人眼是工程學(xué)上的一個(gè)奇跡。人體所有感官的受體有70%位于眼睛。40%的大腦皮層被認(rèn)為與視覺(jué)信息處理的某些方面有關(guān)聯(lián)。

1．視覺(jué)通路光是人類(lèi)視覺(jué)刺激的關(guān)鍵。光是一種電磁輻射，可以刺激視網(wǎng)膜從而產(chǎn)生視覺(jué)。在科學(xué)上電磁輻射按波長(zhǎng)（即相鄰兩個(gè)波峰之間的距離）分類(lèi)。電磁波譜的整個(gè)范圍包括無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X光和伽馬射線。如圖1所示，人眼僅能感覺(jué)電磁波譜中很窄的一段，即大致為波長(zhǎng)380nm至740nm的區(qū)間。

圖1：電磁波譜 在現(xiàn)實(shí)世界中，物體的可見(jiàn)顏色取決于其吸收或反射的光的波長(zhǎng)。只有反射光才能到達(dá)人眼，被感覺(jué)為某種顏色，即所謂的光譜反射。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，一般植物的葉子反射綠色波段，吸收紅色、橙色、藍(lán)色和紫色。1.1進(jìn)入眼睛人眼是一個(gè)復(fù)雜的光學(xué)感應(yīng)器，人眼與照相機(jī)在功能上比較類(lèi)似。 光通過(guò)照相機(jī)中的一系列光學(xué)元件，然后完成折射和聚焦。通過(guò)光圈控制光通量。穿過(guò)光圈孔的光最終達(dá)到成像平面（膠片/CCD/CMOS）。

圖2：人眼的縱剖面圖 如圖2所示，人眼執(zhí)行相同的基本功能：角膜和眼球晶狀體執(zhí)行聚焦功能，而虹膜則相當(dāng)于相機(jī)的光圈控制裝置。與相機(jī)不同的是，反向的光場(chǎng)不是落在膠片/CCD/CMOS上，而是落在極其敏感的視網(wǎng)膜上。1.1.1角膜來(lái)自視野內(nèi)各個(gè)方向的光最先進(jìn)入人眼的角膜。角膜是一個(gè)透明的球面結(jié)構(gòu)，其表面由組織良好的細(xì)胞和蛋白質(zhì)組成。人眼對(duì)光的折射大多數(shù)（約80%）在空氣與角膜的界面處完成，這是因?yàn)榻悄せ∶娓鱾€(gè)點(diǎn)的折射率差別很大。角膜后面是另外一個(gè)透明結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為眼球晶狀體。眼球晶狀體是一個(gè)精確的聚集結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠湫螤羁梢愿淖儯梢詫?shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)所需的不同有效焦距。這兩個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)之間的空間稱(chēng)為前房。前房充滿了由睫狀體產(chǎn)生的透明水狀液體，稱(chēng)為房水。房水為中間角膜和眼球晶狀體提供營(yíng)養(yǎng)（主要是氨基酸和葡萄糖），因?yàn)檫@兩個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)自身沒(méi)有血液供應(yīng)。角膜的前側(cè)通過(guò)眼淚獲取相同的營(yíng)養(yǎng)——人在眨眼時(shí)眼淚就分布在角膜的表面。1.1.2瞳孔光穿過(guò)角膜和充滿水狀物的前房后，其中的一部分穿過(guò)虹膜中間的孔——虹膜是一個(gè)彩色結(jié)構(gòu)。這個(gè)孔稱(chēng)為瞳孔。光通過(guò)瞳孔后便刺激視網(wǎng)膜。瞳孔看起來(lái)是黑色，這是因?yàn)榇┻^(guò)瞳孔的光大多數(shù)被眼睛的內(nèi)側(cè)吸收，幾乎沒(méi)有反射光。

圖3：瞳孔反射 瞳孔與相機(jī)的光圈孔類(lèi)似，其尺寸可以按視覺(jué)刺激的變化而變化。虹膜擴(kuò)張后的形態(tài)如圖3所示。在光比較少的情況下，瞳孔擴(kuò)大以讓更多的光進(jìn)入。在明亮的環(huán)境下，瞳孔則收縮，尺寸變小。這個(gè)不由自主的反應(yīng)稱(chēng)為瞳孔反射。1.1.3眼球晶狀體光穿過(guò)瞳孔后立即進(jìn)入一個(gè)稱(chēng)為眼球晶狀體的光學(xué)結(jié)構(gòu)。眼球晶狀體是一個(gè)幾乎完全透明、柔性的結(jié)構(gòu)，由同心的纖維細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成。大多數(shù)表層纖維代謝活躍，而且與角膜類(lèi)似，眼球晶狀體從環(huán)繞其周?chē)囊后w獲取營(yíng)養(yǎng)。（1）適應(yīng)性調(diào)節(jié)

圖4：眼球晶狀體適應(yīng)性調(diào)節(jié)的過(guò)程 眼球晶狀體由環(huán)繞其外圍的睫狀肌和懸韌帶固定位置。如圖4所示，當(dāng)眼睛處于松弛的狀態(tài)，比如當(dāng)你隨意眺望遠(yuǎn)方時(shí)，眼球晶狀體呈平直狀態(tài)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離視覺(jué)所需的最大焦距。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)形狀，環(huán)繞眼球晶狀體的睫狀肌（像所有的輻狀肌一樣）由收縮狀態(tài)變?yōu)閿U(kuò)大、開(kāi)放的狀態(tài)。此時(shí)，在連接睫狀肌和眼球晶狀體的懸韌帶上形成向外的張力，從而使眼球晶狀體呈平直狀態(tài)。當(dāng)眼睛關(guān)注的是近距離的物體時(shí)，則以上過(guò)程相反。環(huán)繞眼球晶狀體的睫狀肌收縮，這樣便釋放懸韌帶的張力，使眼球晶狀體處于自然的雙面外凸的更接近球狀的形狀，從而增加其關(guān)注近距離物體所需的折光力。這個(gè)變化過(guò)程稱(chēng)為適應(yīng)性調(diào)節(jié)。眼睛正是通過(guò)適應(yīng)性調(diào)節(jié)來(lái)改變其光學(xué)能力，使得觀察者可以根據(jù)視野中物體的遠(yuǎn)近快速變換焦距。 普遍認(rèn)為視網(wǎng)膜模糊是適應(yīng)性調(diào)節(jié)的刺激源，但這個(gè)過(guò)程與輻輳也有很大的關(guān)系。 眼球晶狀體在大約40歲以前都非常具有彈性，40歲以后便逐漸喪失其彈性。因外圍結(jié)構(gòu)的代謝活動(dòng)而變得越來(lái)越僵硬，到55歲左右，睫狀肌的收縮不再能改變眼球晶狀體的形狀。（2）映像反向人眼擁有一個(gè)復(fù)合的鏡片系統(tǒng)。光進(jìn)入眼睛時(shí)穿過(guò)一系列介質(zhì)，先是穿過(guò)空氣，然后進(jìn)入密度更高的介質(zhì)（角膜）。大約80%的折射和聚集由角膜實(shí)現(xiàn)，剩余的20%由眼球晶狀體實(shí)現(xiàn)。角膜是結(jié)實(shí)的固定鏡片結(jié)構(gòu)，而眼球晶狀體則是可變的、雙面凸起的鏡片結(jié)構(gòu)。按凸透鏡的折射原理，光束會(huì)穿過(guò)位于另一側(cè)的焦點(diǎn)。如圖5所示，進(jìn)入眼睛的光場(chǎng)在到達(dá)視網(wǎng)膜之前在光學(xué)上是反向的。

圖5：映像反向1.1.4玻璃體光在穿過(guò)眼球晶狀體后進(jìn)入眼睛的玻璃體，玻璃體充滿透明的膠狀物質(zhì)，稱(chēng)為房水。光可以很容易地穿過(guò)房水，因?yàn)榉克谶@方面有完美的特性。房水由98%的水、透明質(zhì)酸（增加黏稠度）、網(wǎng)狀的纖細(xì)膠原纖維（房水由此而呈膠狀）以及各種鹽和糖組成。房水基本靜止，不能進(jìn)行主動(dòng)性再生，也不能通過(guò)血管補(bǔ)給。1.2映像的形成與探測(cè)1.2.1視網(wǎng)膜視覺(jué)過(guò)程始于眼睛的光學(xué)結(jié)構(gòu)把光聚集在視網(wǎng)膜（英文“retina”，源于拉丁語(yǔ)“rete”，意思是網(wǎng)絡(luò)）上。視網(wǎng)膜是一個(gè)多層的感官組織，覆蓋眼睛大約65%的內(nèi)表面，其功能類(lèi)似于照相機(jī)的膠片/CCD/CMOS。視網(wǎng)膜的厚度為0.15毫米至0.320毫米。

圖6：視網(wǎng)膜形態(tài) 如圖6所示，靠近視網(wǎng)膜中間的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為斑，斑的中間稱(chēng)為中央凹。當(dāng)我們注視一個(gè)物體時(shí)，中央凹便自然地將該物體置于中心位置。中央凹是視網(wǎng)膜上靈敏度最高的點(diǎn)。眼睛的整個(gè)復(fù)雜的上層結(jié)構(gòu)就是為實(shí)現(xiàn)視網(wǎng)膜的功能而存在的。

圖7：人眼視網(wǎng)膜的橫截面圖 視網(wǎng)膜幾乎是完全透明的。光落在視網(wǎng)膜上，或者說(shuō)直接穿過(guò)視網(wǎng)膜，直至其最深的一層，這一層稱(chēng)為色素上皮層，如圖7所示。此時(shí)圖像反射回至直接相鄰的一層，這一層上有感光神經(jīng)元。1.2.2視桿和視錐眼睛感光細(xì)胞，因其形狀而稱(chēng)為視桿和視錐，實(shí)際上是背朝光的方向。視桿的數(shù)量較多，負(fù)責(zé)在低光能級(jí)時(shí)的視覺(jué)，是非常靈敏的運(yùn)動(dòng)探測(cè)器。視桿主要存在于視網(wǎng)膜的外圍區(qū)域，負(fù)責(zé)邊界視覺(jué)。視錐在高光能級(jí)時(shí)處于活躍狀態(tài)，空間靈敏度很高，負(fù)責(zé)感知顏色。 從色素上皮層反射的光與兩種光色素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：視錐中的視紫藍(lán)質(zhì)（在明亮的環(huán)境下反應(yīng)）和視桿中的視紫紅質(zhì)（在昏暗的環(huán)境下反應(yīng)）。這個(gè)化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為異構(gòu)化，其結(jié)果是改變了感光細(xì)胞的電性能并釋放神經(jīng)傳送體（化學(xué)傳送體/傳送體物質(zhì)）。這些神經(jīng)傳送體刺激相鄰的神經(jīng)元，從而使神經(jīng)脈沖在細(xì)胞間以接力的方式傳遞。

圖8：不同的視錐和視桿的反應(yīng)曲線 如圖8所示，按實(shí)際測(cè)量的反應(yīng)曲線，單個(gè)視錐能感知以下三種光照環(huán)境之一：紅色（數(shù)量最多），在波長(zhǎng)為564nm時(shí)最靈敏；綠色，在波長(zhǎng)為533nm時(shí)最靈敏；藍(lán)色，在波長(zhǎng)為437納米最靈敏。視桿在波長(zhǎng)為498nm時(shí)最靈敏（綠色-藍(lán)色）。 來(lái)自于視桿和視錐的脈沖刺激雙極細(xì)胞，后者又相應(yīng)刺激神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。這些脈沖傳至神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的軸突，通過(guò)視神經(jīng)和視覺(jué)盲點(diǎn)傳至大腦的視覺(jué)中心。1.2.3視桿和視錐的密度每個(gè)視網(wǎng)膜內(nèi)有大約1億至1.2億個(gè)視桿感光細(xì)胞、7千萬(wàn)至8千萬(wàn)個(gè)視錐感光細(xì)胞。

圖9：視桿和視錐的密度 如圖9所示，大多數(shù)視錐集聚于中央凹，而視桿密集于其他區(qū)域（不存在于中央凹）。雖然一般白天的光照水平下視覺(jué)以視錐的作用為主導(dǎo)，但人眼視網(wǎng)膜中的視桿數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于視錐。 有必要指出的是，視覺(jué)盲點(diǎn)區(qū)域（更準(zhǔn)確地說(shuō)是視神經(jīng)頭）沒(méi)有感光細(xì)胞。沒(méi)有感光細(xì)胞意味著在這個(gè)區(qū)域感受不到光，從而使每只眼睛有一個(gè)盲點(diǎn)。左眼的視覺(jué)盲點(diǎn)位于視覺(jué)中心的左方，而右眼的情況則相反。雙眼同時(shí)睜開(kāi)時(shí)，我們感覺(jué)不到視覺(jué)盲點(diǎn)，因?yàn)閮蓚€(gè)眼睛的視野部分重疊，

圖10：視覺(jué)盲點(diǎn)測(cè)試圖片 按圖10所示的圖片，可以找到你的視覺(jué)盲點(diǎn)。 可以按下述方法找到每只眼睛的視覺(jué)盲點(diǎn)：先遮住你的右眼，然后注視圖10中左邊的點(diǎn)。同時(shí)保持對(duì)圖10中右邊十字形的視覺(jué)，但不要直視。然后將臉慢慢靠近圖片。當(dāng)臉與圖片的距離達(dá)到某個(gè)點(diǎn)，十字形消失了。按相反的方式重復(fù)上述步驟即可找到右眼的盲點(diǎn)。2．空間視覺(jué)和深度感知線索每一秒鐘都有幾十億個(gè)信息片段傳送到大腦皮層。信息流傳送的過(guò)程是信息得以不斷提煉的過(guò)程，也是信息的組織復(fù)雜性不斷提高的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程的每個(gè)階段，神經(jīng)元按非常具體的刺激模式組織起來(lái)，脈沖在大腦皮層的目標(biāo)區(qū)域不同，則其內(nèi)容和刺激源也不同。理論上，信息表現(xiàn)的性質(zhì)（神經(jīng)脈沖的模式）被認(rèn)為是從模擬性向象征性轉(zhuǎn)變。2.1非來(lái)自于視網(wǎng)膜的信息線索非來(lái)自于視網(wǎng)膜的深度信息線索是那些不是由進(jìn)入眼睛并彌漫在視網(wǎng)膜上的光圖案形成的刺激源或信息片段，而是來(lái)自于其他生理過(guò)程。2.1.1適應(yīng)性調(diào)節(jié)當(dāng)人眼處于放松的狀態(tài)，比如當(dāng)你隨意眺望遠(yuǎn)方時(shí)，眼球晶狀體呈平直狀態(tài)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離視覺(jué)所需的最大焦距。

圖11：適應(yīng)性調(diào)節(jié) 如圖11所示，當(dāng)眼睛關(guān)注的是近距離的物體時(shí)，則以上過(guò)程相反。環(huán)繞眼球晶狀體的睫狀肌收縮，這樣便釋放懸韌帶的張力，使眼球晶狀體處于自然的雙面外凸的更接近球狀的形狀，從而增加其關(guān)注近距離物體所需的折光力。 適應(yīng)性調(diào)節(jié)是一個(gè)不自覺(jué)的生理過(guò)程，這樣眼睛的鏡片結(jié)構(gòu)的視覺(jué)能力可以變化以聚焦進(jìn)入眼睛、落在視網(wǎng)膜上的光。普遍認(rèn)為視網(wǎng)膜模糊是適應(yīng)性調(diào)節(jié)的刺激源，但這個(gè)過(guò)程與輻輳也有很大的關(guān)系。也有理論研究認(rèn)為是睫狀肌本身的運(yùn)動(dòng)形成了這種信息線索。2.1.2輻輳最強(qiáng)大的深度信息線索是眼睛的輻輳運(yùn)動(dòng)，即雙眼的中央凹同時(shí)指向近距離視野中的物體。這個(gè)眼球運(yùn)動(dòng)功能也是雙眼視覺(jué)的基礎(chǔ)。

圖12：輻輳反射 如圖12所示，這個(gè)過(guò)程意味著雙眼同時(shí)繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但方向相反。轉(zhuǎn)動(dòng)的角度足以使注視近距離的物體時(shí)所投射的圖像與雙眼視網(wǎng)膜的中心對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)注視近視野中的一個(gè)物體時(shí)，雙眼以相互趨近的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，或聚攏。當(dāng)注視遠(yuǎn)視野中的一個(gè)物體時(shí)，雙眼以相互偏離的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，或分開(kāi)。 雙眼以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)為非結(jié)合性動(dòng)作。實(shí)際上眼睛的所有其他動(dòng)作都是一起的，或結(jié)合性的。 調(diào)節(jié)和輻輳?fù)ǔＪ窍嗷ヂ?lián)系的生理過(guò)程。比如，將眼睛聚焦在遠(yuǎn)處的某個(gè)東西，然后將你的注意力轉(zhuǎn)移到近處的某個(gè)物體，這個(gè)過(guò)程的一開(kāi)始你的雙眼相互靠近以注視近視野中的物體。此時(shí)在視網(wǎng)膜上形成的圖像看起來(lái)更大，并且模糊（焦距還沒(méi)調(diào)整好）。這個(gè)模糊的圖像于是觸發(fā)適應(yīng)性調(diào)節(jié)的生理反射，從而使得眼球晶狀體的光能量改變，并將視網(wǎng)膜上的圖像的焦距調(diào)整精確。 另外，輻輳和調(diào)節(jié)提供給大腦的視覺(jué)線索并不相互匹配，或者說(shuō)沒(méi)有耦合關(guān)系。 上述輻輳線索還有一個(gè)方面，就是在六塊眼外肌內(nèi)形成張力（見(jiàn)圖13），眼外肌控制眼睛的動(dòng)作。

圖13：六塊眼狀肌2.2雙眼視覺(jué)信息線索雙眼視覺(jué)深度信息線索是那些雙眼同時(shí)觀看一個(gè)場(chǎng)景時(shí)所探測(cè)到的信息源或信息片段，兩只眼睛是從各自稍微不同的有利位置提供這些信息線索。兩只眼睛所看到的場(chǎng)景由大腦進(jìn)行三維整合，這樣便可以理解現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境。 雙眼視覺(jué)是兩只眼睛的視覺(jué)。雙眼視覺(jué)的主要深度信息線索稱(chēng)為立體視覺(jué)，是視網(wǎng)膜或水平差異性的結(jié)果。我們有兩只眼睛，其橫向的平均距離為約2.5英寸（63毫米）。兩只眼睛從各自稍微不同的角度捕捉場(chǎng)景。如圖14所示，立體視覺(jué)是通過(guò)大腦對(duì)兩只眼睛所看到的不同場(chǎng)景根據(jù)視網(wǎng)膜影像的不同進(jìn)行補(bǔ)償、建構(gòu)而獲得的深度感覺(jué)。

圖14：立體視覺(jué) 據(jù)研究稱(chēng)，在雙眼視野中，一側(cè)視網(wǎng)膜上的點(diǎn)在另一側(cè)的視網(wǎng)膜上也有一個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。兩個(gè)視網(wǎng)膜上的點(diǎn)相互對(duì)應(yīng)，與觀察者眼前一個(gè)稱(chēng)為雙眼視界的區(qū)域有關(guān)，如圖15所示。術(shù)語(yǔ)“horopter”（雙眼視界）的意思為視覺(jué)的范圍，由Fran?oisd'Aguilon（比利時(shí)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和建筑設(shè)計(jì)師）于1613年首創(chuàng)。這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是某特定固定距離上物體的點(diǎn)在相應(yīng)的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)上所形成影像的軌跡。因此，可以通過(guò)物體畫(huà)一條線，而這條線上所有的點(diǎn)在兩個(gè)視網(wǎng)膜上都有相同的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。這樣我們看到的物體就是一個(gè)單一的點(diǎn)。理論上，雙眼視界是這樣一個(gè)軌跡空間：其中每一個(gè)點(diǎn)的成像都對(duì)應(yīng)于雙眼注視的一個(gè)點(diǎn)。

圖15：雙眼視界的概念 圖15中，雙眼視界是與注視的差異性對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在空間中的軌跡。從理論角度來(lái)說(shuō)，這是在兩個(gè)視網(wǎng)膜上投射出在解剖學(xué)上相同或?qū)?yīng)點(diǎn)的空間中的所有點(diǎn)。注意點(diǎn)R、P和Q如何在兩個(gè)視網(wǎng)膜上形成相同的影像 按照這個(gè)模型，如果對(duì)應(yīng)的點(diǎn)至視網(wǎng)膜的水平距離正常，則雙眼視界是分別經(jīng)過(guò)兩只眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)中心和注視點(diǎn)的圓。因此，當(dāng)注視點(diǎn)變近，則這個(gè)圓變小。2.3單眼視覺(jué)信息線索2.3.1運(yùn)動(dòng)視差運(yùn)動(dòng)視差即觀察者移動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)近處的物體看起來(lái)比遠(yuǎn)處的物體移動(dòng)得更快，這是一種強(qiáng)大的、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的信息線索。

圖16：運(yùn)動(dòng)視差 圖16示意的就是這種現(xiàn)象。從物理學(xué)的角度，形成這種視覺(jué)現(xiàn)象的原因是圖像在眼睛視網(wǎng)膜上移動(dòng)的速度。近處的物體相對(duì)于遠(yuǎn)處的物體進(jìn)入、穿過(guò)和退出你視野的速度快很多。 這種視覺(jué)信息線索提供有關(guān)相對(duì)深度差異的重要信息，可以可靠地建構(gòu)三維場(chǎng)景，幫助我們?cè)诃h(huán)境中航行。圖像在視網(wǎng)膜上的運(yùn)動(dòng)形成兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)邊界：與觀察者運(yùn)動(dòng)方向平行則提供穿越性的信息；與觀察者的運(yùn)動(dòng)方向垂直則提供有關(guān)動(dòng)態(tài)遮蔽的信息，即近視野中的物體動(dòng)態(tài)地遮蔽或顯露遠(yuǎn)視野中的物體。2.3.2遮擋當(dāng)一個(gè)物體阻擋了觀察者對(duì)另一個(gè)物體的視線時(shí)，便形成遮蔽（又稱(chēng)為干涉）信息線索。此時(shí)觀察者會(huì)感覺(jué)到處于阻擋位置的物體比被阻擋的物體更近。從圖17可以很清楚地看到一點(diǎn)。

圖17：遮蔽（或干涉） 圖中的汽車(chē)一輛一輛地被遮蔽，由此我們可以很明確地感覺(jué)到深度。遮蔽所顯示的是相對(duì)距離（而不是絕對(duì)距離）。 有研究進(jìn)一步證明了這種信息線索在立體深度感官方面可能很重要。有些研究指出遮蔽信息線索在立體深度感官方面的主要功能是確定深度的非連續(xù)性以及阻擋物的邊界。2.3.3刪除和增強(qiáng)遮蔽現(xiàn)象有兩個(gè)組成部分：刪除（隱藏）和增強(qiáng)（顯露），指的是當(dāng)你的觀察點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，近視野中的物體或表面顯露或遮蔽遠(yuǎn)視野中的物體或表面。 在現(xiàn)實(shí)和虛擬的環(huán)境中，如果近視野中的物體或表面比遠(yuǎn)視野中的物體或表面相對(duì)于觀察者的距離要小很多，則當(dāng)你移動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)處物體的刪除或增強(qiáng)的速度會(huì)更快，如圖18所示。相反，如果兩個(gè)物體都在遠(yuǎn)視野中且相互之間的距離很小，則刪除或增強(qiáng)的速度要慢一些。

圖18：刪除（隱藏）和增強(qiáng)（顯露） 即使不明顯，無(wú)論觀察者往任何方向移動(dòng)，刪除和增強(qiáng)現(xiàn)象都會(huì)發(fā)生。2.3.4線性透視線性透視線條會(huì)聚集在遠(yuǎn)處的某個(gè)單一的點(diǎn)，是一種單眼視覺(jué)信息線索。如圖19所示，當(dāng)注視某處走廊的照片時(shí)，我們知道圖中的墻壁間的距離并不會(huì)越來(lái)越小，而是始終保持平行的。

圖19：線性透視2.3.5動(dòng)態(tài)深度效應(yīng)（源于運(yùn)動(dòng)的視覺(jué)結(jié)構(gòu)）動(dòng)態(tài)深度效應(yīng)是由物體的運(yùn)動(dòng)形成的對(duì)物體的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的感知。沒(méi)有移動(dòng)介質(zhì)很難解釋或展示，但你可以想象一個(gè)懸空在光和墻壁之間的立方體。如果靜止不動(dòng)，那么這個(gè)立方體的輪廓看起來(lái)可能像是圖20中的任何一個(gè)。即使是圖左上方的四方形從感官上來(lái)看也只是一個(gè)四方形。但當(dāng)逐個(gè)觀察其余的圖形，大多數(shù)觀察者很快就會(huì)感覺(jué)到這些輪廓圖是源于一個(gè)立方體，即使沒(méi)有其他深度信息或表面細(xì)節(jié)。

圖20：動(dòng)態(tài)深度效應(yīng) 有關(guān)如何感知三維形狀主要有兩個(gè)理論。第一個(gè)理論認(rèn)為三維形狀感知是因?yàn)槲矬w移動(dòng)時(shí)視網(wǎng)膜上所模擬生成的圖像會(huì)變化，第二個(gè)理論認(rèn)為是與之前的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。在大多數(shù)情況下，動(dòng)態(tài)深度效應(yīng)是與其他深度信息線索一同感知，比如上述運(yùn)動(dòng)視差。2.3.6尺寸經(jīng)驗(yàn)如果知道遠(yuǎn)處某個(gè)物體的大小，我們的大腦能根據(jù)這方面的理解估測(cè)絕對(duì)距離。有些研究認(rèn)為，這一點(diǎn)可以重新定性為我們對(duì)身體的尺寸和物體的尺寸的相對(duì)關(guān)系的意識(shí)，因?yàn)槔斫庖粋€(gè)物體的尺寸必須以某個(gè)相對(duì)尺寸為基礎(chǔ)，那么身體是我們所擁有的、可以用來(lái)作為比較的相對(duì)尺寸2.3.7相對(duì)尺寸如果兩個(gè)物體的尺寸相仿，但因?yàn)橄鄬?duì)于觀察者的距離不同而看起來(lái)尺寸不一樣，我們便能感知在視網(wǎng)膜上成像比較小的距離較遠(yuǎn)，而成像較大的則距離較近。這種深度信息線索主要是基于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。

圖21：相對(duì)尺寸 如圖11所示，如果兩個(gè)物體的尺寸相同，但與觀察者的距離不一樣，則較遠(yuǎn)者在視網(wǎng)膜上所占據(jù)的面積要小。如果視網(wǎng)膜上的成像較大，則看起來(lái)更近2.3.8立體透視立體透視（又稱(chēng)為空氣透視）指光因遠(yuǎn)處物體或場(chǎng)景與觀察者之間的空氣中有顆粒物（比如水蒸氣和煙塵）而發(fā)生散射的效應(yīng)。如圖22所示，距離越遠(yuǎn)，則物體或場(chǎng)景與其背景之間的對(duì)比度越小。物體上的標(biāo)識(shí)和細(xì)節(jié)也是如此。遠(yuǎn)處的山變得越來(lái)越不飽和，并逐漸過(guò)渡到背景顏色。列奧納多·達(dá)·芬奇將這種信息線索稱(chēng)為“消失之透視”。

圖22：立體透視2.3.9紋理遞變紋理遞變是指物體的紋理和圖案隨著相對(duì)于觀察者的距離增加看起來(lái)發(fā)生逐漸變化，即從粗大變得細(xì)小（或變得越來(lái)越不清楚）。如圖23所示，凸凹有致的鵝卵石隨著相對(duì)于觀察者的距離增加變得越來(lái)越不清晰，直至變得看起來(lái)像是一個(gè)連續(xù)的平面。

圖23：紋理漸變效應(yīng) 這種信息線索有以下三個(gè)特點(diǎn)： ?透視逐漸過(guò)渡——隨著距離增加，與傾面或觀察角度垂直的單個(gè)紋理圖案間的分割度變得越來(lái)越小。 ?壓縮逐漸過(guò)渡——隨著距離增加，紋理圖案的視覺(jué)高度變得越來(lái)越小。 ?密度逐漸過(guò)渡——隨著距離增加，視覺(jué)單位面積的紋理圖案數(shù)變得越來(lái)越大。2.3.10照明/影線/陰影照明、影線和陰影是感知場(chǎng)景深度和物體幾何尺寸的有力信息線索，其效果的變化范圍很大。陰影的角度和對(duì)比度影響所感知的深度。一個(gè)物體因另一個(gè)物體而形成的陰影和反射可提供關(guān)于距離和位置的信息。如果一個(gè)物體的陰影較小、較清晰，則一般表明該物體至陰影投影所在物體或平面的距離較小。類(lèi)似地，如果增大陰影面積并使陰影的輪廓邊緣模糊，在視覺(jué)上會(huì)感覺(jué)深度更大。光與非平整表面的交互方式可在很大程度上顯示其幾何尺寸和紋理的信息。圖24顯示了這方面的幾種不同效果。

圖24：影線和陰影2.3.11視像擴(kuò)大將你的手臂平直伸出，手掌向上，然后將你的手慢慢向臉移動(dòng)。當(dāng)你的手越來(lái)越靠近，投射于你的視網(wǎng)膜上的圖像相應(yīng)變得越來(lái)越大、遮蔽的背景也越來(lái)越多。這種視覺(jué)信息線索稱(chēng)為視像擴(kuò)大，這不僅可以幫助觀察者感覺(jué)物體的移動(dòng)，還有助于觀察者感覺(jué)距離。 人在很小的年紀(jì)便開(kāi)始形成這種對(duì)動(dòng)態(tài)刺激源的感知，比如，我們可以觀察到嬰兒在一個(gè)物體直接向其移動(dòng)時(shí)會(huì)表現(xiàn)出協(xié)調(diào)一致的防御性反應(yīng)。 圖25是用靜止畫(huà)面表示這種視覺(jué)信息線索的效果。不僅距離越小物體看起來(lái)越大，而且背景信息線索越來(lái)越少，直至消失。

圖25：視像擴(kuò)大的視覺(jué)效果2.3.12相對(duì)高度在一般的視覺(jué)條件下，對(duì)于處在同一平面的不同物體，處于近視野者的視網(wǎng)膜成像位于視網(wǎng)膜的下部區(qū)域，而處于遠(yuǎn)視野者的視網(wǎng)膜成像位于視網(wǎng)膜的上部區(qū)域。這種現(xiàn)象可以通過(guò)圖26所示的簡(jiǎn)單例子來(lái)解釋。

圖26：相對(duì)高度的概念 其中的關(guān)鍵是你的高度相對(duì)于視野中的物體的高度。相反，如果是位于你的視點(diǎn)上方的同一平面上的不同被觀察物，比如天花板上的一排燈籠，近處的物體位于視網(wǎng)膜的下部區(qū)域，遠(yuǎn)處的物體則處于上部區(qū)域。很多個(gè)世紀(jì)以前藝術(shù)家就開(kāi)始采用這種技術(shù)在二維的圖紙和繪畫(huà)上描繪深度。

審核編輯 ：李倩