基于最新视觉理论对月亮错觉现象的解释(上)

1、基于最新视觉理论对月亮错觉现象的解释(上)【摘要】：地平线上的月亮和太阳看起来总是比头顶天空中的月亮和太阳大一些，这种现象被称之为月亮错觉。我们观察地平线尽头天空时，视觉上会认为空间是按地面或地面平行线方向延伸到远处，而仰望头顶天空时那么认为空间是按以眼为中心的视线方向延伸到远处。观察地平线尽头附近天空和太阳时，类似于视线与地面成一定角度观察公路远近路面的情况：视线以一定角度观察路面时，路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较小，因此地平线尽头附近的太阳看起来就会相对较大；我们观察头顶天空和太阳时，类似于视线与路面方向重合时观察公路远近路面的情况：视线与路面方向重合时看到的路面视觉宽度随视距增加而

2、变窄的程度较大，因此，头顶天空中太阳看起来就相对显得较校不同视线角度看到的路面视觉宽度随视距增加而变窄程度，可以通过最新视觉理论计算出来，计算结果说明：视线/路面成一定角度时看到的远处路面视觉宽度，是视线/路面同一个方向时看到的远处路面视觉宽度的1.51.7倍左右，这和实验测得的月亮错觉差率根本上是一样的。关键词：月亮错觉；两小儿辩日；铁轨错觉；视间隔 理论；视觉计算abstrat:thenandsunappearslargernearthehriznthanitdeshilehigherupinthesky,itisallednillusin.henebservedtheskynearthe

3、hrizn,ethinkthatthevisualspaeextendtthedistanealngthediretinfthegrundrthegrundparallellines;yetelkingupattheskyverhead,ethinkthatthevisualspaeextendfreyetthedistanealngthelinefsightextensin.ebservedskyandsunnearthehrizn,itsiilarthatbservedtheradsurfaeinseperspetive:henebservedtheradsurfaeinseperspet

4、ive,thevisualidthftheradnarringsalleriththeinreaseindistane,sthenandsunappearslargernearthehrizn.henebservedthesunhighinsky,itissiilarthatbservedtheradsurfaehentheattentinfdiretininidesiththediretinftherad:henthesighthavethesaediretiniththerad,thevisualidthftheradnarringlargeriththeinreaseindistane,

5、sthesunandthenhighinskyappearssaller.keyrds:nillusin;pnzillusin;apparentdistanethery;visualputing1引言地平线上的月亮和太阳看起来总是比头顶天空中的月亮和太阳大一些，这种现象被称之为月亮错觉illusin。地平线附近的彩虹、星座等看起来也会比头顶天空的彩虹、星座等大一些，因此，也有人将月亮错觉现象叫天体错觉1。公元前七世纪前，古中国和古希腊就有过关于月亮错觉的记载2，比方?列子?中“两小儿辩日的故事。2000多年来，历史上出现过各种关于月亮错觉现象产生原因的解释，却始终没有形成一个普遍被成认的统一观

6、点。产生月亮错觉现象的原因，可以肯定地说，不是黄昏和中午阳光投射到大气层外表的面积大小不同引起的。假设黄昏地平线上太阳看起来比较大的原因是由于黄昏阳光斜射大气层外表而具有较大的照射面积所引起，黄昏地平线上太阳应该比中午头顶天空太阳具有更大的视角。可实际测量的结果说明，黄昏地平线附近太阳投射到眼里的视网膜小像和中午头顶天空中太阳投射到眼里的视网膜小像根本上是相等的，黄昏地平线上太阳的视觉直径却是头顶天空中太阳视觉直径的1.52倍左右3。下表是作者和一些朋友于99年7月份测得的早午晚天空中太阳视角表1，以及太阳视觉直径大小的评估表2。表中可以看出，早午晚太阳视角根本上是一样大的，均为3436左右，

7、早晚太阳视觉直径和黄昏太阳视觉直径之比在1.61.8倍之间。测量方法：在一把2长木尺上的0刻度点，固定一个直径11的圆环，单眼沿着木尺方向透过圆环观察不同位置的太阳。挪动环眼之间间隔 ，使得眼看到的太阳外径圆周刚好和圆环内径圆周相吻合，此时记录下环眼之间的间隔 ，我们就可以根据圆环直径和环眼间距计算出不同位置的太阳视角大校测量和计算结果说明：天空各个位置的太阳所成视角根本上是一样的，均为35左右。评估方法：准备各种直径的圆环，圆环直径分别从545每间隔2一个圆环，共20个圆环备用。然后测试者分别观察中午12：00的太阳和黄昏19：00的太阳注意观察太阳时佩戴深色眼镜，并用双手放在眼前30间隔

8、左右的地方，比量出感觉印象中太阳直径面积大校然后，另一个人在准备好的圆环中试探找出和双手直径接近的圆环，这样，就可以测得每个观察者印象中中午和黄昏太阳知觉直径大校目前较为流行的关于月亮错觉现象产生原因的解释，是一种叫做视间隔 理论apparentdistanethery的观点4。由于早晚太阳视角大小是固定不变的，黄昏地平线上太阳看起来比较大的原因，就被认为是黄昏地平线上太阳放到了更远处理解，而中午头顶天空中太阳被放到了较近处理解的结果。至于为什么地平线附近太阳为什么会被理解得更远一些，中午头顶天空中太阳会被理解得更近一些的原因，那么被认为是通过动眼神经调节的结果：观察地平线附近天空的时候，地面

9、上的树木建筑等物体存在或穹顶的天空形状会诱发动眼神经调节产生更远的视觉间隔 感。外表上看，视间隔 理论是无可辩驳的，因为几乎没有人会疑心太阳视觉直径大小的形成，是特定大小的太阳视角空间被放远到一定间隔 上理解的结果。可事实上，星星和太阳的视觉直径，并不是由星星和太阳视角和视距计算出来的。夜空里星星看起来镶嵌在天边上，星星的视觉间隔 和天空的视觉间隔 是一样的，天空在视觉中至少有2000以上的间隔 ，小颗星星的视角差不多为视网膜最低分辨率视角601左右。假设星星视觉直径是星星视角被放到一定间隔 上理解的结果，星星的视觉直径就应该为220001/36060=0.5815=581，很明显，夜空里星星

10、的视觉直径绝对不会超过0.5大小，五人以上的观察结果说明，夜空里的星星视觉直径大约在510左右。同样，太阳视觉直径、视角和视觉间隔 之间，也不存在几何上的函数对应关系。太阳的视角为36左右，黄昏地平线附近太阳看起来至少有150以上间隔 ，按照太阳视觉间隔 和太阳视角计算出来的太阳视觉直径大小应该为215036/36060=1.57，而表2调查的结果说明，地平线上太阳视觉直径最多不超过50100大校假设一个人视觉中地平线上太阳直径为40，那么根据边角关系计算出来的太阳视觉间隔 为25左右，25仅仅相当于一栋6个单元的楼房长度的一半，任何人的视觉经历中，黄昏地平线上的太阳看起来也会比25间隔 大许

11、多。动眼神经对眼肌的调节才能会因为仰视天空和平视地平线附近天空而有所不同吗？不管仰视天空还是平视天空，视觉上都会以尽可能调节到看得更远为原那么，而动眼神经的最大生理调节才能在仰视头顶天空和平视地平线尽头天空时应该是一样的。我们还可以想象出很多种引起月亮错觉现象的原因，比方太阳明暗度不同的原因；地面上树木建筑等远处参照物存在的原因；铁轨错觉的原因；地面遮挡导致的地平线附近天空背景不够开阔的原因等，或许这些解释都是部分正确的，可对于上述每一种解释，我们都可以找出这些解释原因之外的情况下仍具有月亮错觉现象的视觉案例。人们无法完全提醒月亮错觉现象的原因，是因为人们对物体视觉大小形成的原因还没有完全搞清

12、楚：空间视觉大小的获得存在着一种更普遍的计算机制，这种普遍性的视觉计算机制可以在不同视场情况下产生各种错觉，月亮错觉现象也是在不同环境背景下，利用这种普遍的视觉计算机制计算的结果。下面我们就以最新的视觉计算理论为根底，尝试给出月亮错觉现象的全新解释。这些解释内容包括以下几个部分：2.1简述2.2物体视觉大小获得的普遍规律2.3不同视线角度直尺远近端相对视觉宽度计算2.4物体知觉间隔 的获得方式和计算方法2.5天空视觉间隔 的获得方式和计算方法2.6物体知觉大小的恒常性和铁轨错觉2月亮错觉现象的最新解释2.1简述经过最新的视觉理论分析和多方面求证结果说明，现实世界的各种视觉现象中，最接近月亮错觉

13、现象的例子是视线以不同角度观察公路路面的情况：视线与路面处于同一个视线平面上时，路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较大，远处路面视觉宽度相对眼前路面视觉宽度就会显得较小，这与观察头顶天空太阳的情况类似；视线方向与路面成一定角度时，路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较小，远处路面相对脚下路面视觉宽度就会显得较大，这与观察地平线附近天空和太阳的情况类似。我们观察地平线尽头附近天空和地平线上的太阳时，视野中心在看到地平线尽头附近天空和太阳的同时，下半侧视野也观察到由近及远地平面的情况，我们视觉上会认为由近及远的空间是按照地面或地面平行线方向延伸的，因此，观察地平线尽头附近天空和太阳时，类似于视线与地

14、面成一定角度观察公路远近路面的情况：视线以一定角度观察路面时，路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较小，因此地平线尽头附近的太阳看起来就会相对较大；而仰望头顶天空时，以视轴为中心的周边视野空间是对称分布的，看不到一个由近及远延伸到天边的地面存在，这样，仰望天空时，视觉上会认为由近及远的空间，是按照以眼为中心的视线方向延伸到远处的，因此，我们观察头顶天空和天空中太阳时，类似于视线与路面方向重合时观察公路远近路面的情况，视线与路面方向重合时看到的路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较大，因此，头顶天空中太阳看起来就会显得较校下面是作者和一些朋友共5人，在不同视线角度情况下观察到的200远公路尽头一个小

15、房子的视觉效果图。图1为眼贴在地面上视线方向与路面方向重合时观察到的路面及200外小房子的视觉效果图，图2是人直立着视线与路面成一定角度时观察到的路面及200外小房子视觉效果图。图1显示出视线与路面方向重合时，路面视觉宽度随视距增加而变小的程度较大，200外的小房子看起来也相对较小，房子的间隔 看起来也显得较近。图2显示出视线与路面成一定角度时，路面视觉宽度随视距增加而变窄的程度较小，200处小房子看起来也就相对较大，房子的视觉间隔 较远。5人观察的结果说明，图1和图2的视觉效果符合每个人的观察结果。我们也可以用一把长30、宽6的直尺，仿效不同视线角度观察公路路面的视觉效果：a、让我们保持直尺

16、近端与眼的间隔 10左右，然后调节手中直尺的方向使得直尺平面方向与视线方向重合，此时观察者会发现视线与直尺方向重合时，直尺远端视觉宽度看起图1眼贴在地面上看到的200远路面尽头的房子和路面视觉效果图图2直立时视线/地面成一定角度看到的200远路面尽头房子和路面视觉效果图来比直尺近端视觉宽度小许多，直尺视觉长度也会显得较短；b、我们仍保持直尺近端与眼的间隔 为10左右，然后调节手中直尺方向，使得直尺平面方向与视线方向成一定角度，当视线方向与直尺方向成一定角度时，直尺远端视宽度和直尺近端视觉宽度看起来差不多一样大小，直尺视觉长度也会显得较长。可见，我们以一定视线角度观察直尺时，直尺远端视觉宽度相对近端视觉宽度变窄的程度，要比视线与直尺方向重合时直尺远近端相对视觉宽度变窄的程度小很多。由于a和b种视觉情况下，直尺近端与眼的间隔 是一样的，a和b种视觉情况下的直尺近端视觉宽度也是完全相等的。可是，a种视觉情况下直尺远端视觉宽度较近端视觉宽度缩小的程度，却比b种情况下直尺远端视觉宽度较近端视觉宽度缩小的程度大许多，这说明，视线与直尺方向重合时直尺远端视