视错觉经典：追逐丁香

Tim — Mon, 11 Jan 2010 04:59:27 +0000

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看到丁香二字，就会不由自主地哼起三、四年前极为流行的那首《丁香花》——“你说你最爱丁香花，因为你的名字就是它；多么忧郁的花，多愁善感的人啊……”那么，今天就让唐磊动听的歌声和漫山遍野的丁香花伴着我们进入老友记中国站与嘻来嚷往合作栏目视错觉经典的新文章《追逐丁香》吧。

丁香花/Lilac (via Michelle Kroll)

观察在先

由Jeremy Hinton于2005年前的某个时候发明创作的追逐丁香视错觉（Lilac Chaser Illusion），又名吃豆子视错觉（Pac-Man Illusion，来源于红白机上著名的吃豆子游戏），是一副融合了数个视觉效应的经典视错觉作品。

左侧是追逐丁香视错觉的原版动画，它由12帧静止画面组成，每两帧之间的时间间隔大约为0.1秒，每一帧画面中心黑色十字的周围都环绕着11个品红色原点（品红正是丁香花最普遍的颜色，所以该视错觉被命名为“追逐丁香”）。细心的读者应该已经发现，周围原点总数应该为12个，但是每一帧都缺失1个原点，并且缺失的这1个原点的位置在每一帧中的位置是按顺时针排列的。

下面请您保持目光凝视右图中央的黑色十字，但是将思维的注意力集中在周围的丁香圆环上，如果您做得够好，在接下来约20秒或者更长的时间内，您将依次观察到下列三个现象：

一个与背景颜色相同颜色的空缺圆点在丁香圆环上顺时针依次出现；
这个空缺的圆点变成了一个绿色的圆点在丁香环上顺时针旋转；
外围品红色圆点慢慢消失，不久之后整个图像中只剩下中央的黑色十字、灰色的背景和一个独自旋转的绿色圆点。

动手在后

追逐丁香（Lilac Chaser）这个名字起的其实蛮有意思的，越想得到的，越容易消失在我们的视线之中，追逐其实只是徒劳。

读者们不禁要问：“那么是不是只有丁香色的外围原点才能产生这个视错觉效果呢？请读者试着自己调节下面这个互动Flash动画中缺失圆点的旋转速度、外周圆点颜色的饱和度、外周圆点的颜色和背景颜色，答案一目了然。使用“Colour±”按钮可以比较方便地在常见颜色间切换。

原文此处为一段交互式Flash动画，RSS阅读器中无法观看的读者请点击这里跳转至网站查看。

您会惊奇地发现，除了把背景和外围圆点设为相同颜色的情况，任何色彩搭配下都能观察到追逐丁香视错觉的发生，只不过最后那个独自旋转圆点的颜色似乎不总是绿色，它的颜色与您选择的外围圆点的颜色有关。

学术解释

追逐丁香视错觉是“补色视觉残留”现象的加强版，原作者Jeremy Hinton写道：“本视错觉是负视觉残影（negative after-effects）、β运动（beta movement）、特克斯勒消逝（Troxler's fading）三个视觉现象共同作用的结果。”

补色以及负视觉残影

如果您已经动手调节过上面那幅互动Flash，并观察了选择不同外围圆点颜色最后的视错觉效果，您会发现选择品红最后看到的圆点是绿色的，选择绿色则会看到品红；选择蓝色最后看到黄色，选择黄色最后将看到蓝色……为什么每一对颜色的视错觉效果总是成对出现，品红绝不会变成黄色，而黄色一定会变成蓝色？如果您心里提出了这个疑问，恭喜你发现了该视错觉原理的一些蛛丝马迹。没错，这些颜色肯定是配对出现的，因为它们互为补色。

人类为了描述色彩，发明了各种色彩模型，我们经常采用的是RGB、CMYK和HSV三种模型。在HSV色彩模型中，H（Hue）代表色相，指的是色彩的外相，即在不同波长的光照射下，人眼所感觉不同的颜色，如红色、黄色、蓝色等。HSV模型的色相范围为0~360度，如果将不同色相的颜色安排在一个圆环上就能形成一个如上图所示的五彩斑斓的色相环。那么补色是什么呢？一种说法是如果两个颜色混合在一起能后产生灰色或褐色，那么这两种颜色就互为补色。其实更直观的方法是HSV模型中色相相差180度的两种颜色互为补色，也就是上图的色相环中任意一条直径两端的颜色。仔细看看，是不是与您观察到的追逐丁香视错觉中成对的出现的颜色是吻合的？

由于互为补色的一对颜色之间的色相背道而驰，相差180度，因此在色彩学上，互为补色的颜色们是对比最为强烈和最不搭配的一组组颜色，各种与色彩打交道的从业者对于使用补色都是极为谨慎的。比如，我们四川就有句俗语“红配绿，丑得哭”（四川话“绿”的法音为lu，因此这句谚语是押韵的），所以各位兄弟姐妹穿衣打扮的时候，尽量避免身上出现互为补色的颜色搭配吧，这是有色彩学依据的。不过张导似乎比较喜欢这种搭配，那《三枪》的色调啊，看得我真的想哭……

说完了红配绿，该回到视觉系统上来了，它有一个我们称之为“负视觉残影”的缺陷——当眼睛长时间注视单一颜色一段时间（20秒或者更长）后，突然转而观察白色表面时，会发现白色的表面变成了刚刚凝视过的颜色的补色。产生负视觉残影的原因是，视网膜上的感光细胞有疲劳性。当长时间地凝视一种颜色（比如红色）后，红色的感光细胞会慢慢疲劳，从而降低了视网膜对红光的灵敏度。我们都知道白光是所有颜色的光的平均混合光，当目光突然转向白色表面时候，由于红色的感光细胞已经疲劳，白光中混合的红光视网膜只能感受到极少的一部分，所以视网膜真正感受到的光为白光 – 红光，而这个光的颜色正好是红色的补色：绿色。

写到这里，我们又可以讲一个生活中的小常识了。医生的手术服和手术室的色调一般都是蓝绿色，就是为了避免负视觉残影带来的恼人视觉效果！想想医生做手术时凝视最多的颜色是什么？当然是红色系的各种颜色。于是，医生在做手术时，眼睛不可避免地会出现红色系的负视觉残影，如果让整个手术室一片洁白，那么主刀医生一抬头，就会发现对面的伙计身上和手术室的墙上“血迹斑斑”，并且这个“血迹”的颜色还是蓝绿色的……

β运动以及视觉残留

接着我们要解释一下β运动。虽然这个术语很专业，但它确实时时刻刻在我们的身边发生着。我们都知道电影或电视画面其实是由静止画面组成的，但是当这些静止的画面以高于24帧/秒的速度回放的时候，我们就能感知到流畅的运动画面，而不是一帧帧闪过的静止画面。为什么会这样呢？我们首先从视觉系统的工作机制开始，人眼对于自然界的采样率是非常低的——就是24帧/秒。也就是说，我们每个人看到的其实是一个离散的而不是连续的世界。我们的视觉系统每秒钟只会对视网膜上的成像进行24次“拍照”，并依次把这24张静止画面的照片传输给大脑。

说到这里来一点题外话，所有生物的视觉系统都是这样工作的，只不过采样率不一样罢了。有没想过为什么苍蝇总是能巧妙地躲过致命苍蝇拍的攻击呢？我来解密吧，那是因为苍蝇眼睛的采样率是人眼采样率的许多倍之巨——3000帧/秒！（此数字需考证，曾在Discovery某纪录片中看到，不过现在对该数字记忆有点模糊）当我们挥下苍蝇拍后，常常会纳闷，它怎么又神不知鬼不觉地就逃走了？？现在可以解释了，苍蝇每秒钟可以看到3000帧画面，而我们只能看到24帧画面。假设整个挥拍过程需要1秒钟，我们认为我们挥苍蝇拍的动作够快了，那是因为我们每秒钟只能看到24帧画面，想像一下苍蝇的视觉系统可以把这一秒钟的运动分解成3000帧画面，就算这只苍蝇笨得来在第1500帧画面传到大脑时，才意识到有人要对他“杀蝇灭口”，它仍然还有0.5秒的时间从容应对。

于是，在我们人眼对这一秒钟的画面进行第12次和13次采样之间的42毫秒间隔中，这只苍蝇逃走了。但是我们看不到，我们只看到，第12帧画面中苍蝇还位于苍蝇拍的下方，而第13帧画面传入大脑时却发现苍蝇不见了，只好纳闷它怎么又神不知鬼不觉地就逃走了。造物主真的是非常公正，他为不同的动物安排了不同的视觉采样率。比如，他为苍蝇、蜜蜂、蜂鸟这类寿命短暂、生活节奏快的生物安排了极高的视觉采样率，以让它们能够更加敏锐地观察世界，尽量地躲过灭顶之灾；而如海龟这样的行动缓慢、寿命极长的动物，让它看多了也是浪费，于是造物主一秒钟只让它们看一两眼世界。我突然间想到，一秒钟之内能够发生多少事情啊，但是海龟却都看不到，如果海龟会思考，那它一定是世界上最纳闷的动物了，哈哈。

现在我们知道了，所有生物眼中的世界都是一幅幅静止画面拼接起来的，但是大脑是如何将这一帧帧静止画面变成我们所实际感知到的连续动态影像的呢？现在就要提到动物视觉系统中的β运动（beta movement）机制了，它正是为了弥补视觉系统只能离散采样的不足应运而生的。β运动机制是这样工作的，当大脑接收到的前后两帧静止的画面中都有一个相似的视觉刺激源，但是刺激源的位置稍有不同的时候，我们大脑中一个叫Reichardt detectors的受体就会被激发并开始工作。

就像我们高中数学中学的曲线拟合一样，给你几个离散的点，我们通过一些方法计算出一个曲线方程，用这个方程我们就能计算出任意点的位置。Reichardt detectors受体正是这样工作的，只不过它作的是运动拟合——通过连续几帧静止图像，估算出图像中可能为运动物体的运动趋势。我们都知道，作曲线拟合的时候，选择的目标曲线的阶次越高，拟合出来的曲线越精确，但是我们需要计算和确定更多的参数，因此算法的时间和空间复杂度都会急剧增加。我相信我们的大脑在作运动拟合时选择的算法一定是比把采样率从24帧/秒提高到240帧/秒或更高更为省时省力的算法，生物体就是这么美妙，它会在精确和复杂之间找到一个折中的办法。

尽管大脑所采用的运动拟合算法我们尚不清楚，但它的确让很多事情成为了现实——动态霓虹灯、电影、电视和数字媒体。想想如果大脑对于自然界的信号采用连续采样的方式，那现如今的很多数字技术将根本没有用武之地，总不能让人们看断断续续的电影和听结结巴巴的音乐吧……

当然事情总有两面性，β运动机制的一个负面作用就是视觉残留。通过前面的论述你已经知道我们所感知到的“连续的世界”其实是大脑计算出来的，为了使这个“连续的世界”看起来更加流畅，它会故意把它计算出来的画面在您的视觉意识多放几十毫秒。如果我们现在看的东西是真正的在运动，那么视觉残留会使大脑如愿以偿——让这个“连续的世界”看起来更加流畅，但如果这个东西它本不在运动（就如右图中的黄点，其实并没有运动的黄点这个物体，只不过是我们利用β运动机制欺骗了自己的大脑），那视觉残留就是个恼人的东西了。

特克斯勒消逝

这与我们在介绍运动致盲（Motion Induced Blindness, MIB）的文章《理直气壮地“视而不见”》中提到的特克斯勒消逝是同一个视觉现象。在这里我们只截取一小段，请读者回过头去阅读《理直气壮地“视而不见”》以了解特克斯勒消逝的更多内容。

特克斯勒消逝指出：当一个人的目光聚焦在某个固定点上20秒或者更长时间之后，在该固定点周围，也就是在观察者余光中的其他视觉刺激源将会在观察者的视野中慢慢淡化直至最后消失。外围视觉刺激源外观上越小、对比度越低、边缘越模糊，或是离中心固定点越远，就越能增强特克斯勒消逝的视觉效果。

追逐丁香视错觉是如何发生的

我想读到这里的读者一定是相当有耐心、并且对这个问题很感兴趣。在了解了负视觉残影、β运动、特克斯勒消逝这三个视觉现象后，我们终于可以来一起看看追逐丁香视错觉是如何巧妙地把这三者融合在一起的。

首先，我们注视着整个画面，并且保持目光20秒以上不移动，这正好满足了负视觉残影的发生条件，而外围的品红色圆点就是产生负视觉残影的视觉刺激源。这些品红色圆点在我们视野中的同一个位置保持不变，于是我们的视网膜在这些位置上的感光细胞对品红色开始变得疲劳。又由于，那个与背景色颜色相同的空缺会不断出现，这就相当于我们一直凝视着某个颜色后，突然去看白色背景的效果，只不过这里我们的目光没有转换，只是这个位置的圆点颜色突然由品红色变成了背景色，当然效果是一样的，我们在该位置上看到了品红圆点的负视觉残影——一个颜色为背景灰色光 - 品红光的绿色圆点。

其次，由于与背景色颜色相同的空缺依次出现，于是品红圆点的负视觉残影绿色圆点也依次出现。眼睛所看到的相邻的两帧画面上都有绿色圆点，只不过位置稍有变化，这便欺骗了大脑，使其认为这12个实为独立个体的绿色圆点为同一个运动物体在不同位置的影像，于是大脑启动β运动机制，开始拟合绿色圆点的运动模式。慢慢地，您看到的绿色圆点不再是在一个个位置上闪过，而是流畅地作着圆周运动。

接着，当您再凝视画面一段时间以后，特克斯勒消逝发生的条件就会成立，外围品红色圆点开始慢慢淡化直至消失，最后只剩下绿色圆点独自欢快地绕圈儿。如果您使用过上面互动Flash中的“Saturation±”按钮调节过外围圆点颜色的饱和度，就更能确信外围圆点的集体消失确为特克斯勒消逝所致——外围视觉刺激源外观上越小、对比度越低或边缘越模糊，就越能增强特克斯勒消逝的视觉效果。

最后，照理说，当外围品红色圆点这些视觉刺激源集体消失后，那么绿色圆点这个负视觉残影的产物也应该随即消失。但我们实际看到的是它仍然会运行数圈，这是因为，视网膜上的感光细胞恢复疲劳需要一定的时间，所以负视觉残影也将会持续一段时间，再叠加上β运动所致的视觉残留，独自绕圈儿的绿色圆点便会持续存在一段时间。巧的是，特克斯勒消逝也不会永久持续下去，数秒之后，消失的外围品红色圆点又会回到视野之中，强化渐衰的负视觉残影。一段时间后，特克斯勒消逝再次发生……

就这样周而复始，丁香圆环时隐时现，永远琢磨不透她的真面目，也许这就是“女孩的心思男孩你别猜吧” :)

参考资料

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文章作者：Tim 原始站点：嘻来嚷往 – IF YOU SEE SOMETHING, SAY SOMETHING. 原文标题：视错觉经典：追逐丁香发表日期：2010年01月11日原文链接：http://xirang.us/2010/01/optical-illusion-lilac-chaser
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