那些好玩的3D立体图如何「骗」了你的眼睛？

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文/@东华君

前言：视觉系统是人类最重要的觉得通路，大约80%的外界信息经视觉系统处于人脑。但是有些之后我们的视觉系统却会误导我们的大脑，造成一些被称为“视觉错觉”（）的有趣现象。我将在专栏内开一个《解密视错觉》专题，介绍一些常用的触觉错觉及其神经体系。第一篇呢，就介绍3D立体图像，希望你们喜欢！P.S.在PC或pad上观看这种照片，效果会更好。

我们一直会在各类媒体上发现一些包括了3D影像的花花绿绿的图案。有不少朋友可能还未把握合适的观看方式。我在互联网上搜索了一番，发现大个别*网站说的都是一些很让人很奇怪的方式，并且没有很高的解释其成像原理，甚至也有一些歪门邪说觉得能够断定立体图上面的3D物体能反应个体智商的高低。而事实上，只要借助合适的方式，我们每个人都能精确的看出每张立体图像中的3D物体。因此，我想给你们简单的介绍一下三维立体图的演进过程，并且分享正确的观看方式和解释其成像原理。

1、早期立体图

图1.一张19世纪的立体图。请留意细节：左边照片的视线比前面照片的稍稍偏左一点点。

早在我们开始研究视觉皮层中的神经元之前，立体图就已变成一种流行的娱乐方式。图1展示的便是一张流行于19世纪的立体图。其实，任何两张对于同一对象拍摄的图片，只要镜头之间隔开的距离与人眼的眼距大致相似，都可以一起构成一对立体图。当我们分别用左右眼观看左右侧照片（使用垂直眼角度或立体镜）时，我们的大脑会组合这两个图像并将视图之间的不同解释为距离上的差距，以此提供立体的感知。

图2.看到3D图像之后的大概情况。区别在于，事实上在后面形成的会是3D图像。

具体的想法就是放松眼睛肌肉，通过用右眼观看左侧照片和用右眼观看右侧图片（平行眼）。大致的觉得立体牌匾图片大全，就好似你在欣赏玻璃橱窗中的戏剧品，也就是说要把屏幕当作是玻璃橱窗，而你要看的是玻璃窗之内的影像。不断地调整两眼之间的角度，当你在图像的上方看见三个点时，就表示快要顺利了。然后保持角度不变，继续逐渐地微调眼睛焦距。当你可以看清前面的照片时（状况大致如图2所示），你才会看到上面展现的是立体的影像。

2、随机点立体图

图3.随机点立体图（左和中）和借助平行眼角度观看时所感到到的图像（右）。

后来相当长的时间内，立体图像都没什么发展。直到1960年，Bela发明了随机点立体图（-dot，图3左和中）。原则上，这些成对的随机点阵图与19世纪的立体图相似。最大的差别是，隐藏在图像中的对象不能借助正常的眼睛视角观看到。要看见这个3D对象，你相同需要将左右眼分别对准上方和前面的图像。当发现它们之间发生第三张照片后来，盯着新出现的照片，再逐渐定焦，立体图像便会渐渐浮现于眼前（图3右）。

图4.随机点立体图的构造原理。A）首先，创建一张呈现给左眼的随机点图形。右眼的刺激是借助复制第一张图形，水平地移动后面一小块区域，然后使用其它随机点填充间隙。B）当同时观看左右两张图像时，平行移动过的区域看上去会与其它点进入不同深度的平面上。

每对随机点图片除了中央一小块外，具有完全相似的随机点结构。其实中央一小块区域的结构也相似，只不过在水准方向上它们稍作了相反方向的移动（图4）。当我们使用平行眼角度观察时，左眼视网膜和眼睛视网膜受到的刺激也略有不同，这导致了眼睛视差，中央小块看上去便凸起在旁边的背景上。这表明，在排除了其它所有深度线索的条件下，一组完全无意义的触觉刺激，只要具有视差条件，便能形成深度知觉。

3、自动立体图

图5.一张典型的自动立体图。

紧接着，在20世纪70年代，Smith-眼科研究所的Tyler设计了非常有趣的自动立体图（）。不同的是，自动立体图是单个图像，当我们借助类似的方法观看时，便能感到到其中的3D物体（图5）。我们经常所发现的这种自动立体图是基于一种被称为“壁纸效果”（）的视错觉。我们可以借助平行眼（以及交叉眼：左眼看前面、右眼看右边），用两只耳朵分别对着形状的一个别来观看这种包含重复图案的壁纸。在自动立体图中，壁纸效果会与随机点立体图组合，进而在单个图像上产生柔和深远的3D物体。想要见到图5中3D物体的一个简单方式是：先放松眼睛肌肉，使双眼看着左下侧的点、右眼看到右下侧的点；但是渐渐地调整角度，当你能在图像的上方看见三个点后，再逐渐地微调眼睛焦距，你将会发现图像里面的3D物体。这时，轻微地震动脑袋有助于确认物体的边缘。

图6.通过眼睛视差进行位置识别。A）正常角度下识别不同位置的物体。B）垂直眼角度下同时注视两物体时，会在更远的位置识别到一个清晰的物体。

当使用双眼看单个物体时立体牌匾图片大全，我们必须调整两个眼球之间的角度来观看不同距离的物体（图6A）。看的物体越近，两眼之间角度越大。但是，当我们将左右眼分别对着左右两个相似的物体时，我们将没法清晰地识别另一个“虚假”的物体，它看上去比真实的位置更远（图6B）。

图7.一组特别简单的立体图

自动立体图运用的就是这个机理：在水平方向生成一系列重复的形状，当这种花纹在两只眼中重合时，就会发现立体的影像。图7是一个非常简化的三维立体图例子。对于上排的圆圈，由于圆圈之间的距离一致，所以借助平行眼角度辨识到的圆圈都带有相似的深度。对于中排的方块，由于他们的厚度更大，所以识别到的圆圈会位于更远的地方。而下排的方块，由于他们的厚度不同，所以借助平行眼角度辨识到的圆圈会深浅不一，这便产生了立体的影像（图8A）。

图8.自动立体图的原理示意图。A）图7下排中圆圈能形成立体影像的缘由。B）与图5类似的一张自动立体图能生成3D物体的理由。

然而，我们了解重复图案之间的距离决定了立体影像的远近，自动立体图就是按照这个原理制作的：依据希望生成的三维影像的远近，生成不同距离的重复图案。图8A解释了为什么图7下排中的方块在垂直眼角度中看上去有立体感。通过以此类方法在水平方向上重复排列类似的形状，我们的头脑就会被误导而形成3D效果。并且，通过改变这种形状的间隔，就会改变脑内所生成图案的深度。图8B（立体图上面的确含有一个3D的圆）便解释了与图5类似的自动立体图能形成3D物体影像的成因。

那么问题来了：图5中隐藏的3D物体究竟是哪个？欢迎各位在评论区内讨论！

参考资料：

1.M.F.Bear,B.W.,M.A.,.,2016.

2.B.,of.MITPress,1971.

3.S,ed..Tokyo:,1994.

4.Whydotheylook3D?

5.10:andDepth

6.AKAMagicEyes

7.Notes:Depth,Size,andShape

【后记】

简单提问一下你们相当关心的两个问题：

1、到底该用平行眼（迷茫眼）还是交叉眼（斗鸡眼）方式来看立体图？

附图1.平行眼（上）和交叉眼（下）观看方式的成像示意图

答案是：两个都可以，但是平行眼方式看上去更容易，也更舒服。事实上借助平行眼方式发现的物体位于屏幕更远处，而交叉眼方式下物体位于眼镜与屏幕之间。我在文中有提及“我们可以借助平行眼（以及交叉眼），用两只耳朵分别对着形状的一个别来观看这种包含重复图案的壁纸。”但是，为了简单起见，我描绘的示意图都只用了平行眼方式。这或许导致了这些人的误会，抱歉~~

2、眼睛视力、偏光能不能看到立体图上面的3D物体？

答案是：可以，但是也许效果稍差一点。最好的解决方法就是戴着校准视力的墨镜看。另外，相信你们小时候都玩过立体镜（附图2），它用的就是文中介绍的原理。当然这些立体镜只合适看早期的立体图（如图1、图3），对于自动立体图（图5）是不适合的。

附图2.一个普通的立体镜

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