奥秘#21　物体动，光不动

当我们看见阴影移动时，我们会认为是物体在动，而非光源在动。

大脑在感知物体时，会先处理阴影信息。与此同时，视觉系统也会先以阴影作为工具来感知形状。糊弄自己看见3D【奥秘#20】更深入地展示了我们的视觉系统默认光源来自上方。另外，阴影在运动感知上也扮演着某种角色——视觉系统继续假设阴影移动代表着物体在动，而非光源在动。我们知道这两种情况在理论上都有可能，但我们在进化过程中忽略了其中之一——快速移动的物体比快速移动的光源更可能出现，不用说，它也更危险。

练习

下面我们通过《盒中之球》的视频静帧来了解大脑使用阴影建构3D场景模型的方式：

视频中，一个小球在3D盒子里沿对角线来回移动两次。第一次，小球看上去是沿着对角线贴着盒子底移动的，阴影紧贴小球底部。第二次，小球看上去是沿着水平线移动的，而且慢慢离开盒子，浮在半空。阴影投于盒子底部，与小球分离。小球两次的移动路径其实是一样的，不同的仅仅是阴影的移动路径。第一次是贴着小球的，沿对角线方向；第二次是和小球分离的，沿水平线方向。正是这种不同，带来了我们对小球运动轨迹感知的不同。图2-11左边显示的是小球第一次移动的静帧，右边显示的是小球第二次移动的静帧。

现在，请来看更复杂的图2-12显示的《以之字形移动的小球》视频静帧，同样，小球在3D盒子里移动。

这次，小球依然是从盒子的一个角落移动到另一个角落（证据是，它沿着对角线移动），而阴影到处乱窜。盒子上的阴影和颜色的变化，强有力地证明了这次是光源在动，使得影子在动，而不是小球以之字形移动所致（这并不能产生任何阴影和颜色上的变化！）。不过，你依然感觉小球是在以之字形移动。

图2-11：《盒中之球》视频静帧

图2-12：《以之字形移动的小球》视频静帧[1]

原理

当你看见某个场景时，你的大脑便立即构造出对应的内部3D模型，而阴影对该构造过程的影响相当强烈。练习中的第一个视频便可见一斑：仅仅是阴影位置和移动轨迹不同，你的大脑内部据此构造出的场景模型便完全不同。

当我说“内部模型”时，我感觉并不好，因为大部分场景信息都已经在外在世界里，而且只要你移动一下脑袋就可以获得。那为什么要如此麻烦，将其储存在大脑里？原因很可能是，当模糊性存在时，大脑需要用到这些信息。大脑中的视觉数据并不是一张张图片，而是具有外在智力的结构化场景模型，外在智力可以看作智力信息的一种，不过存储于外。

——汤姆·斯塔福德

第二个视频静帧展现了更多大脑在视觉处理中所做的假设（这样的假设有很多）。其中之一便是，深色即为阴影。另一个假设是，光源一般位于头顶上方（这个假设是如此自然，以至于我们根本没有察觉）。这两个假设的共同作用，让普通的二维图像在加上阴影之后，华丽转变成有深度感的三维场景【奥秘#20】。

基于所有这些假设，大脑更愿意相信光源一直保持静止，物体四处移动，而不是光源在动。尽管所有线索都指向相反的事实：盒子侧壁和下底面的光线变化与阴影的变化相一致。这些已经足够证明，是光源在动，然而，球的阴影仍然是大脑唯一考虑的因素。为了尽快理解场景的3D信息，大脑并不会那样麻烦，去把视野中的所有信息都考虑在内。它化繁为简——假设光源静止不动。

正是阴影处理的快速导致了这样的错觉。意识层面的认知比这种简陋但快速的感知要慢一拍，且依然受其影响，无论你想怎样以其他方式解构这一场景。

延伸阅读

·克斯登实验室研究人类将视觉转化为对世界的认知的背后，有关视觉、动作和计算的原理，探索我们会从所见中提取什么样的信息，以及会做出怎样的假设。其中，实验者展示了光源静止假设被再次利用而产生的另一种运动错觉——Illusory Motion from Shadows。

·Kersten，D.，Knill，D.，Mamassian，P.，&Buelthoff，I.(1996).Illusory motion from shadows.Nature，379(6560)，31.

[1] 感谢来自美国明尼苏达大学的D.克斯登和来自德马克斯普朗克研究所的I.布瑟夫提供《以之字形移动的小球》视频静帧。