運動的“點”與“線”，竟然能產生錯覺？？？_風聞

中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-02-16 16:57

2020-02-16

又到週日了，這周小編依然在家勤勤懇懇地科（摸）研（魚）。只不過有時（大部分時間）會網上衝浪（找沙雕圖）一陣子。於是乎就發現了下面這個有趣的動圖。

圖1：正常速度版

你看到的是兩個點在水平還是豎直振盪？還是兩個點在順時針或者逆時針地旋轉？又或者是兩個對角線的點在互相閃爍？還是其他的情況呢？

麻省理工學院甚至是給出了一些查看gif的説明：

水平方向振盪 [1]

豎直方向振盪 [1]

1：首先選擇上圖中兩個圖的任意一個，然後確保你看到這些點確實是在水平/豎直方向跳躍。

2：盯着圓點數到10。

模稜兩可的四重奏 [1]

3：然後不要移開眼睛，看上圖‘模稜兩可的四重奏’。[1]

此時你會看到“四重奏”看起來是沿着與你一開始相反的方向—豎直/水平跳躍的。或者你凝視“四重奏”兩分鐘，它一會兒水平振盪、一會豎直振盪，甚至還有可能旋轉？這是為什麼呢？

為什麼不問問神奇海螺呢？

車輪效應

Wagon-wheel effect

上面的gif僅僅顯示四個閃爍的點，而點的閃爍恰恰會使你的大腦感到困惑，會自認為看到的是不同類型的運動。

企圖通過活動手掌減肥的小編在運動

對於這種混亂，一般要歸咎於頻閃效應。這是一種現象，是你觀看一系列靜止的圖像時產生運動的錯覺。基於眨眼或者頻閃的速率，我們的大腦可能會將點的閃爍感知為運動的不同階段（比如左右橫跳或者旋轉等）。我們就會覺得兩點之間在運動，雖然事實上根本沒有運動發生。[2]

比如頻閃液滴就是一個很通俗的例子。一個類似滴漏的裝置會在相同時間內滴下一滴液體。如果此時是在普通攝像機下觀察，這就是一個很普通的滴漏。但是如果你用將攝像機快門頻率與滴漏頻率相同時拍攝的話，你在相機中看到的液滴就好像一直沒有下落，懸浮在半空中一樣。

彷彿不動的螺旋槳來源：wiki

儘管車輪一般不可能每秒24轉轉動，但是如果車輪有12個輻條，每秒轉兩圈的話。這時以每秒24幀的速度進行拍攝，每幀中的輻條將會出現在完全相同的位置。看上去車輪就是完全靜止的了。

看電影

如果輪子的旋轉速度稍微慢一點，你就會看到輻條在每個連續的幀中向後傾斜，輪子看上去就是在向後旋轉。

運動的點可能會產生錯覺，那運動的線（面）呢？答案當然也是肯定的，比如好玩的貝漢圓盤（Benham’s disk）也會讓你產生錯覺，只不過此時不是運動的錯覺，而是對於顏色的錯覺。

旋轉的圓盤

Spinning disk

無論你怎麼旋轉一張黑色、白色混合的紙，它都會保持黑白顏色不變嗎？小編既然這麼問了，那答案當然是不會不變。一百年來，大家都被一種黑白圓盤所困擾，因為它雖然是黑色和白色混合顏色的，但是當它在旋轉的時候竟然會變色。有時候是紅色、藍色、黃色、綠色甚至是紫色。

貝漢圓盤圖片來源：wiki

貝漢圓盤錯覺其實已經存在很長一段時間了。1895年，一個名叫查爾斯·貝漢（Charles Benham）的業餘科學家和發明家將他的特殊圓盤作為兒童玩具開始出售。[3] 該圓盤的一半被塗成黑色，而另一半則是白色背景，將其沿着直徑方向分為四個部分，並在每個部分上面繪製了多個45度的同心圓弧。旋轉圓盤，顏色就會出現在圓圈中。他們會根據速度和方向的變化而變化。

下圖很閃，請注意護眼並緊張的往下看

旋轉的貝漢圓盤來源：YouTube

即使是在一百多年後的今天，圓盤的形狀和角度可以做的非常精確。然而，目前為止似乎還沒有人真正知道這種錯覺是如何產生的。在一篇《Nature》論文中寫道：“這些現象的起因似乎並未得到確切解決。” [4] 換句話説，你找到一個很有趣的現象，即使解釋不了，也能發一篇《Nature》（逃）。該現象今天依然吸引着我們去探索和討論，所以，你能想象1895年大家看到這個現象時會覺得這是多麼神奇的事情嘛。

利用貝漢原理製作的陀螺儀

貝漢似乎很擅長推銷這種玩具，但是他並不是第一個注意到這種錯覺的人。在貝漢圓盤問世的前幾年，古斯塔夫·費希納（Gustav Fechner）和赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）就發現：旋轉的黑白圓盤可以顯示出其他顏色。這種當觀察某些快速變化或者移動的黑白圖案時看到的色彩錯覺，被稱為費納希色彩效應。

這是什麼原因呢？

What is the reason for this?

雖然我們現在可能還不太確定貝漢圓盤中額外的顏色是怎麼產生的，其中的原理是怎麼樣的。但是科學家確實有基於我們的眼睛是如何感知圖像的理論。一般來説，我們的視網膜有兩種不同類型的接受光的受體：視錐細胞與視杆細胞。視錐細胞主要負責的其實是我們感知到的彩色視覺與強光視覺。視杆細胞可以幫助我們在弱光下看到事物，並且以單色感知事物。