视错觉
视错觉
谢鑫宇 余聪
视觉信息是我们每天绝大部分信息的来源。人们常说“眼见为实”，经验告诉我们，眼睛看到的东西往往是真实的。可是我们感知到的事物真的就是它本来的样子吗？
我们先来看看图1中的两幅图。第一幅图中你觉得A、B两个方格颜色是一样的吗？如果你用绘图软件把两个方格截取下来对比一下，会发现它们是完全一样的。在第二幅图中，是不是后面的小人比前面的看起来要大很多, 好像一个很恐怖的大人追着前面一个吓坏了的小人？可是如果把两个人剪下来，我们会发现他们也是一样大的。
图1 两种错觉现象
事实上，我们的视觉系统会欺骗我们。眼见不一定为实！我们的感知有时候会形成错觉。错觉（illusion）是大脑加工视觉信息形成的知觉与实际的物理刺激不一致所产生的视觉误差。错觉现象不仅存在于视觉，也存在于听觉、味觉等其他感觉。
图1第一幅图所示的现象我们可以用知觉恒常性来解释。知觉恒常性在我们的生活中很常见。例如，有两个人，一个站在离我们很远的地方，而另一个站在离我们很近的地方，他们在我们的视网膜上形成的像的大小会相差很多，但是我们还是会把他们知觉为类似的大小，而不会觉得离我们近的人大，离我们远的人小。我们的大脑会很聪明地根据环境中的各种刺激线索，“矫正”由视网膜像的大小引起的知觉差异，产生大小恒常性现象。当我们从不同角度看同一物体时，会看到不同的形状。比如图2所示的一扇门，当门关着时我们看到的是一个长方形，当门打开一定角度时，我们看到的就是一个梯形。但是我们的大脑也会“矫正”由不同位置引起的形状差异，始终把门知觉为长方形，这是一种形状的恒常性。与这些恒常性类似的是，当白天和傍晚我们走在路上时，由于光照条件的不同，景物所呈现的颜色是不一样的，但我们还是能将这些景物的颜色知觉为恒定不变的，不会受到光照条件的影响。比如由于这种颜色恒常性，我们在不同的光照条件下，看到树叶都是绿色的。这些能在视网膜成像的大小、形状和颜色等变化的情况下感知物体真实形态的能力统称为知觉恒常性。
图2 形状恒常性
知觉恒常性有助于我们在日常生活中形成稳定的知觉，从而对物体的实际大小、形状和颜色等作出正确的判断。但如果我们的大脑得到一些错误的“矫正”线索，就会产生各种错觉。
图1第二幅图是大小错觉。在生活中我们都有这样的体验，月亮在地平线时比在天顶时看起来要大，但实际上它们是一样大的。由于从充斥各种建筑物的地平线角度观察月亮，与从毫无视觉障碍的天顶观察月亮相比，大脑会错误地以为月亮在天顶离我们更近。因而就根据同样大小的物体“近大远小”的原则，产生“知觉上离我们较远的月亮要更大一些”的错觉。
视错觉现象有很多种类。我们再来看看下面几种错觉的例子。
认真观察图3中的三幅图。你会发现第一幅图一会儿看起来像两个人脸，一会儿看起来又像一个花瓶；第二幅图看起来既像鸭子也像兔子；第三幅图的正方体也会在两种形态间不断变化，同一个立方体有时知觉为向上，有时知觉为向下。每个图形都可以有两种解释，并且我们的知觉会在两种解释间来回变换。这样的图形我们称为两可图形。由于知觉的主要目的是获得对外部世界的准确认知，而对两可图形解释的不确定性就形成了不同的知觉。
A B C
图3 两可图形
A：花瓶还是人脸？ B：鸭子还是兔子？ C：向上还是向下？
关于这些错觉形成的原因虽然目前没有固定的说法，不过我们可以用格式塔心理学（Gestalt psychology）的观点来理解。格式塔心理学主张心理现象只有被看成是有组织和结构的整体而不是分解成原始的知觉单元时才可以理解。即整体大于部分之和。比如在第二幅图中，我们的知觉在鸭子或兔子间转换时，是将整个图形进行了转换，而不是仅仅根据部分信息。另外，我们也可以用格式塔理论来解释错觉轮廓现象。如图4所示的卡妮莎（Kanizsa）三角形。在图中，我们会看到有一个实际并不存在的白色三角形覆盖在一个黑边的三角形上。这是因为大脑会倾向于将单一的元素组成熟悉的简单的图形，以整体的形式进行知觉。格式塔理论为知觉组织提供了一些原则，有助于我们理解人们是如何将感觉信息进行整合而形成连续的知觉过程。
图4 卡妮莎三角形
图5展示了另一种认知错觉的形式。第一幅图中的三条线段长度是相等的；第二幅图中的斜线都是平行的；第三幅图中两个棕黄色的圆的大小是完全一样的。是不是与你的知觉很不一样？这种错觉叫几何光学错觉，指的是视觉上的大小、长度、面积、方向、角度的几何特征与实际测量的数据有明显的差别的视错觉现象。
图5 几种常见的几何光学错觉。
A：缪勒-莱尔（Müller-Lyer）错觉，三条线段哪一条比较长？B：松奈（Zöllner）错觉，那些斜线是平行的吗？C：艾宾浩斯（Ebbinghaus）错觉，中间两个棕黄色的小圆，哪个更大？
还有一种常见的认知错觉叫悖论错觉。当我们看到是矛盾的或者不可能的图形时，就产生了悖论错觉。图6是几种常见的悖论错觉，这些图形违反了我们的认知经验，在现实中是不可能存在的。
图6 几种常见的悖论错觉
A：不可能的楼梯，究竟是向上走还是向下走？B：潘洛斯（Penrose）三角形。
我们的运动知觉也会形成错觉。比如当我们处在运动的交通工具中时，我们会将周围静止的物体看成是在运动的。我们往往会觉得看上去大的物体（如飞机）比小的物体（如汽车）运动的速度快，即使实际情况正好相反。似动现象是另一种形式的运动错觉。似动的最简单形式是Ф现象（Phi phenomenon）。当视野不同位置的两个光点以每秒4～5次的频率交替出现时，我们会感觉好像有一个光点在两个位置间来回移动。这种现象经常被应用到室外的广告牌设计中。
以上所说的各种错觉可以被归为认知错觉。也就是说，视觉信息的初级加工阶段并没有改变，只是我们的认知受到经验、参照物等的影响，产生了偏差，形成了错误的知觉。但还有另一类错觉发生在视觉的初级加工阶段。由于视觉刺激的重复或者快速出现导致神经元出现适应、抑制等现象以至于我们看到的图形与真实图形存在差异。
你可以试着注视图7的中心至少30秒，然后立刻盯着一张白纸或一面白色墙壁。这时你会看到一面美国国旗。你看到的图像就是视觉后效引起的错觉。为了理解后效形成的原因，我们需要了解颜色的属性。
图7 颜色的视觉后效
所有的颜色体验都可以从三个维度来描述：色调、饱和度及明度。其中色调是表示光线颜色的心理体验，直接对应光线波长这一物理维度。饱和度描述的是颜色的纯度。明度是对光的强度的描述。白色的明度最大，黑色的明度最小。由于白光是由不同波长的色光组成的，任何两种混合后能产生白光的色光称为互补色。我们的视网膜上有不同颜色的光感受器负责接收不同的色光。视觉后效的产生是因为当我们长时间注视某种颜色之后，视网膜上该颜色的光感受器细胞会产生疲劳，这时再看白色表面，这部分细胞暂时无法作用，而未受刺激的另一部分细胞开始活动，因此我们就会看到原来颜色的互补色。
视觉后效不仅在观察颜色时发生，也会发生在对角度、运动方向等属性的观察上。一般来说，当我们注视某种属性很长时间后，由于神经元的适应作用，我们都会有将物体感知为该属性的相反方向的倾向。
另一种常见的生理错觉现象是图8所示的马赫带（Mach bands）和赫曼方格（Hermann grid illusion）。当我们观察马赫带两个亮度不同的区域时，边界处的对比度明显加强，使轮廓更加明显。而赫曼方格中我们会感觉有一些灰色的点在每个十字路口的交点闪烁，但仔细看时这些灰点又消失了。我们可以用侧抑制来解释马赫带和赫曼方格。侧抑制是指相邻神经元之间的彼此抑制作用。在马赫带的明暗交界处，暗区的边界受到亮区一侧的抑制大于暗区的抑制，因此显得更暗；而亮区的边界受到暗区一侧的抑制小于亮区一侧的抑制，因此显得更亮。
图8：马赫带（A）和赫曼方格（B）
另一种生理错觉是视觉暂留现象。人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称为“后像”，视觉的这一现象则称为“视觉暂留”。视觉暂留现象被应用到电影、动画的放映中。动画的制作就是将许多静止的逐渐变化的图片以每秒钟24格的速度连续呈现，造成画面活动的错觉。
错觉经常被应用到日常生活中。例如，在室内装修中，错觉就有下面这些常见的应用。
矮中见高
在居室装修中，其中一部分装吊灯，另一部分不装吊灯，那么没有吊灯的部分就会显得“高”了。
虚中见实
商家在商店的墙壁上安装镜子，由于镜面的反射，使整个店面看起来好像大了很多。镜面中虚的空间在视觉上却是实的空间。
冷调降温
夏天，把窗帘、桌布的颜色换成冷色，会让房间看起来凉快不少。同样，在冬天，使用暖色的装饰物可以增加暖和感。
曲中见直
一些建筑的天花板往往并不是平的，当弯曲度不是很大的情况时，可以通过处理四条边附近的平直角，造成视觉上的整体平整感。
另外，我们还可以在宽阔的路面漆上箭头的图案，司机就会误以为路面变窄，判断车距时也往往会感觉自己离前车很近，因而放慢车速小心驾驶，减少了车祸发生的可能。稍胖的人在选择衣服时应尽量选择竖条而不是横条的服装，以显得苗条。这些都是巧妙地利用错觉来改变人们的知觉的事例。
各种错觉现象虽然奇怪，但并不神秘。研究错觉形成的原因有助于揭示人们知觉的客观规律。一方面可以消除错觉带来的不利影响，另一方面也可以利用错觉为人们服务。当你读到这里，不妨放下书本望向窗外，想想这个世界本来的样子和你感知到的样子究竟有没有不一样。
作者：
余聪，北京大学心理系教授暨北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员
谢鑫宇，北京大学-清华大学生命科学联合中心视觉方向博士生
