Восприятие пространства: монокулярное и бинокулярное зрение

Шиффман X, Ощущение и восприятие. СПб.: Питер, 2003

То, что визуальный мир обычно воспринимается нами как опреде­ленным образом организованный и стабилизированный в трехмерном пространстве, — результат эволюционного развития зрительной системы. Однако понимание того, как именно происходит восприятие трехмерно­го пространства, представляет серьезную проблему. Как вообще можно почувствовать трехмерность пространства, если и сама сетчатка, и спро­ецированные на нее изображения — преимущественно двухмерные по­верхности? Как зрительная система «достраивает», или выявляет, третье измерение? Частично ответ на этот вопрос дает сам характер стимуляции сетчатки. Например, мы видим, что одни поверхности более яркие, чем другие; проекции разных объектов занимают разные по величине участ­ки наших сетчаток и видны по-разному — некоторые объекты видны полностью, а некоторые — лишь частично, потому что заслонены други­ми объектами. Ретинальное изображение несет в себе информацию, или признаки, позволяющую нам воспринимать трехмерное пространство. Некоторые из этих признаков воспринимаются одним глазом, а для вос­приятия других требуется совместная работа обоих глаз. <...>

Монокулярные пространственные признаки

Пространственные признаки, которые могут восприниматься не только двумя, но и одним глазом, называются монокулярными призна­ками. Большинство монокулярных пространственных признаков статичны (т.е. это те признаки пространства, которые воспринимаются при ус­ловии, что и наблюдатель, и находящиеся в поле его зрения объекты неподвижны), но есть и такие признаки, которые проявляются только тогда, когда либо есть движение (наблюдателя, окружающих предметов или того и другого), либо тогда, когда изменяется характер движения глазных, или окуломоторных, мышц. Восприятие неподвижных сцен, фотографий и иллюстраций, так же как и восприятие произведений живописи и графики, основано на статичных монокулярных признаках, которые называются тшкторалъными, или картинными, признаками и передают глубину и расстояние изобразительными средствами, т.е. созда­ют иллюзию объема на такой двухмерной поверхности, какой является, например, фотография.

Интерпозиция(частичное загораживание)

Интерпозицией, или частичным загораживанием, называется не­полная маскировка, или перекрывание, одного объекта другим. Если один объект частично закрыт другим, наблюдателю кажется, что тот объект, который виден целиком, находится на более близком расстоянии. … Интерпозиция дает больше информации об относительной удаленности, когда речь идет о зна­комых объектах. В качестве статического пикторального признака она очень эффективна, но с ее помощью можно составить представление толь­ко об относительной глубине. Интерпозиция свидетельствует не об абсо­лютной глубине или удаленности объектов, а лишь об их относительной удаленности от наблюдателя.

Воздушная перспектива

Как правило, рассматривая какой-либо пейзаж, мы менее четко ви­дим те предметы, которые удалены от нас, чем те, которые находятся по­близости. Этот монокулярный источник информации, называемый воз­душной перспективой, является следствием влияния на свет мельчайших частиц, содержащихся в атмосфере. Свет, проходя через атмосферу, содержащую взвешенные твердые частицы, пары воды и прочие приме­си, рассеивается, что приводит к уменьшению четкости деталей и свети­мости ретинальных изображений объектов. Поскольку свет, который отражается от более удаленных предметов, проходит более длинный путь в атмосфере, нежели свет, который отражается от предметов, располо­женных ближе к наблюдателю, более удаленные предметы воспринима­ются менее четко, и чем дальше от наблюдателя они находятся, тем силь­нее проявляется этот эффект «дымки». Воздушная перспектива может служить признаком удаленности или глубины, и прежде всего в тех слу­чаях, когда речь идет об очень удаленных предметах.

Благодаря воздушной перспективе удаленные предметы меньше контрастируют с фоном, чем предметы, расположенные поблизости. [Име­ются] экспериментальные данные, из которых следует, что стимулы, рез­ко не контрастирующие с фоном, как правило, кажутся расположенными дальше, чем стимулы, контраст которых с фоном выражен более четко. Следовательно, кажущийся контраст является источником пространствен­ной информации, А это значит, что поддающаяся оценке информация о кажущейся глубине и удаленности, которую можно получить с помощью воздушной перспективы, определяется уменьшением контрастности в ре­зультате увеличения расстояния, с которого ведется наблюдение. Теперь понятно, почему в ясную погоду такие крупномасштабные объекты, как здания или горы, кажутся менее удаленными, чем в пасмурный день.

Затененность и светимость

Как правило, наибольшей светимостью обладает та поверхность, которая ближе к источнику света. По мере удаления от источника света светимость поверхностей уменьшается и возрастает их затененность. Че­редование света и тени также способствует восприятию глубины отгра­ниченных поверхностей.

…

К трем годам дети уже привыкают к тому, что свет падает сверху, и на основании освещенности умеют отличать выпуклости от вогнутостей (т.е. возвышения от углублений). Более того, цыплята, подобно лю­дям, реагируют на раздражители так, как будто они освещены светом, падающим сверху, и эта реакция позволяет предположить, что если их способность интерпретировать затененность и светимость как простран­ственный признак не является врожденной, то уж во всяком случае раз­вивается на очень ранних стадиях филогенеза.

Искусство Вермеера — пример мастерского использования светоте­ни для создания эффекта глубины на плоской поверхности.

Затененность и форма. Правильная интерпретация наблюдаемой затененности и светимости поверхности может также явиться источни­ком информации о форме объектов¹. Как правило, если трехмерный объект освещен светом от единственного источника, взаимное располо­жение затененных и освещенных участков подчиняется определенным общим закономерностям. Поскольку те поверхности, которые располо­жены ближе к источнику света, оказываются наиболее освещенными, форма объекта влияет на чередование освещенных и затененных участ­ков. В результате этого поверхности, обращенные к источнику света, ка­жутся светлее, а противоположные им — темнее.

Кроме того, характер распределения света и тени на объекте способ­ствует восприятию свойств его поверхности. Так, постепенный переход от света к тени может быть признаком ее искривления, а внезапный, резкий переход от света к тени — свидетельством таких изменений, как острый край или угол. Затененность является основным источником простран­ственной информации. Возможно, следует согласиться с Клеффнером и Рамачандраном, которые полагают, что есть специальные нейроны, «выч­леняющие» из затененности информацию о форме.

Элевация

Как правило, линия горизонта располагается в поле зрения выше (по вертикали), чем передний план. Соответственно если в поле зрения наблюдателя на разной высоте находятся два объекта и ему кажется, что они оба лежат ниже линии горизонта, то более удаленным ему будет казаться тот объект, который располагается выше. Элевация (иногда так­же называемая высотой расположения в поле зрения) может играть оп­ределенную роль в восприятии как относительной, так и абсолютной удаленности. Она также выступает и в качестве пространственного при­знака, когда речь идет о восприятии плоскостных изображений, создате­ли которых стремились передать эффект глубины.

Линейная перспектива

Восприятие глубины на основании плоскостного изображения в значительной мере облегчается за счет использования линейной перспективы (нередко называемой просто перспективой). Линейная перс­пектива предполагает планомерное уменьшение величины удаленных предметов и расстояний между ними. Изображение объемной сцены пре­терпевает такое же превращение, как и при проецировании на сетчатку.

Типичный пример линейной перспективы — железнодорожные. Хотя рельсы параллельны, кажется, что вдали они сходятся в не­кой точке, которая называется точкой схода.

История линейной перспективы как приема, используемого в изоб­разительном искусстве, противоречива. В настоящее время общеприз­нано, что создателем теории линейной перспективы был живший в XV в. итальянский скульптор и архитектор Брунеллески, а его последователь Альберти придал ей формальную завершенность.

Градиент текстуры

Многим естественным (покрытым травой или деревьями) и искус­ственным (дорогам, полам, тканям) поверхностям свойственна определен­ной формы микроструктура, обычно воспринимаемая как зернистость, или текстура. Согласно представлениям Гибсона, плотность подобных текстур изменяется непрерывно, т.е. поверхностям присущ определенный градиент текстуры, который в зависимости от физического взаиморас­положения этих объектов и поверхностей определяет структуру отража­емого ими оптического потока. Иначе говоря, когда мы смотрим на ка­кую-либо текстурированную поверхность, по мере ее удаления от нас ее текстура начинает казаться более тонкой, а образующие ее элементы — относительно мелкими и теснее примыкающими друг к другу, или более уплотненными. Точно так же, как и в случае с линейной перспективой, кажущаяся величина элементов и промежутков между ними с увеличе­нием расстояния уменьшается. В соответствии с этим восприятие такой текстурированной поверхности, как природный ландшафт, дает возмож­ность достаточно надежно оценить удаленность.

…

На основании информации о текстуре таких плоских поверхностей, как на фотографиях, можно также судить о глубине и удаленности.

Градиент, или постепенное изменение величины, формы или пространственного распо­ложения элементов, образующих паттерн текстуры, дает нам информа­цию об удаленности.

…

Градиент текстуры наряду с интерпозицией и линейной перспекти­вой может быть полезен при оценке кажущихся размеров объектов. Найссер отмечает, что увеличение плотности текстуры ретинального изобра­жения, соответствующее увеличению расстояния от наблюдателя до объектов, дает «шкалу» для оценки величины последних. В идеальном случае, когда все элементы текстуры идентичны, физически одинаковые объекты, загораживающие или покрывающие одинаковое число текстур­ных единиц, воспринимаются как равновеликие, хотя их ретинальные изображения отличаются по величине вследствие разной удален­ности от наблюдателя.

Относительный размер

Признак удаленности, называемый относительным размером, при­меним в тех случаях, когда две похожие или идентичные формы разной величины рассматриваются одновременно или непосредственно одна за другой. В таких ситуациях больший по величине объект кажется распо­ложенным ближе к наблюдателю.

Чтобы правильно интерпретировать этот признак удаленности, не требуется ни специального научения, ни опыта общения с объектами. Скорее можно сказать, что в некоторых ситуациях изображения объек­тов одинаковой формы, но разного размера, — вполне достаточные сти­мулы для того, чтобы возникло ощущение глубины.