基于最新视觉理论对月亮错觉现象的解释下Word格式文档下载.docx

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算得到的。

例如，假设天空视觉距离为2000米，则2度角天空弧面积为2×

2000×

2л/360=，即，当天空视觉距离在2000米左右时，2度视角天空面积应该在　左右。

可是，微分弧天空面积，却不是天空微分视角和天空视觉距离联合计算所得。

天空视觉极限分辨视角为60″左右，按照刚才的计算方法，假设天空视觉距离为2000m，则60″天空视觉面积为1×

2л/360×

60=,约为580cm。

天上小颗星星的视角差不多等于天空视觉极限分辨视角，可是天空上星星的视觉直径大概在5～10mm大小，这与我们根据天空视觉距离和极限分辨视角计算出来的微视角天空面积相比，差了100倍以上，可见，微视角天空面积不是根据天空视距和天空视角联合计算得到的，天上的星星和太阳月亮

大小，都不是根据星月视距和视角联合计算得到的。

前面的讨论让我们了解到，路面视觉距离的获得，是根据远近路面相对视觉宽度大小计算得到的，也就是说路面变窄的程度决定了路面视觉距离的远近。

同样，天空视觉距离的获得，也是根据固定大小的物体随视距增加而变小的性质得到的。

视觉上在利用物体视觉面积随距离增加而变小的性质获得天空距离视觉大小时，所选择的空间物体直径面积大小就会对天空视觉距离大小产生影响：

如果将天空视觉距离的形成认为是较大长度面积身体附近空间向远处移动到极限可辨视角时形成的，天空视觉距离就会显得比较远一些，如果将天空视觉距离的形成认为是较小长度面积身体附近空间向远处移动到极限视觉可辨视角时形成的，天空视觉距离就会显得比较近一些。

物体随视距增加而变小的过程可分为以下几个阶段：

当物体所成视角大于某个临界角度时，物体随视距增加而变小的速度会小于视距增加的速度，具体表现为物体视觉面积虽然会随视距增加而变小，但单位视角的空间形象转换率却是随视距增加而变大。

这造成了人类视觉中的空间世界与摄像机底片上成像的区别，同一视角空间视觉面积总是随视距增加而扩大，而任何距离上的同视角空间在摄像机底片上的图像是相同大小的。

2、单位视角空间形象转换率不可能随视距增加而无限变大，当物体移动到某个临界视角时，视角空间形象转换率会达到最大值。

当物体移动到最大形象转换率临界视角后继续象远处移动时，单位视角空间形象转换率不再随视距增加而变大，而是与临界视角空间形象转换率相同。

因而，当物体移动到视角小于某临界视角以下时，物体视觉距离的增加与视角的缩小程度成正比例关系。

物体视角在临界视角以上范围内，造成物体所成视角空间形象转换率随视距增加而变大的原因，是空间线面视知规则发生作用的结果，我们可以根据空间线面视知规则计算出物体相对视觉大小和物体视觉距离远近。

可是，不是无限小视角空间，空间线面视知规则都能发生作用的，空间线面视知规则有一个能够发生作用的最小临界视角，我们称之为空间线面视知规则最小作用视角。

当物体向远移动到空间线面视知规则最小作用视角处时，视角的空间形象转换率达到最大值。

物体继续向远移动到物体所成视角小于视知规则最小作用视角时，物体所成视角的视角――空间形象转换率，仍等于视知规则最小作用视角的视角――空间形象转换率。

太阳和星星距离都可以被理解为固定直径面积的空间向远处移动形成的，太阳和星星所成视角的视角――空间形象转换率应该是相等的，都等于视知规则最小作用视角的视角――空间形象转换率。

事实上正是如此：

例如，某个人观察到头顶天空中太阳视觉直径大约有22cm的圆盘直径大小，星星有5～7mm直径的黄豆粒大小，我们知道太阳视角为36′左右，星星视角为最低分辨率视角1′左右，则太阳的视角――空间形象转换率为22cm/36′=6mm/′，星星的视角――空间形象转换率为5～7mm/′,可见，太阳和星星的视角――空间形象转换率确实是基本相等的，均等于视知规则最小作用视角的视角――空间形象转换率。

这也说明太阳和星星视角――空间形象转换率有一个共同的起源：

源于视知规则最小作用视角的视角空间形象转换率。

3、视知规则最小作用视角最大空间形象转换率时的视觉距离和视知规则最小作用视角是多少

我们可以根据太阳和星星的视觉直径和视角大小，计算出视知规则最小作用视角最大空间形象转换率时的视觉距离大小。

太阳和星星的视角空间形象转换率等于视知规则最小作用视角的最大空间形象转换率，则根据太阳和星星视觉直径和视角大小计算出来的距离就是视知规则最小作用视角最大空间形象转换率时的视觉距离。

例如，一个人观察到的中午太阳直径为22cm左右，太阳视角为36′，则以此计算出来的视

觉距离为22×

arctg36′=22×

360×

60/2л×

36=2101cm=21m

即，对于一个头顶天空中太阳大小看起来为22cm直径的人来说，视知规则最小作用视角达到最大视角――空间形象转换率时的视觉距离为21m左右。

4、视知规则最小作用视角是多少由于我们是根据固定长度物体随视距增加而变小的情况判断距离视觉的远近，而物体移

动到视知规则最小作用视角后继续向远处移动时，物体视角的变化和物体距离的增加成反比例。

因而，如果此人看到的头顶天空中太阳大致视觉距离为80m，设视知规则最小作用视角

为а，某一固定长度面积的空间移动到视角为视知规则最小作用视角а时，固定长度面积空间的视觉距离是21m；

固定长度面积的空间继续移动到视角为太阳视角36′时，由于太阳视觉距离和视知规则最小作用视角最大形象转换率时的视觉距离之比，等于最小作用视角和太阳视角之比，据上节讨论，视知规则最小作用视角最大空间形象转换率时的视觉距离是21m，此人看到的中午太阳视觉距离为80m,则а:

36=80:

21，视知规则最小作用视角为а＝′左

右。

5、头顶天空和星星的视觉距离有多少知道了视知规则最小作用视角和视知规则最小作用视角达到最大空间形象转换率时的

视觉距离，我们就可以根据固定直径长度的物体移动到小于视知规则最小作用视角时，物体视角缩小的速度与物体视觉距离增加的程度成反比例的距离判断方法，计算出星星或头顶天空的视觉距离远近。

视知规则最小作用视角为′，最小作用视角最大形象转换率时的视觉距离为21m，星星或天空最小分辨视角为60″左右，假设星星或天空的视觉距离为R，则21:

R=1:

，则星星或天空视觉距离为R＝×

21＝2879m左右。

即，头顶天空在视觉中看起来大概有2～3公里左右距离。

　　6、固定面积的空间直径是多少我们将远处空间视觉距离的获得，理解为由固面积空间的视觉直径随视距增加而变小的

程度决定。

可是，我们选择的固定面积的空间直径有没有一个大致确定的量值？

根据前面讨论，我们知道，如果一个人视觉中头顶天空太阳视觉直径为22cm，则此人仰望天空时，视角为′时的视角——空间形象转换率会达到最大值，太阳和为视角天空的视角――空间形象转换率与最大值的′空间形象转换率相同，均为22cm/36′。

知道了视知规则最小作用视角的空间形象转换率，我们就可以计算出最小作用视角的空间直径是多少。

视知规则最小作用视角的空间面积直径为：

′×

22cm/36′=。

也就是说，固定面积的空间移动到视角为′角度时，其视觉直径为，我们只要把　视觉直径换算成实际直径大小，就是我们所要求得的固定面积空间直径大小。

设固定长度的空间直径为L，固定长度空间达到最小作用视角时的距离为R，L在最小作用视角时的视觉大小为H，视轴中心在L的1/2处，H大小的获得是以视距为0的眼周空间为标准参照所得到，则根据视觉计算公式

由于L视角为最小作用视角时的视觉大小为，则H＝，L视觉长度的极

限大值为L的一半，则L≤2H=；

最小作用视角的视觉距离为21m，视觉距离会小于其实际距离R，则R≥21cm。

我们将L的最大值，和R的最小值21m代入上式

固定长度线面空间的实际距离R肯定会大于21cm许多，因此，固定直径空间视角为视

知规则最小作用视角′时，H＝，L＝2H＝2×

＝167cm。

167cm差不多等于一个人身高或一个人双臂延展宽度，这说明我们是以身体触觉可及的最大直径范围，作为实现视角天空最大形象转换率时的标准参照。

当等于身高左右的面积空间向远处移动到最低分辨视角时所实现的视觉距离，就是天空的视觉距离。

我们不一定必然以身高或触觉可及范围，作为实现太阳或天空视觉距离的标准参照。

我们可以将天空和太阳视觉距离的形成，理解为超过身体触觉可及范围的更大面积空间向远处移动的结果。

我们选择的近距离空间参照范围越大，实现的天空和太阳视觉距离就越大。

比如我们将太阳视觉距离的形成，理解为5m直径范围的眼前空间向远处移动到36′太阳视角时所形成的，则5m直径移动到视角为36′时的实际距离为5×

arctg36′=477m，仰视时太阳的视觉距离大约为实际距离的一半左右，则当我们以5m直径的近处空间作为获取太阳视距距离的标准参照时，太阳的视觉距离为250m左右。

视觉上能够看到比5m范围更大的近距离参照范围，这样，其实太阳视觉直径和太阳视觉距离大小是有很大的不确定性的，而不仅仅是一个固定的大小和距离。

物体知觉大小的恒常性和铁轨错觉物体知觉大小的恒常性我们衡量物体视知觉大小的判断依据，是以视觉触觉怎样更能符合物体实际大小为原

则。

拿在手里的同一个物体放置在眼前较近距离和较远距离上时，我们仍会确认物体是同样大小的。

任何触觉可及距离范围内的物体，由远处移动到近处或由近处移动到远处时，主观上都会确信此物体大小是不会发生变化的。

可是，我们知道，物体视觉大小却是随视距远近的变化而有所不同：

近处物体视觉体积会大一些，远处物体视觉体积会小一些。

为了使得同一个物体远近距离变化时，物体看起来仍具有相同的知觉大小，主观上就需要根据物体远近的不同而调节衡量物体视知觉大小的衡量尺度：

物体处于较近视距上时，物体视觉体积较大，主观上用较大形象转换率的视觉尺度来衡量物体视知觉大小；

物体处于较远视距上时，物体视觉体积较小，主观上用较小形象转换率的视觉尺度来衡量物体的视知觉大小。

这样，不论物体视距远近，同一物体视知觉大小都会保持恒定不变。

我们根据视距远近的不同而调节空间形象转换率的方法来获得物体视知觉大小的恒常性，是触觉经验和视觉经验联合作用的结果：

从婴儿开始，就不断地重复着身体附近同一个物体由远到近的实践活动，这些实践活动能够使得我们建立一种根据物体距离远近而调整衡量物体大小的方法，这种方法就是根据物体视距远近的不同，用不同的视觉尺度去度量物体视知觉大小。

能反映空间形象转换率与视距远近关系的一个综合指标，是身体形象转换率。

身体形象大小不是一成不变的，而是随着选择的目标视距远近而发生变化。

当我们走在完全黑暗的过道里或身处狭小低矮的房间里时，我们会感到自我形体大小有些变大的感觉；

而我们走在宽阔的广场上，会感觉自身形体变大渺小一些。

这种自我形象大小认知上的改变就是身体形象转换率发生变化产生的，如果我们以身体的实际高度为恒始不变，自我形象在不同视场情况下，就是存在着一个不同的形象大小转换率的，因而我们引出身体形象转换率这一概念。

身体

形象转换率来源于环境空间形象转换率并符合目标视距处的空间形象转换率：

我们选择的空间观察视距越近，空间视觉转换率越大，身体形象转换率越大；

我们选择的空间观察视距越远，空间视觉转换率越小，身体形象转换率越小。

这样，长期实践活动建立的，根据空间物体视距远近不同，而调节观察空间物体视觉尺度来获得物体知觉大小恒常性的方法，就变成了根据视距远近而调节身体形象转换率来获得物体知觉大小的恒常性：

比如手里拿着一个物体，由稍远处移动到眼前较近距离处时，近处的物体视觉体积较大，度量物体大小的身体形象尺度也较大；

手里的物体由眼前较近距离处移动到较远距离处时，物体视觉体积较小，度量物体大小的身体形象尺度也较小。

这就保证了物体知觉大小的恒常性。

例如，手里拿着一个物体由远及近时，不仅仅物体视觉体积变大，手和身体的视觉体积亦变大，这样，相对来说，我们就不会感到物体视知觉体积的变化，或者说物体视知觉大小就显得没有发生变化。

一个能够反映身体形象转换率随视距而变化的例子是，当我们走在完全黑暗的过道里时，我们会有身体自我形象认知大小的改变，我们会觉得身体会变得大一些，这是由于完全黑暗处视觉看到的距离很近，因而空间形象转换率和身体形象转换率亦较大。

我们可以这样理解视觉形象转换率：

一把10cm长的尺子，处于不同视距上时，尺子的视觉大小是不一样的，近处的尺子视觉长度大一些，我们说单位长度物体视觉长度大一些，或物体视觉形象转换率大一些；

远处的尺子视觉长度小一些，我们说单位长度物体视觉长度小一些，或物体视觉形象转换率小一些。

当我们观察一个较近物体大小时，我们会选择视觉上大一些的尺子去度量物体大小，而我们观察一个较远处物体大小时，我们会选择视觉上小一些的尺子去度量物体大小，这样，不论物体视距远近，我们都会感到物体知觉大小是不变的，物体知觉大小也就具有了恒常性。

空间视觉形象转换率导致了身体形象转换率的产生，身体形象转换率又成为了判断物体知觉大小的衡量参照尺度。

身体形象转换率是与脑――神经调节相关的可控因素，这就为获得物体知觉大小提供了有了一个可靠而方便的主观依据。

铁轨错觉在视觉上，两条互为平行的铁轨间的宽度，看起来会随视距离的增加而变窄。

可是，我

们知道两条铁轨实际间距在各个距离上是等宽的，视觉中两条铁轨间距随视距增加而变化的轨迹形状能够提示我们，视觉中看到是两条铁轨实际上是互为平行的。

远处铁轨间距视觉长度和近处铁轨间距视觉长度，可以通过视知规则计算得到。

由于铁轨视觉变化轨迹形状能够告诉我们铁轨实际宽度在任何视距上都是不变的，而铁轨视觉宽度却是近大远小，这样，为了使得铁轨知觉宽度保持不变，我们就需要在近处用大形象转换率的空间视觉尺度去度量近处的铁轨视觉宽度，远处用小形象转换率的空间视觉尺度去度量远处的铁轨视觉宽度，这就保证了铁轨宽度知觉大小在远近不同视距上的恒常不变性。

当我们观察放在铁轨间远近不同距离上的直径小于铁轨宽度的两个同样大小圆球时，远处圆球看起来会比近处圆球大一些，这种现象被称为铁轨错觉。

铁轨中间两圆球的视觉直径也可以通过空间线面视知规则计算得到，可是，圆球直径视觉长度随视距增加而变小的速度，却小于铁轨间距随视距增加而变窄的速度，这样，相对而言，远处小球看起来就会显得比近处小球要大一些。

远近小球视觉直径变小的程度和远近铁轨视觉间距变小的程度，可以通过视觉计算理论计算得到，下面就以发表在自然杂志上的一个铁轨错觉例子为例，说明一下铁轨错觉大小的形成原理和计算方式。

图8为发表在自然杂志上一篇文章里的铁轨错觉案例，放置在狭小长廊里的远近不同

距离上的两个同样大小圆球，远处圆球看起来会比近处圆球大一些。

下面我们就根据彩图的视场情况和圆球知觉直径差率，设计一个方案来解释说明彩图中

铁轨错觉形成的原因和计算方法。

图8发表在自然杂志上的铁轨错觉示意图

假设上图的两墙间距为2m，球的直径为，眼与球所在地面垂直距离，较近

的球与眼的水平距离为5m，较远的球与眼的水平距离为18m，视轴中线处于两墙间距中心位置。

则远处球位置上的墙间距视觉大小，可以用近处球所在位置的墙间距作为参照宽度计算得到。

由于墙间距与视线处于一个平面上，则远近墙间距视觉宽度，可以通过视线/平面一个方向时的计算公式得到。

如图9所示，BC代表远处球位置两墙间距的一半，BC＝1m，AB是两球的距离，AB

＝13m，AD是近处球位置两墙间距的一半，AD＝1m，OB为视轴方线，OA是眼与近处球的距离，OA＝5m，OB是眼与远处球的距离，OB=18m，∠OCM＝1/2∠BOC，则根据空间

图9上面彩图中墙间距视觉宽度获得方式示意图

线面视知规则，CM为OB的视觉平行线，BC视觉长度等于AN视觉长度。

由于OA距离上的AD被认可为衡量远处墙间距的参照线，因而，AD和AN视觉长度被认可为其实际长度，这样，AN大小，就是BC视觉大小。

AN可根据公式得到：

计算结果说明，圆球位置的墙间距视觉宽度为2×

，近处球位置的墙间距由于被作为标准参照的原因，近处球位置的墙间距视觉宽度等于其实际宽度2m，这样，远近墙间距视觉宽度的差率为＝18％左右。

远近两球的视觉直径，也可以通过空间线面视知规则理论计算得到。

由于远近两球不在同一个视线平面上，这样，远处球视觉直径需要用视线/平面成一定角度时的视觉公式计算得到。

如图10所示，BC为远处球半径，BC＝，AD为近处球半径，AD＝，O是眼的位置，OG是眼与球所在平面的垂直距离，OG＝，GA是眼与近处球的水平距离，

图10上面彩图中远近圆球视觉直径获得方式示意图

　　GA＝5m，OA是眼与近球的距离，，GB是眼与远球的水平距离，OB是眼与远球的距离，　m≈18m。

∠OCM＝1/2∠BOC，根据空间线面视知规则，CM是远OB的视觉平行线，由于平行线间距处处相等，则远球半径BC视觉长度，等于OM视觉长度；

∠ONM＝

1/2∠AON，根据空间线面视知规则，MN是OA视觉平行线，则AN视觉长度等于OM视觉长度，由于OM视觉长度等于BC视觉长度，则AN视觉长度等于BC视觉长度。

由于

OA视距处的AD和AN为参照线段，AN视觉长度被认可为等于其实际长度，则BC视觉长度等于AN线段长度。

OM可用公式计算得到，AN可以用公式计算得到：

通过计算结果可以看出，远近两球的视觉直径基本上是一样大小的，可是，远近不同距离的两墙间距视觉宽度却是远小近大。

视觉经验会告诉我们，视觉上远小近大的墙间距，其实是等宽的。

当远处墙间距知觉大小被理解等于近处墙间距知觉大小时，我们需要将远处墙间距视觉宽度按比例放大，远处墙间距放大的比率为：

近球处墙间距视觉宽度:

远球处墙间距视觉宽度＝1:

当远球位置的墙间距被按比例放大1:

倍时，远处球也会被相应放大1:

倍。

而近处球的视觉直径和远处球的视觉直径基本上是相等的，当远处球视觉直径因为墙间距知觉大小不变性而被放大1:

倍时，远处球知觉直径长度看起来就会比近处球知觉直径长度变大＝18％倍，而发表在自然杂志上目测实验得到的两球知觉直径差值为20％左右。

当然，我们是根据两球视觉直径差值为20％而设计的各项数据，我们还可以根据视觉计算理论设计出很多种铁轨错觉案例。

铁轨错觉也有很多种，通常情况下的铁轨错觉差率并没有彩图中的错觉差率这么大，这是因为两墙间距强制性的使得视觉上按照视线/平面一个方向时的视觉大小获得方式进行计算的结果，在某中意义上说，彩图中墙间距视觉大小的获得方式类似于头顶天空中太阳大小的获得方式，而远处小球视觉大小的获得方式则类似于地平线上太阳大小的获得方式，这正是彩图中错觉差率比较大的原因。

铁轨错觉的错觉比率不一定必然是20％，在不同的视场情况下，铁轨错觉的错觉比率是不一样的：

可以是20％，也也可以是任何一个错觉比率。

铁轨错觉现象的存在，证明了人视觉上确实是根据视距远近不同而调节衡量物体大小的视觉尺度：

远处物体用小的视觉尺度衡量看起来变小的物体，从而保证了物体知觉大小的恒常性。

我们观察天空中太阳的时候，也可以以不同的视觉尺度来理解太阳知觉大小，当我们选择较小的视觉尺度来度量远处物体或天边太阳时，物体或太阳的视觉直径就会被想象性地按比例放大相应的倍数。

我们观察远处楼口的窗户时，可以想象一个变小的自己能够爬进窗口，从而得到窗口的知觉大小。

我们观察地平线上的太阳时，如果我们静静的凝视太阳一会，就会感觉太阳好像变大了许多，调查过多人关于太阳大小的印象时，大部分人都会觉得太阳大小的伸缩尺度是比较大的，这就是因为我们可以用不同的视觉尺度或身体比例衡量太阳大小的结果：

当我们用小的身体比例去度量视觉上的太阳直径时，太阳知觉直径相对就会显得较大，我们用大的身体比例去度量视觉中太阳时，太阳知觉直径相对就会显得较小。

身体比例的调节可以通过皮层视初级区神经元群同步化的面积大小实现，这也是图8的错觉实验中，视觉上大的物体占据更大的初级区空间，视觉上小的物体占据小的初级区面积空间的原因。

3．总结

包括天空中太阳、月亮在内的一切物体视觉大小，都是受物体视觉大小获得的普遍规律制约的。

而物体视觉大小获得的普遍规律并不仅仅是视错觉这么简单，而是由一种更为精确的视觉计算机制实现。

视觉上是以垂直于物体表面的方式理解物体，并根据视轴

的视觉平行线得到物体视觉大小。

视轴视觉平行线的获得，是通过视注意力从视线视觉方向

性到空间物体表面视觉方向性之间相互转换过程中实现的，而视线视觉方向性和物体表面视觉方向性则是由视回路上的单质点对应神经原群同步化兴奋抑制表达和多质点对应的朝向性神经元群同步化兴奋抑制表达实现的，因而，空间物体视觉大小的获得是脑—神经系统自动实现的，不需要额外的理性分析。

从这点说，高等动物同样具有空间视觉计算的能力，而非人类独有。

天空中太阳也是通过视轴视觉平行线的方式获得的。

由于平行线间距离处处相等，因而，通过视轴视觉平行线就可以将远处太阳视觉直径转换成视觉上等值的近处空间直径面积大小。

近处空间面积是熟悉的，从而通过观察太阳时的视轴视觉平行线就能够实现太阳视觉直径大小的觉知。

视觉上在利用视轴视觉平行线获得天空中太阳大小的时候，头顶天空中太阳大小的获得方式和地平线上太阳大小的获得方式是有所区别的，这种区别造成了月亮错觉现象的产生。

仰望头顶天空的时候，空间被理解为以眼为中心，沿着视线平面