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简介

接球、判断球的位置、或是追着球跑对于你来说困难吗?你曾经试过把一根线穿进针眼里吗?是以失败和沮丧而告终吗?你有责备抱怨过你的眼睛吗?你的两只眼睛帮你估计球距离自己多远以及线和针的相对位置。“双眼效应”实际上发生和作用于大脑。大脑接收两只眼睛的图像信息,然后进行处理最后成像,也即是我们最终看到图像结果。你对深度知觉感到好奇吗?(即我们的眼睛是如何从图片中感知距离和深度的?)自己通过以下这个活动来感受吧!

第 1 段(可获 2 积分)

(知识)背景

人类有两只眼睛,但我们只看到一个图像。我们的双眼分工合作,两眼一起从周围环境获取信息。“双眼视差”有很多优势,其中一个就是能以三维的角度观察世界。因为我们俩眼约有着7.5厘米的距离,位于同一平面(以脸部来说)的不同点,所以我们可以感知距离和深度。两只眼睛分别以稍加区别的角度观察物体,并在视网膜(位于眼睛背部)形成稍微有所不同的物象。然后这两个图像以电信号的形式被送到大脑中的信息处理中枢。这样我们的大脑会在极短的时间内形成三维图像,进而形成感知觉。因此,我们能感受到物体之间的宽度,长度和深度。科学家把这称为双眼视差(双眼立体视觉)。

第 2 段(可获 2 积分)

艺术家正是利用双眼视差来制作3D电影和三维图片的。他们为我们的两只眼睛呈现稍有不同的图像。这两个图像从稍微不同的角度显示物体,这样你就会感觉它好像就在你面前,好像可以触摸到。对于一些人来说,将两只眼所捕捉到图像合并在一起是很容易的(即是视轴辐合或双眼会聚现象),但对于另一些人来说可能很难。他们的深度知觉可能要依靠其他的线索才行(比如说:一些单眼线索:空气透视、运动视差、结构梯度等)。这样的话,他们在诸如3D电影、三维立体图片、游戏以及某些任务——比如说穿针引线或是球类游戏,会感到困难而无趣。

材料

 

第 3 段(可获 2 积分)
  • 三种不同颜色的标记物或荧光笔
  • 尺子
  • 桌子
  • 相机
  • 平坦的工作台,如桌面

 准备

  • 将第一个标记物垂直放好,距桌面边缘30厘米处。
  • 将下一个标记物依次接着第一个放好(即离桌面60厘米),最后一个则紧跟第二个标记物(距桌面边缘90厘米)。(如果你的桌子不够长,你可以把距离设置为15,30和45)

 过程

  • 让你自己站于桌子边沿地带,蹲下使视线与标记物齐平。
  • 只用左眼观察,闭上右眼。转动你的头,使得三个标记物成每个物体都恰好在剩下两个物体的右侧。有没可能将第二和第三个物体隐藏在第一个后面?
  • 保持相同的头部位置,但现在闭上左眼,只用右眼看。你看到了什么?在你的视像中,第二个和第三个标记仍然隐藏在第一个吗?你觉得是什么原因导致的?
  • 依然闭着你的左眼,重新调整你的位置,使得第二个和第三个标记物恰好隐藏在第一个的后面。按照前面的步骤再次重复。它有再次发生吗?这一次还要观察一些细节。在你的视象中,第二个标记是在第一个的左边还是右边?那最后一个呢?在你的视觉成像中,它们相聚多少呢?你能看到第一个和第二个标记物之间的空间吗?你能看到第二个和第三个标记物之间的距离有多少?(这些物体对你来说远吗?)这些标记仍然是部分重叠的吗?

 

第 4 段(可获 2 积分)
  • 打开你的右眼,并用双眼注视标记。你看到了什么?有没有标记被临近的标记所遮蔽?试着重新转头,以便在你的视像中,距离桌子边缘近的可以被远的所遮蔽。这容易做到吗?这是可能的吗?
  •  使用相机来为细致地研究这个问题。将相机放在固定位置,以便第一个标记隐藏在第二个和第三个标记后面;那些标记的顶部可以凸显出来。这时拍一张照片。
  • 将你的相机水平移动到7.5厘米左右(保持与人眼距离一致),然后拍第二张照片。要记得你是移到右边还是左边拍的照片。如果你往右移动,第一个照片代表的是左眼睛看到的。如果你往左移动,第一个照片代表你的右眼看到的。
  • 观察图片。这些图像反映了你的左眼和右眼的注意内容(人类的眼距是7.5厘米左右)。与这两张照片所得原理是相同的吗?他们的区别是什么?
  • 大脑产生深度知觉的原因即是由于左右眼睛接收图像的不同位置所致。你能发现大脑成像的一些规律吗?你认为哪一个标记最能转移到一个相对远的位置或相对于最后一个标记的距离更近些或相对于另一个更远些?(PS:一般来说中间的标记可以达到此,因为双眼视差)
第 5 段(可获 2 积分)
  • 在第一张图片中,三个标记是并排的。而在第二张图则不是。测量第二个标记相对于最后一个标记的偏移量是多少。现在测量第一个标记移动多少,哪一个标记点离相机最近,哪一个标记相对于最后一个标记是移动了的?当物体远离观察者时,移动量是增加了还是减少了?
  • 观察你拍的第二张照片。相对于最后一个标记,第二个标记转移到右边还是左边?那第一个标记呢?这个方向与你的相机的移动方向一致吗?
  • 你能想象如果你把相机移到距另一边7.5厘米左右的位置,照片会是什么样子的?你可以在你拍照的位置上重复一部分过程,但现在把相机移动到另一边来观察。(同样距桌子7.5厘米)
  • 附加实验:研究其他可能影响移动的参数。当你(作为观察者)的位置远离这组标记时,这些标记相对于另一个距离更远还是更近?如果你盯着远离背景的一点,会发现什么?(即是相对于背景中的一点,比较偏移的情况)。图片可以帮助你呈现更为详细的分析情况。一排排的树木,光杆或沿着一条笔直的街道排列的物体也可以帮助你进行一个更详细的调查。
第 6 段(可获 2 积分)
  • 附加实验 想象如果我们的两只眼睛距离不是约为7.5厘米,而是更远的距离会发生什么?你认为物体的水平位移会变大还是变小?如果我们的眼睛是垂直移动而不是水平方向移动,你认为会发生什么?将你的相机放置成上述的位置,拍照以观察。如此一来,你能发现人眼(两眼间有距离)的一些优点和缺点?
  • 附加实验:合适的深度知觉有利于完成这些任务,如打球,穿针和驾驶。要体验对于只用单眼(或独眼)来完成打球和穿针任务的困难,那就遮住一只眼来完成。不过,要小心一点;这真的很难!从轻轻地扔一个球开始。不要只用一只眼睛来完成危险的任务。
第 7 段(可获 2 积分)

现象与结论:

你的右眼和左眼注意到的世界一致吗?如何用两只眼创造一幅不同的图像?

当你把标记并排,以便你的左眼只能看到第一个标记,而当它们不并排时,只用右眼看。当你只用右眼看那些并排着的标记和换成左眼看时,类似的事情再次会发生。这一次的标记恰好转到你视像的右侧。这是因为每只眼都从从一个稍微不同的角度观察一排的标记。(即双眼视差)

第 8 段(可获 2 积分)

当你用双眼看时,你很难或是不管怎么站都不可能看到第一个标记。大多数人在这个实验设置中很难实现图像融合(即前文提到的视轴辐合或双眼会聚现象)。也许在实验中,你会看到图像切换运动或是重影的现象。

用相机拍摄的照片使你可以比较距离相机近的标记物相对于较远的标记物的偏移量。如果你能做更多的测试,可能会发现:偏移量取决于物体之间的距离,即你和对象之间的距离以及你正在注视的点(也被称为焦点)。

第 9 段(可获 2 积分)

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