奥秘#20　糊弄自己看见3D

仅仅是看，你将如何识别物体的三维形状？初看，靠的是阴影。

观察阴影，是我们用来判断物体形状诸多技巧中的一个。作为一个花招，它很容易糊弄人——阴影本身，对于大脑来说就代表着真正的影子。这种错觉是如此根深蒂固和影响深远，以至于我们在照片里都能感受到深度，虽然知道那不过是一张平面图像而已。

练习

看看图2-7里的阴影圆。这幅图，参考了克莱夫纳（Kleffner）与拉马钱德兰（Ramachandran）的论文《从阴影感知形状》（On the Perception of Shape from Shading）中的配图。[1]

图2-7：带有阴影的图形给人三维空间的错觉

这是我自己绘制的示意图，没什么特别，不过是中度灰色背景加上一系列圆。所有圆都填满了白与黑的渐变色，有的白色在顶部，有的白色则在底部。尽管示意图较为简单，但已经有一种深度感觉了。

阴影使得白顶的圆似乎从书中凸了出来，就像一块隆起；而白底的圆像是凹了进去，甚至像一个洞。

为了感受到这里的深度感觉有多强烈，不妨将这些阴影圆和图2-8中更简单的图形做对比。当然，图2-8也参考了克莱夫纳和拉马钱德兰的论文。

图2-8：黑白分明的“阴影”没有深度之感

唯一的差别是，图2-8中的圆不是以阴影的方式绘制的，而是分成纯黑和纯白各一半。这样处理之后，深度感觉荡然无存。

原理

为了对视觉场景的形状快速形成第一印象，大脑在视觉处理初期阶段就会进行阴影识别。我们之所以判断它在初期阶段，是因为大脑用来处理光源模糊性的机制，还挺简陋的。

模糊性一直存在。举个例子，请看图2-7里白顶的圆。根据你所想象的光源位置不同，它会呈现出两种不一样的形状。如果光源在上方，那你会推测这是一块凸起，因为下面是黑色，有阴影存在。相反，如果光源在下方，那你会推测这是一个凹区。同一个场景，是凸起还是凹区，取决于光源的位置。

示意图中没有光源存在，你也无法从灰色的背景里推测出光源的位置。照道理说，白顶的圆应该有时是凸起，有时是凹区，应该是模糊不定的。

神奇的是，人们会认为白顶的圆是凸起，而非凹区。尽管两种可能性都存在，但大脑为了避免迷惑，已经帮我们做了选择：光源位于上方。[2]

假设光源位于上方，那可以说通，因为太阳通常位于头顶上方。我们为什么说该机制简陋呢？

尽管光源假设听上去不错，但实际上，它并非特别可靠。请再看向图2-7。这次请把书靠在一面墙上，弯下腰，上下颠倒来看。你会发现，凸起变成了凹区，凹区变成了凸起。实际上，你的大脑并非假设光源来自天空上方，而是来自你的视野上方。

相比花时间搞清楚你的脑袋究竟朝着什么方向，然后推测太阳应该在哪，你的大脑已经选择了“足够好”的解决办法。这个解决办法在大多数情况下都管用。当然，当你头朝下时，那就另当别论。这还意味着，光源位置可能已被编码进形状感知的惯例之中，从而对视觉场景进行快速处理。

正是这种快速，使“从阴影推测形状”这件事得以发生在视觉处理的初期阶段。建立三维场景非常重要，而不是照片式的平面图。不过在这里，带有阴影的图形被错误地贴上三维的标签，并呈现出强烈的深度感觉。

带有阴影的圆，会给人一种“跳出”的感受，就好像圆从背景里跳了出来。和相似的物体相比，这种圆会更容易被注意到。克莱夫纳和拉马钱德兰在同一篇论文中阐释了这种特性。他们测量人们在满满一页呈现凹区状的阴影圆中，找到唯一一个凸起状阴影圆的时间。结果是，无论用多少个凹区状的阴影圆来隐藏凸起状阴影圆，由于跳出效应，凸起状阴影圆都会被立刻看见。

如果是在满满一页的凸起状阴影圆中找到凹区状阴影圆，且该页侧放，那么发现凹区状阴影圆则需要花费更久时间。我们再做一次实验，请看图2-7。这次请把书侧着放，你会发现深度感觉大大减弱，因为光源来自视野上方的假设帮不到任何一种图形。哪种是凸起，哪种是凹区，这次的判断会更加随机。事实上，时间显示，这次不再那么迅速。而且页面中圆形越多，所需时间越久。

跳出效应使得物体更容易被发现，这种影响如此之大，以至于一些动物会改变它们的颜色来避免被捕食者发现。一只羚羊站在太阳下，就和阴影圆形一样，其背部亮而腹部暗。羚羊本身就是背部呈暗色，而腹部呈白色。这叫作“反阴影”，这种模式使动物身上的阴影变得均匀，减弱跳出效应的影响，从而让其在背景中淡去。

现实生活

考虑到跳出效应如此强大，毫不意外，我们在现实生活中经常借助阴影技巧，来制造该效应。

电脑桌面上的3D图标便是其中一例。我没有见过专门的实验，不过苏珊·凯尔（Susan Kare）所开发的Windows 3.0图标倒是由此可见一斑。

关于阴影技巧，我最喜欢的例子是斯图尔特·安斯提斯（Stuart Anstis）关于该效应在时装界的应用的演讲。安斯提斯指出，牛仔裤前面褪成白色，这相当于人工给双腿两侧制造出阴影效果，让它们显得更圆，样子更好看（见图2-9）。长筒女袜也是如此，不管你从什么角度看，都会发现两侧显得更暗一些。

图2-9：带阴影的牛仔裤让双腿更有型

在安斯提斯所举的例子中，最精彩的部分，是化妆对脸部轮廓的影响。用他的话讲，化妆就相当于“上阴影”。图2-10是化妆和素颜的对比，阴影的使用让颊骨更为分明、脸部线条更加清晰。

图2-10：一半化妆，一半素颜，很明显的阴影区别

[1] Kleffner，D.A.，&Ramachandran，V.S.(1992).On the perception of shape from shading.Perception and Psychophysics，52(1)，18–36.

[2] 实际上，更为深入的研究发现，大脑默认的光源位置，不是在视野正上方，而是在左上方。论文中所描述的实验涉及更多复杂的阴影图形，而不再只是圆形，并测试人们在第一眼看时，图形是跳出来，还是凹进去。经过一系列实验，大脑默认的光源位置可以推导而出。不幸的是，为什么这个位置是左上方还不得而知。更多内容参见Mamassian，P.，Jentzsch，I.，Bacon，B.A.，&Schweinberger，S.R.(2003).Neural correlates of shape from shading.NeuroReport，14(7)，971–975.