基于最新視覺理論對月亮錯覺現(xiàn)象的解釋(上)

1、基于最新視覺理論對月亮錯覺現(xiàn)象的解釋(上)【摘要】：地平線上的月亮和太陽看起來總是比頭頂天空中的月亮和太陽大一些，這種現(xiàn)象被稱之為月亮錯覺。我們觀察地平線盡頭天空時，視覺上會認(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時，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，路面視覺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看起來就會相對較大；我們觀察頭頂天空和太陽時，類似于視線與路面方向重合時觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況：視線與路面方向重合時看到的路面視覺寬度隨視距增加而

2、變窄的程度較大，因此，頭頂天空中太陽看起來就相對顯得較校不同視線角度看到的路面視覺寬度隨視距增加而變窄程度，可以通過最新視覺理論計算出來，計算結(jié)果說明：視線/路面成一定角度時看到的遠(yuǎn)處路面視覺寬度，是視線/路面同一個方向時看到的遠(yuǎn)處路面視覺寬度的1.51.7倍左右，這和實驗測得的月亮錯覺差率根本上是一樣的。關(guān)鍵詞：月亮錯覺；兩小兒辯日；鐵軌錯覺；視間隔 理論；視覺計算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看起來總是比頭頂天空中的月亮和太陽大一些，這種現(xiàn)象被稱之為月亮錯覺illusin。地平線附近的彩虹、星座等看起來也會比頭頂天空的彩虹、星座等大一些，因此，也有人將月亮錯覺現(xiàn)象叫天體錯覺1。公元前七世紀(jì)前，古中國和古希臘就有過關(guān)于月亮錯覺的記載2，比方?列子?中“兩小兒辯日的故事。2000多年來，歷史上出現(xiàn)過各種關(guān)于月亮錯覺現(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋，卻始終沒有形成一個普遍被成認(rèn)的統(tǒng)一觀

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

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

8、左右的地方，比量出感覺印象中太陽直徑面積大校然后，另一個人在準(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，就可以測得每個觀察者印象中中午和黃昏太陽知覺直徑大校目前較為流行的關(guān)于月亮錯覺現(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋，是一種叫做視間隔 理論apparentdistanethery的觀點4。由于早晚太陽視角大小是固定不變的，黃昏地平線上太陽看起來比較大的原因，就被認(rèn)為是黃昏地平線上太陽放到了更遠(yuǎn)處理解，而中午頭頂天空中太陽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為什么會被理解得更遠(yuǎn)一些，中午頭頂天空中太陽會被理解得更近一些的原因，那么被認(rèn)為是通過動眼神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果：觀察地平線附近天空的時候，地面

9、上的樹木建筑等物體存在或穹頂?shù)奶炜招螤顣T發(fā)動眼神經(jīng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生更遠(yuǎn)的視覺間隔 感。外表上看，視間隔 理論是無可辯駁的，因為幾乎沒有人會疑心太陽視覺直徑大小的形成，是特定大小的太陽視角空間被放遠(yuǎn)到一定間隔 上理解的結(jié)果?？墒聦嵣?，星星和太陽的視覺直徑，并不是由星星和太陽視角和視距計算出來的。夜空里星星看起來鑲嵌在天邊上，星星的視覺間隔 和天空的視覺間隔 是一樣的，天空在視覺中至少有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，星星的視覺直徑就應(yīng)該為220001/36060=0.5815=581，很明顯，夜空里星星

10、的視覺直徑絕對不會超過0.5大小，五人以上的觀察結(jié)果說明，夜空里的星星視覺直徑大約在510左右。同樣，太陽視覺直徑、視角和視覺間隔 之間，也不存在幾何上的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系。太陽的視角為36左右，黃昏地平線附近太陽看起來至少有150以上間隔 ，按照太陽視覺間隔 和太陽視角計算出來的太陽視覺直徑大小應(yīng)該為215036/36060=1.57，而表2調(diào)查的結(jié)果說明，地平線上太陽視覺直徑最多不超過50100大校假設(shè)一個人視覺中地平線上太陽直徑為40，那么根據(jù)邊角關(guān)系計算出來的太陽視覺間隔 為25左右，25僅僅相當(dāng)于一棟6個單元的樓房長度的一半，任何人的視覺經(jīng)歷中，黃昏地平線上的太陽看起來也會比25間隔 大許

11、多。動眼神經(jīng)對眼肌的調(diào)節(jié)才能會因為仰視天空和平視地平線附近天空而有所不同嗎？不管仰視天空還是平視天空，視覺上都會以盡可能調(diào)節(jié)到看得更遠(yuǎn)為原那么，而動眼神經(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應(yīng)該是一樣的。我們還可以想象出很多種引起月亮錯覺現(xiàn)象的原因，比方太陽明暗度不同的原因；地面上樹木建筑等遠(yuǎn)處參照物存在的原因；鐵軌錯覺的原因；地面遮擋導(dǎo)致的地平線附近天空背景不夠開闊的原因等，或許這些解釋都是部分正確的，可對于上述每一種解釋，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覺現(xiàn)象的視覺案例。人們無法完全提醒月亮錯覺現(xiàn)象的原因，是因為人們對物體視覺大小形成的原因還沒有完全搞清

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

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視線平面上時，路面視覺寬度隨視距增加而變窄的程度較大，遠(yuǎn)處路面視覺寬度相對眼前路面視覺寬度就會顯得較小，這與觀察頭頂天空太陽的情況類似；視線方向與路面成一定角度時，路面視覺寬度隨視距增加而變窄的程度較小，遠(yuǎn)處路面相對腳下路面視覺寬度就會顯得較大，這與觀察地平線附近天空和太陽的情況類似。我們觀察地平線盡頭附近天空和地平線上的太陽時，視野中心在看到地平線盡頭附近天空和太陽的同時，下半側(cè)視野也觀察到由近及遠(yuǎn)地平面的情況，我們視覺上會認(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時，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，路面視覺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看起來就會相對較大；而仰望頭頂天空時，以視軸為中心的周邊視野空間是對稱分布的，看不到一個由近及遠(yuǎn)延伸到天邊的地面存在，這樣，仰望天空時，視覺上會認(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時，類似于視線與路面方向重合時觀察公路遠(yuǎn)近路面的情況，視線與路面方向重合時看到的路面視覺寬度隨視距增加而變窄的程度較大，因此，頭頂天空中太陽看起來就會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)公路盡頭一個小

15、房子的視覺效果圖。圖1為眼貼在地面上視線方向與路面方向重合時觀察到的路面及200外小房子的視覺效果圖，圖2是人直立著視線與路面成一定角度時觀察到的路面及200外小房子視覺效果圖。圖1顯示出視線與路面方向重合時，路面視覺寬度隨視距增加而變小的程度較大，200外的小房子看起來也相對較小，房子的間隔 看起來也顯得較近。圖2顯示出視線與路面成一定角度時，路面視覺寬度隨視距增加而變窄的程度較小，200處小房子看起來也就相對較大，房子的視覺間隔 較遠(yuǎn)。5人觀察的結(jié)果說明，圖1和圖2的視覺效果符合每個人的觀察結(jié)果。我們也可以用一把長30、寬6的直尺，仿效不同視線角度觀察公路路面的視覺效果：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，此時觀察者會發(fā)現(xiàn)視線與直尺方向重合時，直尺遠(yuǎn)端視覺寬度看起圖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效果圖圖2直立時視線/地面成一定角度看到的200遠(yuǎn)路面盡頭房子和路面視覺效果圖來比直尺近端視覺寬度小許多，直尺視覺長度也會顯得較短；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，直尺遠(yuǎn)端視寬度和直尺近端視覺寬度看起來差不多一樣大小，直尺視覺長度也會顯得較長?？梢姡覀円砸欢ㄒ暰€角度觀察直尺時，直尺遠(yuǎn)端視覺寬度相對近端視覺寬度變窄的程度，要比視線與直尺方向重合時直尺遠(yuǎn)近端相對視覺寬度變窄的程度小很多。由于a和b種視覺情況下，直尺近端與眼的間隔 是一樣的，a和b種視覺情況下的直尺近端視覺寬度也是完全相等的?？墒?，a種視覺情況下直尺遠(yuǎn)端視覺寬度較近端視覺寬度縮小的程度，卻比b種情況下直尺遠(yuǎn)端視覺寬度較近端視覺寬度縮小的程度大許多，這說明，視線與直尺方向重合時直尺遠(yuǎn)端視