2008-10-28

[報導] 透視3D幻像

Stephen L. Macknik 及 Susana Martinez-Conde 撰,Sherry譯,Fan-Lu Kung 校

   
 你相信我們所經歷的實際上都只是我們大腦想像或是虛構的嗎?雖然我們實實在在地感知到了周圍的一切,但是我們的感官系統未必單純地複製周圍事物的物理本質。當然,在日常生活的許多經驗反應了進入腦中的物理刺激。但是同樣的神經迴路也製造出我們的夢境,幻想以及回憶。真實與想像在大腦中其實是由同樣的迴路接收與產生。也許就如同蘇格拉底的名言:「我只知道一件事,就是我什麼都不知道。」

    神經科學家所使用來研究感官系統最重要的工具就是”錯覺”。歷史上,在科學家了解視覺的神經機制前,藝術家和魔術師早就對如何愚弄我們的視覺系統了然於心。藝術家們建立了一系列的技巧,使我們的大腦在看著平面的圖畫時卻感知到了三度空間,或僅僅只是幾筆畫卻讓你看到了栩栩如生的生命。


    “錯覺”,定義上來說就是我們所感知到的與該物體物理性質上的真實是剝離而互不符合的。當我們被錯覺迷惑的時候,我們也許會看到某樣並不存在的東西,或是對實際存在的事物視而不見。由於錯覺創造了一個與真實狀況並不一致的狀態,使科學家可以藉由這些感知系統的失誤,而抽絲剝繭出大腦是如何分析並建立所接收到的感官訊息。



    藝術家們常常試圖去臨摹外在的世界。寫實畫家熟練地應用透視法、色彩、亮度和光影在畫布上創造出我們生活的世界。他們的畫作甚至可以成功地以假亂真。在”自然史”裡面,老蒲林尼(Pliny the Elder)曾經提及古希臘兩個名畫家Zeuxis和Parrhasios間傳奇性的競爭故事。這兩個畫家都各自帶了一幅畫作去參加比賽。Zeuxis先掀開了他的畫作,畫中幾可亂真的葡萄吸引了附近的鳥兒停在他的畫布上啄食。得意洋洋的Zeuxis走到Parrhasios的畫作前,動手想掀去覆蓋在畫作上的布。Zeuxis卻突然間洩了氣,他發現他想要掀去的布其實就是Parrhasios的畫作本身。
    寫實派的畫風並不是從古希臘開始的。早在史前時代的畫家就企圖使用一些技巧使他們的畫作更貼近真實。像是Altamira洞窟中發現的野牛壁畫就策略性地畫在岩石突出的部分,以加強牲畜體積的表現。
    這些技術在視幻覺主義(trompe l’oeil)達到巔峰。Trompe l’oeil在法文中是”欺騙眼睛”的意思。這種幾乎像是照相般的寫實技術最早出現在文藝復興時代,在17世紀的荷蘭被發揚光大。栩栩如生的圖畫幾乎像是要從畫布上蹦出來一樣。
羅馬的St. Ignatius of Loyola教堂圓頂就是視幻覺主義很好的例子。負責該教堂的建築師Orazio Grassi在完成該教堂的圓頂前就不幸過世,而建築圓頂的經費亦被挪為他用。直到30年後,教堂延請了修道士畫家Andrea Pozzo為該教堂畫一個假的圓頂。雖然人們早已知道Pozzo是透視法的大師,但是他完成的畫作仍然讓人難以想像。至今造訪St. Ignatius的旅客沒有不驚訝於那壯麗的圓頂居然是畫上去的!
    另一個出類拔萃的例子是羅馬的一處宮殿Palazzo Spada. Francesco Borromin利用錯覺在庭院裡創造了一條看似長達37公尺、而在末端有一個真人大小的雕像的長廊。實際上這條長廊只有八公尺長,而那個雕像也只有60公分高。即便到了今天,仍不斷有藝術家利用這樣的錯覺來創作。Julian Beever就將這樣的錯覺應用到他驚人的人行道藝術上。
    比薩斜塔雖然不是以建築物中利用繪畫技巧製造出來的錯覺效果聞名,但是它提供了另一個建築上迷惑大腦知覺處理的例子。在McGill University的Frederick Kingdom、Ali Yoonessi、Elena Gheorghiu發現的”斜塔錯覺”(Leaning Tower Illusion)現象中,兩張同樣的比薩斜塔照片放在一起,傾斜的角度看起來居然會不一樣。

    所謂的斜塔錯覺(此一錯覺贏得了2007年的視覺錯覺競賽的第一名)顯示視覺系統是如何利用透視方法來重建3D物體的。我們說”重建”是因為視覺系統並無法直接利用外在環境中的3D資訊。我們對深度的認知來自於神經系統的幾個運算原則。這些原則包括了透視法(perspective, 平行線會在遠方匯集),實體視像(stereopsis, 我們的左眼和右眼平行地接收了同一物體的影像,而形成深度感),遮蔽原則(occlusion, 靠近我們的物體會遮住較遠方的物體),光影(shading),明暗對照法(chiaroscuro, 一個物體的明暗對比和其與光源的遠近有關)以及空氣遠近法(sfumato, 利用物體對焦與否的相互作用或是空氣的透明感而創造出深度)。斜塔錯覺顯示大腦也使用了兩個傾斜物體在遠方的交錯角度來估算兩個物體之間原本的相對角度。(因為透視法和深度感的緣故,)大腦預期平行的物體在遠方會有交會點,但因為兩張斜塔照片完全相同,所以延伸再遠也不會出現交會,因此大腦會修正而認定這兩個斜塔並不是平行的。這個錯覺在我們看向兩個並排的日本漫畫女生圖案時並不會出現,即使這兩個影像是傾斜的。原因是這兩個漫畫女生並沒有深度,所以我們的大腦並不會期待他們在遠方應當出現交會點,顯示大腦只有在特定狀況下才會利用到這個深度認知工具。

    如同畫家在平坦的畫布上創造了深度的錯覺,我們的大腦實際上也是利用視網膜這一2D平面所接收到的訊息再轉化成我們感知到的3D影像。視覺錯覺顯示我們對於色彩、光線和形狀的認知都不是絕對的,而是透過主觀相對的經驗,由我們複雜的大腦迴路創造出來的。這個原則不只是在視覺上,實際上在我們所有的感官系統都是如此。我們是否感覺到紅色,是不是正方形,是否感受到愛或是恨,都是我們神經系統間電位活動的結果。

    在駭客任務的電影裡,莫斐斯問尼歐:「什麼是真實的? 你怎麼定義真實?如果你認為是你感覺的 你聞到的 你嚐到的或是你看到的,那麼真實不過是你大腦對電訊號活動的解讀罷了。」電影所沒有告訴我們的是,即便尼歐從母體(matrix)回到真實世界,他的大腦仍然持續地創造他自己的感知,而這些感知和實際狀況可能並不相符。從某個角度來說,我們都活在由我們自己大腦所創造的錯覺”母體”中。遠在駭客任務還沒上映前,神經科學家和諾貝爾獎得主John Eccles就曾經寫道:「我希望你們可以瞭解自然界裡其實並沒有色彩的存在,也沒有聲音-這些東西都是不存在的,沒有觸覺,沒有形狀,沒有美醜,沒有氣味」。或是如同西班牙劇作家Pedro Calderón de la Barca的創作:「什麼是生命? 一陣狂亂。什麼是生命?一個錯覺,一個幻影,一個想像。最美好的不過只佔了其中極小的一部分。所有的生命都是一場夢,而夢只不過就是夢而已。」



原文出處: Scientific American, October 2008


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