浮动错觉如何逆向解构我们眼中的景象

来源：利维坦公众号

利维坦按：先来看一个去年很火的视频动图：

看明白了没有？Kevin Parry的这个抛球动作你也可以试试。

有人分析其实它的原理如下

文/George Musser

译/果然多多

校对/凤梨

原文/nautil.us/blog/how-japanese-floating-illusions-reverse_engineer-what-we-see

本文基于创作共用协议（BY-NC），由果然多多在利维坦发布

如果你不清楚某事物的原理，那就试着打碎它。科学就是建立在创造性的毁灭上：神经科学家对大脑的了解，大部分来源于大脑受创时遗失的信息。视觉感知在面对视觉错觉时有偏差，由此科学家们机缘巧合地注意到视觉感知的功能。举个例子，日本明治大学的杉原厚吉（Kokichi Sugihara）创作了一系列埃舍尔风格的3D错觉图，这些图探索我们的大脑是否倾向于认为所有角度都是合理的（埃舍尔，M。 C。 Escher，1898~1972，荷兰科学思维版画大师，作品多以平面镶嵌、不可能的结构、悖论、循环等为特点，主要作品有《相对性》、《瀑布》等）。

杉原厚吉制作的视觉错误模型

这里有一个杉原厚吉制作的反重力斜坡模型，看一看你的大脑是如何被欺骗的：

这些最引人入胜的错觉艺术中有一部分呈现出明显的动态效果——它们看似旋转、闪烁、或是摇摆，可实际上是完全静态的，例如皮耶·蒙德里安（Piet Mondrian）的《百老汇爵士乐》（Broadway Boogie–Woogie）或京都市立命馆大学的心理学家北冈明佳（Akiyoshi Kitaoka）的《迷幻风车》（www.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/index-e.html）。还有两位日本数学家——东京大学的新井仁之（Hitoshi Arai）和他的妻子新井忍（Shinobu Arai）开创了一个新的错觉类型，日语叫fuyuu，即浮动错觉。

新井夫妇建立了一个带日语评论的大型网上画廊，该网页还有一个简化的英语版（araiweb.matrix.jp/Exhibition/illusiongallary4.html）。除了自己创作，他们还收集了现实世界里的错觉景象，比如有些平时无人注意的建筑，由于窗户和设计元素的排列效果，从某些视角看好像位置移动了一般。

他们将艺术和理论相结合：新井夫妇尝试逆向解构我们视觉处理神经的工作原理，从而为他们的错觉作品提供解释。在低层次的视觉处理中，人的视觉神经在看到条纹图案时被激活，就像扫微小的条形码一样。不同的视神经察觉到不同方向、不同复杂程度、不同位置的图案。大脑对这些初级反应进行高级处理，就得到了你看到的景象。

为了证明他们的理论，新井夫妇创作了各种Fraser螺旋错觉图（看起来像是螺旋的同心圆）：你肯定会以为这个不规则图形是逆时针的螺旋形，但实际上它是由一系列同心圆组成的（你可以通过将手指沿着圆周滑动来验证）。他们认为错觉的形成原因是我们的部分视觉皮层，也就是V4，其中的一些神经元对特定的条纹图案有反应，这种条纹倾斜的方式和螺旋形一模一样，而错觉图像里就包含相同的图案。

借助框架分析这一数学技术，新井夫妇试图捕捉大脑分解图像的原理。为了证明该项技术可以做到这一点，他们对图像做了些改动。触发螺旋错觉的图形被过滤掉后，错觉消失，你就看到同心圆的本来模样了。而且要用特定的过滤器，这样除了去除图像错觉外，其影响小到几乎无法辨别。引发顺时针螺旋错觉的成分被单独过滤后，只留下引起逆时针螺旋错觉的成分，此时错觉效果看起来比以前更明显——这表明错觉是不同方向的视觉触发因素之间竞争的产物。

除了分析错觉，新井夫妇还会创造错觉图案。他们对一张看起来普通乏味的图像作细微的改变，上色后形成对比，最后迷惑我们的大脑。如此可以让他们以系统的方式制造错觉，而不是误打误撞地发现它。而且，新井夫妇可以将算法应用于任何图像，而不仅仅局限于几何图案。他们用算法处理自然风景的照片时，其中隐藏的模糊细节会显现出来。新井仁之向我展示了日本一座山的图片。图片经过增强优化后，显示出你在原图中几乎察觉不到的输电线和架线塔。该技术可以增强大脑本身检测物体边缘的能力。

新井夫妇的研究展示了错觉图像的中心原理。错觉图非但没有脱离现实，反而体现了我们观察现实的方式。毕竟我们通过观察事物来了解事物。