線上太陽(yáng)應(yīng)該比中午頭頂天空太陽(yáng)具有更大的視角?？蓪?shí)際測(cè)量的結(jié)果說(shuō)明，黃昏地平線附近太陽(yáng)投射到眼里的視網(wǎng)膜小像和中午頭頂天空中太陽(yáng)投射到眼里的視網(wǎng)膜小像根本上是相等的，黃昏地平線上太陽(yáng)的視覺(jué)直徑卻是頭頂天空中太陽(yáng)視覺(jué)直徑的1.52倍左右3。下表是作者和一些朋友于99年7月份測(cè)得的早午晚天空中太陽(yáng)視角表1，以及太陽(yáng)視覺(jué)直徑大小的評(píng)估表2。表中可以看出，早午晚太陽(yáng)視角根本上是一樣大的，均為3436左右，

7、早晚太陽(yáng)視覺(jué)直徑和黃昏太陽(yáng)視覺(jué)直徑之比在1.61.8倍之間。測(cè)量方法：在一把2長(zhǎng)木尺上的0刻度點(diǎn)，固定一個(gè)直徑11的圓環(huán)，單眼沿著木尺方向透過(guò)圓環(huán)觀察不同位置的太陽(yáng)。挪動(dòng)環(huán)眼之間間隔 ，使得眼看到的太陽(yáng)外徑圓周剛好和圓環(huán)內(nèi)徑圓周相吻合，此時(shí)記錄下環(huán)眼之間的間隔 ，我們就可以根據(jù)圓環(huán)直徑和環(huán)眼間距計(jì)算出不同位置的太陽(yáng)視角大校測(cè)量和計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：天空各個(gè)位置的太陽(yáng)所成視角根本上是一樣的，均為35左右。評(píng)估方法：準(zhǔn)備各種直徑的圓環(huán)，圓環(huán)直徑分別從545每間隔2一個(gè)圓環(huán)，共20個(gè)圓環(huán)備用。然后測(cè)試者分別觀察中午12：00的太陽(yáng)和黃昏19：00的太陽(yáng)注意觀察太陽(yáng)時(shí)佩戴深色眼鏡，并用雙手放在眼前30間隔

8、左右的地方，比量出感覺(jué)印象中太陽(yáng)直徑面積大校然后，另一個(gè)人在準(zhǔn)備好的圓環(huán)中試探找出和雙手直徑接近的圓環(huán)，這樣，就可以測(cè)得每個(gè)觀察者印象中中午和黃昏太陽(yáng)知覺(jué)直徑大校目前較為流行的關(guān)于月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋，是一種叫做視間隔 理論apparentdistanethery的觀點(diǎn)4。由于早晚太陽(yáng)視角大小是固定不變的，黃昏地平線上太陽(yáng)看起來(lái)比較大的原因，就被認(rèn)為是黃昏地平線上太陽(yáng)放到了更遠(yuǎn)處理解，而中午頭頂天空中太陽(yáng)被放到了較近處理解的結(jié)果。至于為什么地平線附近太陽(yáng)為什么會(huì)被理解得更遠(yuǎn)一些，中午頭頂天空中太陽(yáng)會(huì)被理解得更近一些的原因，那么被認(rèn)為是通過(guò)動(dòng)眼神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果：觀察地平線附近天空的時(shí)候，地面

9、上的樹(shù)木建筑等物體存在或穹頂?shù)奶炜招螤顣?huì)誘發(fā)動(dòng)眼神經(jīng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生更遠(yuǎn)的視覺(jué)間隔 感。外表上看，視間隔 理論是無(wú)可辯駁的，因?yàn)閹缀鯖](méi)有人會(huì)疑心太陽(yáng)視覺(jué)直徑大小的形成，是特定大小的太陽(yáng)視角空間被放遠(yuǎn)到一定間隔 上理解的結(jié)果。可事實(shí)上，星星和太陽(yáng)的視覺(jué)直徑，并不是由星星和太陽(yáng)視角和視距計(jì)算出來(lái)的。夜空里星星看起來(lái)鑲嵌在天邊上，星星的視覺(jué)間隔 和天空的視覺(jué)間隔 是一樣的，天空在視覺(jué)中至少有2000以上的間隔 ，小顆星星的視角差不多為視網(wǎng)膜最低分辨率視角601左右。假設(shè)星星視覺(jué)直徑是星星視角被放到一定間隔 上理解的結(jié)果，星星的視覺(jué)直徑就應(yīng)該為220001/36060=0.5815=581，很明顯，夜空里星星

10、的視覺(jué)直徑絕對(duì)不會(huì)超過(guò)0.5大小，五人以上的觀察結(jié)果說(shuō)明，夜空里的星星視覺(jué)直徑大約在510左右。同樣，太陽(yáng)視覺(jué)直徑、視角和視覺(jué)間隔 之間，也不存在幾何上的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。太陽(yáng)的視角為36左右，黃昏地平線附近太陽(yáng)看起來(lái)至少有150以上間隔 ，按照太陽(yáng)視覺(jué)間隔 和太陽(yáng)視角計(jì)算出來(lái)的太陽(yáng)視覺(jué)直徑大小應(yīng)該為215036/36060=1.57，而表2調(diào)查的結(jié)果說(shuō)明，地平線上太陽(yáng)視覺(jué)直徑最多不超過(guò)50100大校假設(shè)一個(gè)人視覺(jué)中地平線上太陽(yáng)直徑為40，那么根據(jù)邊角關(guān)系計(jì)算出來(lái)的太陽(yáng)視覺(jué)間隔 為25左右，25僅僅相當(dāng)于一棟6個(gè)單元的樓房長(zhǎng)度的一半，任何人的視覺(jué)經(jīng)歷中，黃昏地平線上的太陽(yáng)看起來(lái)也會(huì)比25間隔 大許

11、多。動(dòng)眼神經(jīng)對(duì)眼肌的調(diào)節(jié)才能會(huì)因?yàn)檠鲆曁炜蘸推揭暤仄骄€附近天空而有所不同嗎？不管仰視天空還是平視天空，視覺(jué)上都會(huì)以盡可能調(diào)節(jié)到看得更遠(yuǎn)為原那么，而動(dòng)眼神經(jīng)的最大生理調(diào)節(jié)才能在仰視頭頂天空和平視地平線盡頭天空時(shí)應(yīng)該是一樣的。我們還可以想象出很多種引起月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的原因，比方太陽(yáng)明暗度不同的原因；地面上樹(shù)木建筑等遠(yuǎn)處參照物存在的原因；鐵軌錯(cuò)覺(jué)的原因；地面遮擋導(dǎo)致的地平線附近天空背景不夠開(kāi)闊的原因等，或許這些解釋都是部分正確的，可對(duì)于上述每一種解釋，我們都可以找出這些解釋原因之外的情況下仍具有月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的視覺(jué)案例。人們無(wú)法完全提醒月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的原因，是因?yàn)槿藗儗?duì)物體視覺(jué)大小形成的原因還沒(méi)有完全搞清

12、楚：空間視覺(jué)大小的獲得存在著一種更普遍的計(jì)算機(jī)制，這種普遍性的視覺(jué)計(jì)算機(jī)制可以在不同視場(chǎng)情況下產(chǎn)生各種錯(cuò)覺(jué)，月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象也是在不同環(huán)境背景下，利用這種普遍的視覺(jué)計(jì)算機(jī)制計(jì)算的結(jié)果。下面我們就以最新的視覺(jué)計(jì)算理論為根底，嘗試給出月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的全新解釋。這些解釋內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：2.1簡(jiǎn)述2.2物體視覺(jué)大小獲得的普遍規(guī)律2.3不同視線角度直尺遠(yuǎn)近端相對(duì)視覺(jué)寬度計(jì)算2.4物體知覺(jué)間隔 的獲得方式和計(jì)算方法2.5天空視覺(jué)間隔 的獲得方式和計(jì)算方法2.6物體知覺(jué)大小的恒常性和鐵軌錯(cuò)覺(jué)2月亮錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象的最新解釋2.1簡(jiǎn)述經(jīng)過(guò)最新的視覺(jué)理論分析和多方面求證結(jié)果說(shuō)明，現(xiàn)實(shí)世界的各種視覺(jué)現(xiàn)象中，最接近月亮錯(cuò)覺(jué)

13、現(xiàn)象的例子是視線以不同角度觀察公路路面的情況：視線與路面處于同一個(gè)視線平面上時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較大，遠(yuǎn)處路面視覺(jué)寬度相對(duì)眼前路面視覺(jué)寬度就會(huì)顯得較小，這與觀察頭頂天空太陽(yáng)的情況類似；視線方向與路面成一定角度時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較小，遠(yuǎn)處路面相對(duì)腳下路面視覺(jué)寬度就會(huì)顯得較大，這與觀察地平線附近天空和太陽(yáng)的情況類似。我們觀察地平線盡頭附近天空和地平線上的太陽(yáng)時(shí)，視野中心在看到地平線盡頭附近天空和太陽(yáng)的同時(shí)，下半側(cè)視野也觀察到由近及遠(yuǎn)地平面的情況，我們視覺(jué)上會(huì)認(rèn)為由近及遠(yuǎn)的空間是按照地面或地面平行線方向延伸的，因此，觀察地平線盡頭附近天空和太陽(yáng)時(shí)，類似于視線與地

14、面成一定角度觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況：視線以一定角度觀察路面時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較小，因此地平線盡頭附近的太陽(yáng)看起來(lái)就會(huì)相對(duì)較大；而仰望頭頂天空時(shí)，以視軸為中心的周邊視野空間是對(duì)稱分布的，看不到一個(gè)由近及遠(yuǎn)延伸到天邊的地面存在，這樣，仰望天空時(shí)，視覺(jué)上會(huì)認(rèn)為由近及遠(yuǎn)的空間，是按照以眼為中心的視線方向延伸到遠(yuǎn)處的，因此，我們觀察頭頂天空和天空中太陽(yáng)時(shí)，類似于視線與路面方向重合時(shí)觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況，視線與路面方向重合時(shí)看到的路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較大，因此，頭頂天空中太陽(yáng)看起來(lái)就會(huì)顯得較校下面是作者和一些朋友共5人，在不同視線角度情況下觀察到的200遠(yuǎn)公路盡頭一個(gè)小

15、房子的視覺(jué)效果圖。圖1為眼貼在地面上視線方向與路面方向重合時(shí)觀察到的路面及200外小房子的視覺(jué)效果圖，圖2是人直立著視線與路面成一定角度時(shí)觀察到的路面及200外小房子視覺(jué)效果圖。圖1顯示出視線與路面方向重合時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變小的程度較大，200外的小房子看起來(lái)也相對(duì)較小，房子的間隔 看起來(lái)也顯得較近。圖2顯示出視線與路面成一定角度時(shí)，路面視覺(jué)寬度隨視距增加而變窄的程度較小，200處小房子看起來(lái)也就相對(duì)較大，房子的視覺(jué)間隔 較遠(yuǎn)。5人觀察的結(jié)果說(shuō)明，圖1和圖2的視覺(jué)效果符合每個(gè)人的觀察結(jié)果。我們也可以用一把長(zhǎng)30、寬6的直尺，仿效不同視線角度觀察公路路面的視覺(jué)效果：a、讓我們保持直尺

16、近端與眼的間隔 10左右，然后調(diào)節(jié)手中直尺的方向使得直尺平面方向與視線方向重合，此時(shí)觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)視線與直尺方向重合時(shí)，直尺遠(yuǎn)端視覺(jué)寬度看起圖1眼貼在地面上看到的200遠(yuǎn)路面盡頭的房子和路面視覺(jué)效果圖圖2直立時(shí)視線/地面成一定角度看到的200遠(yuǎn)路面盡頭房子和路面視覺(jué)效果圖來(lái)比直尺近端視覺(jué)寬度小許多，直尺視覺(jué)長(zhǎng)度也會(huì)顯得較短；b、我們?nèi)员３种背呓伺c眼的間隔 為10左右，然后調(diào)節(jié)手中直尺方向，使得直尺平面方向與視線方向成一定角度，當(dāng)視線方向與直尺方向成一定角度時(shí)，直尺遠(yuǎn)端視寬度和直尺近端視覺(jué)寬度看起來(lái)差不多一樣大小，直尺視覺(jué)長(zhǎng)度也會(huì)顯得較長(zhǎng)。可見(jiàn)，我們以一定視線角度觀察直尺時(shí)，直尺遠(yuǎn)端視覺(jué)寬度相對(duì)近端視覺(jué)寬度變窄的程度，要比視線與直尺方向重合時(shí)直尺遠(yuǎn)近端相對(duì)視覺(jué)寬度變窄的程度小很多。由于a和b種視覺(jué)情況下，直尺近端與眼的間隔 是一樣的，a和b種視覺(jué)情況下的直尺近端視覺(jué)寬度也是完全相等的?？墒?，a種視覺(jué)情況下直尺遠(yuǎn)端視覺(jué)寬度較近端視覺(jué)寬度縮小的程度，卻比b種情況下直尺遠(yuǎn)端視覺(jué)寬度較近端視覺(jué)寬度縮小的程度大許多，這說(shuō)明，視線與直尺方向重合時(shí)直尺遠(yuǎn)端視