Эксперименты с кинетическим эффектом глубины или стереокинезом

Много лет назад Ч. Л. Мусатти показал, что плоский рисунок, на котором изображены круги или эллипсы, приобретает глубину, если его подвергнуть вращательному движению (Musatti, 1924). То, что две плоские фигуры, обладающие бинокулярной диспаратностью, приобретают глубину, когда их рассматривают с помощью стереоскопа, было известно каждому, но мысль о том, что плоский рисунок может приобрести глубину благодаря движению, была неожиданной. Мусатти назвал это явление стерео-кинетическим феноменом.

По-видимому, некоторые виды движения во фронтальной плоскости могут порождать восприятие движения в глубину. Идея состояла в том, что элементарные движения на сетчатке могут объединяться и вызывать впечатление реального движения в пространстве, которое качественно отличается от породивших его элементарных движений. Десять лет спустя В. Метцгер описал явление, названное им «впечатлением глубины в движущемся поле» (Metzger, 1934), а много позже Г. Уоллах описал так называемый «кинетический эффект глубины» (Wallach, O'Connell, 1953). Никто не мог себе представить, что движущееся объемное тело можно воспринимать непосредственно, то есть воспринимать движение и объем в одно и то же время, так как все считали основой восприятия сетчаточные ощущения.

Кинетический эффект глубины Уоллаха получается в том случае, если на мутный полупросвечивающий экран спроецировать тень от проволочной фигуры, а наблюдателя посадить по другую сторону экрана. Без движения линии на экране выглядят плоскими, словно нарисованными. Но если проволочный объект начинает поворачиваться, то пространственное расположение проволок становится очевидным. Переход от плоской картинки к движущейся трехмерной проволочной фигуре весьма впечатляет. Почему он происходит? Уоллах считал, что плоский паттерн приобретает глубину, если линии на экране согласованно изменяют длину и направление (Wallach, O'Con-nell, 1953).

Эта формулировка мало что объясняет. Более удачное объяснение предложил приблизительно в то же самое время Г. Юханссон (Johansson, 1950). Он считал, что если последовательность движений во фронтальной плоскости можно собрать в единое движение жесткого тела, то такое жесткое движение будет восприниматься объемным. Это объяснение напоминает один из законов Вертгеймера для гипотетической сенсорной организации элементов в мозгу, закон «общей судьбы», который гласит, что набор точек будет группироваться в гештальт, если точки движутся в одном и том же направлении. Однако Вертгеймер никогда не уточнял, что он понимает под «одним и тем же направлением».

Вначале Юханссон проводил опыты с движущимися точками или линиями, которые проецировались на мутный, полупросвечивающий экран. Позже он использовал электронно-лучевую трубку, на экране которой можно было запрограммировать движение световых пятен в любом направлении — вверх, вниз, вправо или влево. С помощью векторного анализа он определял «общее движение» для кластера точек в целом. В случае «связных» движений, когда все точки кластера двигались так, будто были связаны в единое целое, они воспринимались уже не как плоский паттерн, а как объект, обладающий глубиной, не просто как набор точек в плоскости экрана. Казалось, что точки образуют жестко связанную совокупность элементов наподобие трехмерной решетки или стереометрического многогранника.

Традиционному положению о том, что восприятие формы во фронтальной плоскости является первичным и наиболее простым для понимания, сопутствует аналогичное положение о первичности и простоте восприятия движения во фронтальной плоскости. В основе обоих этих положений лежит заблуждение, связанное с сетчаточным изображением и признаками глубины. Однако взгляд на сетчаточное движение как на «рисование лучом света на сетчатке» (Gibson, 1968b) настолько глубоко укоренился, что расстаться с ним еще труднее, чем с понятием сетчаточной формы. (Если сетчатку мыслить по аналогии с кожной поверхностью, то можно сказать, что луч света протыкает сетчатку, а движущийся луч света царапает ее.) Сам я отказался от таких представлений не сразу, а постепенно, под давлением экспериментальных результатов, и далось мне это нелегко.

В настоящее время моя гипотеза заключается в том, что восприятие событий зависит не от чего иного, как от возмущений структуры в объемлющем строе. Эти возмущения я описывал и перечислял в 6-й главе. События могут задаваться совершенно непохожими на них возмущениями структуры.

Если свет, попадающий в глаз, наделен структурой, то воспринимается поверхность; если свет не структурирован, то поверхность не воспринимается. Различие здесь не в том, что, как считали прежние исследователи, в одном случае видятся два измерения, а в другом — три.

В эксперименте с искусственно созданным оптическим строем было обнаружено, что чем ближе друг к другу разрывы, тем более выражена в восприятии «поверхностность». По крайней мере это верно для оптического строя в 30° в котором было от 7 до 36 контуров (то есть разрывов).

Некоторые животные, по-видимому, в такой же степени не могут нормально стоять или ходить без оптического контакта с опорной поверхностью, в какой они не могут этого делать без механического контакта.

Животные, судя по всему, развивают в себе способность воспринимать значение выступов опорной поверхности (можно ли с этих выступов упасть или с них можно спуститься?). Причем здесь мы имеем дело не с восприятием абстрактной глубины, а с восприятием возможностей.

Эксперименты с восприятием расстояния на земной поверхности (в отличие от опытов с восприятием расстояния в воздухе) показывают, что такое восприятие основано не на признаках, а на инвариантах в оптическом строе. Правило равного количества текстуры в равновеликих участках местности представляет собой один из таких инвариантов, а горизонтное отношение — другой. Подобного рода инварианты позволяют непосредственно воспринимать все параметры лежащего на земле предмета. При этом не возникает проблем, подобных старой проблеме константности воспринимаемого размера при изменении расстояния.

Все наблюдатели были в состоянии без каких бы то ни было затруднений достаточно точно разделить расстояние пополам. В результате деления дальний отрезок расстояния оказывался приблизительно равным ближнему, несмотря на то что их зрительные углы были неравными. Дальний зрительный угол был меньше ближнего, а его поверхность, если допустить терминологическую вольность, была перспективно искажена. Однако никаких систематических ошибок не было. Отрезок расстояния между здесь и там мог быть приравнен к отрезку расстояния между там и там. Следует сделать вывод, что наблюдатели обращали внимание не на зрительные углы, а на информацию. Сами того не подозревая, они обнаружили способность определять количество текстуры в зрительном угле. Количество пучков травы в дальней половине отрезка было в точности таким же, как в ближней половине. Оптическая текстура действительно становится более плотной и более сжатой в вертикальном направлении по мере удаления поверхности земли от наблюдателя, но правило равного количества текстуры на равновеликих участках местности остается неизменным.

Это очень сильный инвариант. Он действует для любого параметра местности — как для ширины, так и для глубины. На самом деле он действует для любой регулярно текстурированной поверхности, какой бы она ни была, то есть для любой поверхности, состоящей из одного и того же вещества. Он действует и для стены, и для потолка, и для пола. Говорить, что поверхность регулярно текстурирована,— значит утверждать лишь то, что частички вещества приблизительно равномерно распределены в пространстве. Их распределение совсем необязательно должно быть полностью регулярным наподобие распределения атомов в кристаллической решетке. Достаточно, чтобы оно было «стохастически» регулярным.

Из описанного эксперимента с делением отрезков расстояния на земной поверхности следуют глубокие и далеко идущие выводы. В мире есть не только расстояния отсюда (в моем мире), но и расстояния оттуда (в мире другого человека). По-видимому, эти интервалы удивительным образом эквивалентны друг другу.

Правило равного количества текстуры на равновеликих участках местности предполагает, что и размер, и расстояние воспринимаются непосредственно. Старая теория, согласно которой при восприятии размера какого-нибудь объекта учитывается и расстояние до него, оказывается ненужной. Допущение о том, что признаки расстояния компенсируют ощущение малости сетчаточного изображения, потеряло свою убедительность. Заметьте, что извлечение количества текстуры в зрительном телесном угле оптического строя не является пересчетом единиц, то есть измерением с помощью произвольных единиц. В одном из опытов этой серии, проведенном в открытом поле, испытуемых просили оценить расстояние в ярдах, то есть произвести так называемую абсолютную оценку. После некоторой тренировки испытуемые делали это достаточно хорошо (Gibson, Bergman, 1954; Gibson, Bergman, Purdy, 1955), однако было ясно, что прежде, чем научиться присваивать расстояниям числа, они должны были научиться видеть эти расстояния.

Сравнение отрезков расстояния на земной поверхности. Размер объекта, лежащего на земле, принципиально ничем не отличается от размера объектов, из которых состоит сама земля. Ландшафт составляют комки почвы, камни, галька, листья, трава. Для этих встроенных друг в друга объектов константность размера может иметь место в той же мере, что и для обычных объектов. В серии описываемых ниже опытов с восприятием земной поверхности было устранено само различие между размером и расстоянием. Нужно было сравнивать не вехи и не объекты, а отрезки расстояния на самой земле — расстояния между маркерами, устанавливавшимися экспериментатором. В этом случае расстояние между здесь и там можно было сравнивать с расстоянием между там и там. Эти эксперименты в открытом поле проводила Элеонора Дж. Гибсон (Gibson, Bergman, 1954; Gibson, Bergman, Purdy, 1955; Purdy, Gibson, 1955).

Маркеры можно было установить в любом месте ровного травяного поля и передвигать на любое расстояние в пределах 350 ярдов. В наиболее интересном опыте из этой серии от испытуемого требовалось разделить пополам расстояние от себя до маркера или расстояние от одного маркера до другого (Purdy, Gibson, 1955). Испытуемый должен был остановить тележку с маркером ровно на полпути от одного конца отрезка до другого. В лаборатории способность испытуемого делить длину отрезка пополам проверяют с помощью регулируемого стержня, называемого рейкой Гальтона, а не с помощью участка земли, на котором он стоит.

По опыту: сразу после работы за компьютером, например фехтовать - очень сложно. Я просто не вижу перемещение клинка на периферии, как будто там нет ничего вообще. Поэтому перед тренировкой полезно гулять вдоль дороги, отмечая как можно больше изменений (там, машина свет светофора изменился, машина зарычала, ветерок подул). Когда чувствую что достиг максимума - можно начинать.

Компьютер - это ведь не только зрение. Это полноценная альтернативная реальность :) Через некоторое время, все объекты внутри компьютера начинают быть многомодальными. Ярлыки на рабочем столе имеют ощутимый вес и инерцию, несколько объектов таскать по экрану гораздо "тяжелее" чем один. Сообщения об ошибках, вылетающие в программах - кажется так и гудят-кричат. Время от времени возникают всякие мысли, относящиеся к философии графического интерфейса, с которым сейчас работаешь. А некоторые программы начинают восприниматься как живые существа :)

Поэтому когда отключаешься от компьютера, тут не то что периферическое зрение - тут вся реальность вокруг "плывёт". Правда, переход к нормальному восприятию довольно быстрый, но при желании его можно четко зафиксировать. Например, сидя на рабочем месте, переводить туда-обратно фокус внимания с монитора на какой-нибудь отдаленный объект в комнате. Интересное ощущение :)

В традиционных исследованиях, посвященных восприятию пространства и признаков глубины, экспериментаторы обычно выбирали в качестве фоновой поверхности фронто-параллельную плоскость, то есть поверхность, обращенную к наблюдателю: стену, экран или лист бумаги. Форма сетчаточного изображения любой фигуры на такой плоскости подобна форме самой этой фигуры, а протяженность в этой плоскости может рассматриваться как простое ощущение. Это следует из оптики сетчаточного изображения.

Напротив, исследователи восприятия окружающего мира, исходившие из законов экологической оптики и экспериментировавшие не с формами, а с поверхностями, использовали в своих опытах в качестве фоновой земную поверхность. Отказавшись от изучения расстояния в воздухе, они принялись изучать удаленность на земной поверхности. Расстояние как таковое нельзя видеть непосредственно, его можно только высчитать или к нему можно прийти путем умозаключений. Удаленность на земной поверхности можно видеть непосредственно.

Гибсон и Уолк сконструировали виртуальный обрыв на установке со стеклянным полом (Gibson, Walk, 1960; Walk, Gibson, 1961). Они тестировали животных и детей, с тем чтобы определить, станут ли те ходить над виртуальным обрывом. В их установке было два выступа (по одному на каждой из двух сторон узкой платформы) — отвесный и пологий, удобный для передвижения животных того вида, с которым велись опыты. Выбор животных регистрировался. Почти все животные, обитающие на суше, выбирали пологий выступ.
Результаты этих опытов обсуждаются обычно в терминах восприятия глубины и традиционных признаков глубины. Они, однако, становятся более понятными, если воспользоваться терминами восприятия компоновки и ее возможностей.

Перепад глубины на краю опорной поверхности — это нечто совершенно другое, нежели глубина, рассматриваемая как измерение абстрактного пространства. Что же касается вопроса о том, является такое восприятие врожденным или приобретается в результате научения, то разумнее предположить, что животные, обитающие на суше, обладают врожденной способностью обнаруживать место, с которого можно упасть, нежели считать, что у них есть врожденные идеи или геометрические понятия.

Зрительный обрыв. Эксперименты Э. Дж. Гибсон и Р. Д. Уолка со зрительным обрывом и аналогичные эксперименты их последователей очень хорошо известны. В них содержится новый подход к старой проблеме, связанной с восприятием глубины. Результаты, которые они получили, работая с только что родившимися детенышами, а также с животными, выращенными в темноте, достойны удивления, ибо они явно указывают на врожденность восприятия глубины. Однако видеть обрыв — это вовсе не значит воспринимать третье измерение. Воспринимаются возможности, которые таит в себе край обрыва.

Обрыв является очень значимой деталью местности, особой разновидностью двугранного угла в экологической геометрии, местом, с которого можно упасть. Кромка обрыва опасна. Она является заслоняющим краем. Однако у нее есть особое качество — быть краем опорной поверхности. Край стены, например, этим качеством не обладает. Вокруг края стены можно ходить без опаски, а вдоль кромки обрыва — нет. Восприятие обрыва — это не только обнаружение компоновки, но еще и обнаружение тех возможностей, которые она предоставляет, причем возможностей негативных. Иными словами, воспринять обрыв — значит обнаружить место, где заканчивается опорная поверхность.

Эксперименты с листом стекла. Хорошо известно, что чистый плоский лист стекла, если блики от него не попадают в глаз, для нас невидим. Это неординарное явление требует специального объяснения. Суть его в том, что там, где на самом деле есть материальная поверхность, видится воздух, потому что он задается оптическим строем. Мне доводилось видеть людей, пытавшихся пройти сквозь плоские стеклянные двери с большими для себя неприятностями, и попытку лани выпрыгнуть через застекленное окно, закончившуюся фатально.

Совершенно чистый стеклянный лист пропускает и лучистую энергию света, и содержащий информацию световой строй. Матовое или волнистое стекло пропускает оптическую энергию, но не пропускает оптическую информацию. Через чистое стекло можно, как мы говорим, смотреть, а через матовое стекло — нельзя. Последнее можно видеть, а первое — нельзя. Невидимый стеклянный лист можно сделать видимым, если его закоптить или посыпать каким-нибудь порошком. Даже мельчайшие пятна или осевшая пыль могут задать поверхность. В этом случае стекло пропускает как световой строй от компоновки, находящейся за ним, так и световой строй от него самого. В таких ситуациях говорят, что за поверхностью стекла видится еще одна поверхность. Оптическая структура одной поверхности смешана с оптической структурой другой, вложена в нее. В результате ближняя поверхность воспринимается прозрачной, вернее, полупрозрачной (Gibson, 1976). Две разнесенные по глубине поверхности видятся в одном и том же направлении, точнее говоря, внутри одного и того же зрительного телесного угла объемлющего строя. Во всяком случае, поверхности заведомо видятся разделенными, если они имеют различную структуру или если элементы одной поверхности перемещаются относительно элементов другой (Gibson е. а., 1959).