运动的“点”与“线”，竟然能产生错觉？？？_风闻

中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-02-16 16:57

2020-02-16

又到周日了，这周小编依然在家勤勤恳恳地科（摸）研（鱼）。只不过有时（大部分时间）会网上冲浪（找沙雕图）一阵子。于是乎就发现了下面这个有趣的动图。

图1：正常速度版

你看到的是两个点在水平还是竖直振荡？还是两个点在顺时针或者逆时针地旋转？又或者是两个对角线的点在互相闪烁？还是其他的情况呢？

麻省理工学院甚至是给出了一些查看gif的说明：

水平方向振荡 [1]

竖直方向振荡 [1]

1：首先选择上图中两个图的任意一个，然后确保你看到这些点确实是在水平/竖直方向跳跃。

2：盯着圆点数到10。

模棱两可的四重奏 [1]

3：然后不要移开眼睛，看上图‘模棱两可的四重奏’。[1]

此时你会看到“四重奏”看起来是沿着与你一开始相反的方向—竖直/水平跳跃的。或者你凝视“四重奏”两分钟，它一会儿水平振荡、一会竖直振荡，甚至还有可能旋转？这是为什么呢？

为什么不问问神奇海螺呢？

车轮效应

Wagon-wheel effect

上面的gif仅仅显示四个闪烁的点，而点的闪烁恰恰会使你的大脑感到困惑，会自认为看到的是不同类型的运动。

企图通过活动手掌减肥的小编在运动

对于这种混乱，一般要归咎于频闪效应。这是一种现象，是你观看一系列静止的图像时产生运动的错觉。基于眨眼或者频闪的速率，我们的大脑可能会将点的闪烁感知为运动的不同阶段（比如左右横跳或者旋转等）。我们就会觉得两点之间在运动，虽然事实上根本没有运动发生。[2]

比如频闪液滴就是一个很通俗的例子。一个类似滴漏的装置会在相同时间内滴下一滴液体。如果此时是在普通摄像机下观察，这就是一个很普通的滴漏。但是如果你用将摄像机快门频率与滴漏频率相同时拍摄的话，你在相机中看到的液滴就好像一直没有下落，悬浮在半空中一样。

仿佛不动的螺旋桨来源：wiki

尽管车轮一般不可能每秒24转转动，但是如果车轮有12个辐条，每秒转两圈的话。这时以每秒24帧的速度进行拍摄，每帧中的辐条将会出现在完全相同的位置。看上去车轮就是完全静止的了。

看电影

如果轮子的旋转速度稍微慢一点，你就会看到辐条在每个连续的帧中向后倾斜，轮子看上去就是在向后旋转。

运动的点可能会产生错觉，那运动的线（面）呢？答案当然也是肯定的，比如好玩的贝汉圆盘（Benham’s disk）也会让你产生错觉，只不过此时不是运动的错觉，而是对于颜色的错觉。

旋转的圆盘

Spinning disk

无论你怎么旋转一张黑色、白色混合的纸，它都会保持黑白颜色不变吗？小编既然这么问了，那答案当然是不会不变。一百年来，大家都被一种黑白圆盘所困扰，因为它虽然是黑色和白色混合颜色的，但是当它在旋转的时候竟然会变色。有时候是红色、蓝色、黄色、绿色甚至是紫色。

贝汉圆盘图片来源：wiki

贝汉圆盘错觉其实已经存在很长一段时间了。1895年，一个名叫查尔斯·贝汉（Charles Benham）的业余科学家和发明家将他的特殊圆盘作为儿童玩具开始出售。[3] 该圆盘的一半被涂成黑色，而另一半则是白色背景，将其沿着直径方向分为四个部分，并在每个部分上面绘制了多个45度的同心圆弧。旋转圆盘，颜色就会出现在圆圈中。他们会根据速度和方向的变化而变化。

下图很闪，请注意护眼并紧张的往下看

旋转的贝汉圆盘来源：YouTube

即使是在一百多年后的今天，圆盘的形状和角度可以做的非常精确。然而，目前为止似乎还没有人真正知道这种错觉是如何产生的。在一篇《Nature》论文中写道：“这些现象的起因似乎并未得到确切解决。” [4] 换句话说，你找到一个很有趣的现象，即使解释不了，也能发一篇《Nature》（逃）。该现象今天依然吸引着我们去探索和讨论，所以，你能想象1895年大家看到这个现象时会觉得这是多么神奇的事情嘛。

利用贝汉原理制作的陀螺仪

贝汉似乎很擅长推销这种玩具，但是他并不是第一个注意到这种错觉的人。在贝汉圆盘问世的前几年，古斯塔夫·费希纳（Gustav Fechner）和赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）就发现：旋转的黑白圆盘可以显示出其他颜色。这种当观察某些快速变化或者移动的黑白图案时看到的色彩错觉，被称为费纳希色彩效应。

这是什么原因呢？

What is the reason for this?

虽然我们现在可能还不太确定贝汉圆盘中额外的颜色是怎么产生的，其中的原理是怎么样的。但是科学家确实有基于我们的眼睛是如何感知图像的理论。一般来说，我们的视网膜有两种不同类型的接受光的受体：视锥细胞与视杆细胞。视锥细胞主要负责的其实是我们感知到的彩色视觉与强光视觉。视杆细胞可以帮助我们在弱光下看到事物，并且以单色感知事物。