Overview
Quelle: Labor von Jonathan Flombaum, Johns Hopkins University
Die schwierigste Herausforderung der visuellen Wahrnehmung wird oft als eine Wiederherstellung von Informationen zu dreidimensionalen Raum von zweidimensionalen Netzhaut bezeichnet. Die Netzhaut ist das lichtempfindliche Gewebe im Inneren des menschlichen Auges. Licht wird reflektiert, von Objekten in der Welt, Gießen Projektionen auf der Netzhaut, die diese lichtempfindlichen Zellen stimulieren. Objekte, die Side-by-Side in der Welt erzeugt ein Side-by-Side-Stimulationen auf der Netzhaut. Aber Objekte, die weiter entfernt von den Betrachter nicht weiter entfernte Stimulationen, im Vergleich zu nahe gelegenen Objekten, die produzieren. Entfernung-die dritte Dimension-auf der Netzhaut zusammengebrochen ist.
Wie sehen wir in drei Dimensionen? Die Antwort ist, dass das menschliche Gehirn eine Vielzahl von Annahmen und Heuristiken gilt, um Rückschlüsse über die Distanzen, die angesichts der Beiträge auf der Netzhaut zu machen. In der Studie von Wahrnehmung gibt es eine lange Tradition der Verwendung von optischen Täuschungen als eine Möglichkeit, einige dieser Heuristik und Annahmen zu identifizieren. Wenn Forscher welche Tricks das Gehirn verwendet wird kennen, sollte sie in der Lage, das Gehirn dazu zu ungenau die Dinge zu sehen. Dieses Video zeigt Ihnen, wie man ein Ames-Raum, eine visuelle Illusion zu bauen, die eine der Annahmen, die durch die menschliche visuelle System angewendet werden, um visuelle Tiefe erholen veranschaulicht.
Procedure
(1) Materialien
- Baue ein Ames-Raum benötigen Sie vier Stück Karton, jeweils 1 ft hoch. Die vier Stücke sollten variieren in der Länge, einschließlich ein Stück 2-ft, zwei 1-ft-Stücke und ein Stück, das 1,5-ft lang ist.
- Außerdem benötigen Sie zwei Figuren von einigen Art, Action-Figuren, Spielzeugsoldaten, auch ausgestopfte Tiere tun das der Trick. Die beiden sollten ungefähr die gleiche Höhe und kürzer als ¾-ft hoch.
- Ein Teppichmesser und Kleber oder Klebeband wird auch notwendig sein.
2. Montage der Ames-Raum
- Beginnen Sie mit einem der beiden 1-ft aus Pappe. Setzen Sie einen Pfennig darauf, mitten im Zentrum und verwenden die Teppichmesser schneiden um den Pfennig, ein Loch zu produzieren. Dies wird die Blende für die Ames-Raum sein.
- Abbildung 1 zeigt schematisch die drei ersten Schritte der Versammlung in 2.2 beschrieben. -2,4. Stand-up das Stück mit dem Loch und auf der rechten Seite Anhängen 1 ft Stück Pappe, so dass die beiden einen rechten Winkel bilden. Sie haben ein Objekt, das aussieht wie in Abbildung 1a, als von oben sah.
Abbildung 1: Aufbau einer Ames-Raum beläuft sich auf Gebäude (aus Pappe) ein unregelmäßiges vierseitiges Polygon. Der erste Schritt ist ein Penny-Größe Guckloch in einem 1-ft Stück Pappe zu schnitzen. Dann befestigen Sie eine gleich große Stück Pappe, einen ständigen, rechten Winkel wie das abgebildete in (A) zu produzieren. Als nächstes bringen Sie ein 2-ft Stück Pappe, auch rechtwinklig bündig, auf der linken Seite des Stückes mit dem Guckloch. Das Ergebnis ist in b schematisiert. Schließlich bringen Sie ein 1,5-ft Stück Karton, um das Polygon zu schließen. Das Endprodukt ist in C. dargestellt.
- Befestigen Sie nun die zwei ft-Stück auf der anderen Seite des Stückes mit der Blende. Sie haben ein Objekt, das wie in Abbildung 1 b als sah von oben aussieht.
- Schließlich legen Sie die 1,5-ft-Stück um die Struktur zu schließen. Sie haben ein vierseitiges Polygon wie in Abbildung 1 c.
- Der Ames-Raum und erzeugen die Illusion nehmen die beiden Figuren und legen Sie einen an den Scheitelpunkten jeweils, wo legt der 1,5-ft-Karton für den Rest der Struktur. In Abbildung 2sind diese beiden Standorte durch grüne Kreise gekennzeichnet. Die Figuren sollten die Blende gegenüberstehen.
Abbildung 2: die grünen Punkte kennzeichnen die relative Platzierung der Figuren innerhalb der Ames-Raum. Um die stärkste Illusion zu erzeugen, ist es wichtig, dass die beiden Figuren auf den beiden rechten-Winkel Scheitelpunkten des Polygons platziert werden.
(3) sehen die illusion
- Um die Illusion zu sehen, schauen Sie in den Ames-Raum mit einem Blick durch die Blende.
Visuelle Illusionen nutzen oft die Tatsache, dass eine Person aus beiden Augen zu sehen, die Welt in drei Dimensionen Input erhält.
Z. B. wenn jemand mit einem Freund durch ihre offenen Wohnungstür redet, werden sie dieses Individuum als ein paar Schritte vor der Flur Wand stehend zu erkennen. Diese Wahrnehmung beruht unter anderem darauf hin, dass die Person Gehirn erhält und zwei Bilder des Freundes verbindet – eine aus dem rechten Auge, und eine andere von der linken Seite.
Jedoch wenn die Tür plötzlich geschlossen und der Mieter knallt wird gezwungen, ihren Freund mit einem Auge durch ein Loch betrachten – Größe und Tiefe immer schwieriger zu beurteilen.
Der Ames-Raum – eine Struktur benannt nach seinem Erfinder Augenarzt distância Ames – manipuliert diese binokularen Aspekt der Vision und geschickt nutzt Geometrie um zu verleiten, dass das visuelle System Objektgrößen zu identifizieren, da anders als in der Tat sein, sie sind das gleiche.
Dieses Video veranschaulicht, wie ein Ames-Raum, Dokumente zu entwerfen, die die Illusion erstellt und erläutert, wie eine solche Täuschung in Spezialeffekte für Filme verwendet wird.
In diesem Experiment Teilnehmer anzeigen eine verzerrte Ausstellung mit einem einzigen Auge spähte durch eine Blende – das gesamte Setup wird der Ames-Raum. Die erzwungene Perspektive stellt sicher, dass das Gehirn nur ein Bild der Szene erhält, und keine Tiefe des kontralateralen Auges Queues.
Der geometrische Trick dabei ist, dass das Display mit Seitenwänden mit unregelmäßiger Länge, machen die Rückwand Diagonale statt Parallel zur vorderen Wand aufgebaut ist. Solche Konstruktion erzeugt keine rechten Winkel, die in einem Raum erwartet werden.
Stattdessen entsteht eine Situation wo zwei gleich große Figuren – in den hinteren Ecken platziert – variieren in der Entfernung von der Blende. Das heißt, ist die auf der linken Seite weiter entfernt als die auf der rechten Seite.
Die Teilnehmer werden gebeten, zu berichten, was sie sehen, und ihre Antworten werden als abhängige Variable erfasst. Es wird erwartet, dass sie das Zeichen auf der rechten Seite meldet als viel größer, obwohl sie die gleiche Größe sind.
Bevor die Teilnehmer ankommen, montieren eine kleiner skaliert Version des Ames-Raum, mit Schere oder ein Messer, ein Lineal, Klebeband, vier, ein Fuß breit Karton Stücke mit unterschiedlichen Längen und zwei gleich große Action-Figuren.
Stellen Sie zuerst die Blende: Spur um einen Pfennig in der Mitte eines langen Stücke. Um diese Umrisse schneiden Sie und dann drücken Sie den Teil, um ein kleines Loch zu verlassen. Stehen Sie diesem Segment, bis und mit Klebeband, fügen Sie es auf den anderen ein-Fuß lange Teil des Karton bilden einen 90° Winkel auf der rechten Seite.
Befestigen Sie nun die zwei-Fuß-Stück auf der linken Seite, bilden ein weiteres 90°-Winkel. Schließlich verbinden Sie die verbleibenden One Foot Abschnitt, um das Polygon geschlossen. Beachten Sie, dass die Rückseite nicht rechten Winkel bilden sollten.
Mit dem Display montiert, zwei Figuren der gleichen Höhe in den hinteren Ecken zu platzieren – an jedem Eckpunkt.
Um das Experiment zu starten, stellen Sie sicher, dass der Rücken bedeckt ist, um zu vermeiden, offenbart die Ausstellung schiefe Geometrie und Sitz eines Teilnehmers im Vordergrund. Erläutern Sie, dass sie zu untersuchen, die Blende und den Bericht, der die beiden Zeichen größer ist.
An dieser Stelle erlauben der Teilnehmers in zu lehnen. Während sie im Inneren peering ist, gefragt, welche größer ist, und notieren Sie ihre Antwort. [Teilnehmer sagt: Recht ist größer.]
In dieser Demonstration war der Teilnehmer verleiten ausgetrickst, die die Zeichen in der Größe unterscheiden. In diesem Fall berichtete sie, dass die richtige Figur als größer als die linke.
Hier, die zugrunde liegende Erwartung basierte auf früheren Erfahrungen –, dass die Wände im rechten Winkel legen sollte. Da das Gehirn nicht gegenläufige Beweise sammeln konnte – wie das, was mit dem anderen Auge zur Verfügung gestellt werden könnte — es daher die Annahme angewendet. Dies führte in den Raum erscheinen rechteckig, mit der hinteren Wand die gezeigten Position besetzen.
Dann die Folge war, dass die beiden Figuren Side-by-Side. Nun, scheinbar auf der Netzhaut – zwei unterschiedlich große Projektionen – wurde als ein Größenunterschied, anstatt durch die Objekte in unterschiedlichen Entfernungen vom Betrachter stehen verursacht durch das Gehirn interpretiert.
Nun, da Sie mit der Ames-Raum Illusion vertraut sind, schauen Sie wie ihre Grundsätze in Situationen, in denen Special Effects und virtual Reality Anzeige angewendet werden.
Im Inneren ein Ames-Raum wurden viele Filmszenen gedreht festgelegt. Da die Bilder durch die Öffnungen von Kameras erfasst werden, Direktoren können zeigen Schauspieler als super klein und ein Roboter als viel größer als es wirklich ist, positionieren sie einfach entsprechend durch den Raum.
Hilft uns zu verstehen, die Signale, die durch den Menschen benötigt, um die visuelle Welt in 3D wahrnehmen, half der Ames-Raum auch Forscher besser virtual-Reality-Werkzeuge zu entwerfen, die Größe Illusionen zu beschäftigen.
Solche Systeme können tatsächlich helfen Einzelpersonen nach Hause Umbau und Design-Projekte zu visualisieren. Mithilfe von virtual-Reality-Geräten können Objekte werden so positioniert, dass Zuschauer die Aktualität der Darstellung in einem gegebenen Raum wahrnehmen können.
Sie haben nur Jupiters Video auf der Ames-Raum angesehen. Jetzt haben Sie ein gutes Verständnis der wie die Ausstellung zu entwerfen und ausführen die Demonstration, wie Antworten Auslegung und Anwendung der Prinzipien, die hinter der Illusion.
Danke fürs Zuschauen!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
Was sehen Sie, wenn Sie in der Ames-Raum aussehen? Abbildung 3 schematizes die Wirkung der Figur auf der rechten Seite sollte viel größer als die auf der linken Seite aussehen, obwohl Sie wissen, sie sind gleich groß.
Abbildung 3: Schematische Darstellung dessen, was Menschen in der Ames-Raum sehen, im Vergleich zu der Tatsache, d. h. , was tatsächlich da ist. Die Abbildung rechts zeigt die wahren Größenverhältnisse und Abstände der Figuren im Raum: sie sind gleich groß, und die auf der linken Seite ist weiter vom Betrachter weg. Aber beim Blick durch die Blende, die Illusion, auf der linken Seite abgebildet ist, dass die Figur auf der linken Seite sieht um neben der Person auf der rechten Seite zu stehen, und diese Figur sehen auch viel kleiner.
Was ist los? Bevor wir erläutern, insbesondere der Ames-Raum, müssen wir das allgemeine Problem der Wahrnehmung Größe und Tiefe gleichzeitig zu berücksichtigen. Die Projektion, die ein Objekt auf der Netzhaut erzeugt variieren in der Größe im Verhältnis zur Größe des Objekts; aber Projektionen werden auch variieren in der Größe als Funktion der Entfernung eines Objekts von der Oberfläche es Projekte auf (in diesem Fall der Netzhaut). Das heißt, könnte eine sehr große Projektion auf der Netzhaut bedeuten, dass das entsprechende Objekt sehr groß und relativ weit vom Beobachter ist, oder es bedeuten könnte, dass das entsprechende Objekt klein, aber ganz in der Nähe ist. Große Objekte können kleine Projektionen werfen, wenn sie weit weg sind, und kleine Objekte große Projektionen werfen können, wenn sie in der Nähe sind. Trennung von Größe und Entfernung ist eine der größten Herausforderungen für 3D Vision. Abbildung 4 schematizes dieses allgemeine Problem in Bezug auf zwei Bäume der gleichen Größe, aber mit unterschiedlichen relativen Entfernungen von einem Beobachter.
Abbildung 4: Ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung des Problems gleichzeitig wahrzunehmen, Größe und Abstand. Auf der linken Seite der Abbildung sind zwei Bäume von gleicher Höhe. Auf ihrer rechten Seite ist ein Beobachter, als Auge bezeichnet. Wegen der relativen Position des Beobachters zu den Bäumen, und die Physik der optischen Projektion wirft der Baum auf der linken Seite des Betrachters eine viel kleinere Reflexion auf der Netzhaut des Betrachters, im Vergleich zu dem Baum auf der rechten Seite. Und zwar deshalb, weil der Baum auf der rechten Seite näher an den Betrachter ist. Aber angesichts der Projektionen auf die beiden dimensionalen Netzhaut, was sollte der Betrachter denken, ist der Baum auf der linken Seite kleiner oder nur weiter Weg?
Rückkehr der Ames-Raum, jetzt, was, dass bestimmte Illusionen zeigt ist einer der Tricks, die das Gehirn benutzt, um Objektgrößen und Objekt Entfernungen abschätzen. Insbesondere das Gehirn gilt eine Annahme: Es wird davon ausgegangen, dass bei fehlender starke Beweise, Ausgleichsmaßnahmen, die Strukturen im rechten Winkel miteinander verbunden.
Sehen wir uns wieder der Ames-Raum Konfiguration jetzt zu verstehen, wie die Illusion nutzt diese Annahme. Die Wände des Raumes sind alle die gleiche Farbe, und durch eine kleine Öffnung Menschen suchen kann nicht sagen, dass die gegenüberliegenden Wand diagonal. Damit das Gehirn wird davon ausgegangen, dass es gerade ist-, dass der Ames-Raum im Gegensatz zu unregelmäßig rechteckig ist. Die Implikation dieser Annahme ist, dass die Figur auf der linken Seite des Raumes (relativ zur Ansicht Blende) viel näher an den Betrachter ist, als es tatsächlich ist. In der Tat ist die Implikation, dass es in der gleichen Entfernung wie die Figur auf der rechten Seite. Weil es eigentlich weiter entfernt ist, projiziert die Figur auf der linken Seite ein kleineres Bild auf der Netzhaut des Betrachters als die Figur auf der rechten Seite. Aber das Gehirn hat eine Annahme, die impliziert, dass sie gleich lang sind. Was könnte also die Unterschiede in den Größen der Figur Projektionen entfallen? Das Gehirn-Get ist ausgetrickst: aus Sicherheitsgründen, dass die Figur auf der linken Seite tatsächlich viel kleiner als derjenige der auf rechten Seite erzeugen die Illusion sein muss. Abbildung 5 geht durch diese Argumentation in Bezug auf die Geometrie der Ames-Raum.
Abbildung 5. Der Ames-Raum tricks das menschliche Gehirn produziert die Grössentäuschung, unter Ausnutzung einer Annahme, dass das Gehirn über Geometrie macht. Das menschliche Gehirn setzt insbesondere voraus, dass Wände im rechten Winkel miteinander verbunden. Blick durch die Blende von der Ames-Raum, das Gehirn kann nicht gegenläufige Beweise zu sammeln, und so gilt es diese Annahme. Das Ergebnis ist, dass es denkt, dass der Ames-Raum ist rechteckig, mit der hinteren Wand der Positionen von der gestrichelten Linie in der Abbildung. Dann die Implikation ist, dass die beiden Figuren sind Side-by-Side und die linke Figur ist viel näher an den Betrachter als korrekt ist. Das Gehirn fragt sich warum zwei Side-by-Side Objekte werfen so unterschiedlich Projektionen auf der Netzhaut große. Die Antwort gibt: sie müssen verschiedene Größen sein.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
Verstehen, wie Menschen wahrnehmen, die visuelle Welt in 3D ist ein wichtiger Bereich der Forschungsschwerpunkte und eine große Errungenschaft der modernen Studie der Wahrnehmung gewesen. Einige wichtige Anwendungen, die entstanden sind, sind demzufolge bei der Entwicklung von 3D und virtual Reality Technologie anzeigen. Der Ames-Raum wurde speziell für eine lange Zeit in den Filmen, als eine Art Spezialeffekt eingesetzt. Angenommen Sie, ein Film muss ein Riese, oder jemand sehr klein dargestellt. Innenaufnahmen im Inneren ein Ames-Raum schießen kann die Illusion für den Betrachter, dass manche Menschen viel größer (oder kleiner) produzieren als sie tatsächlich sind. Die Kamera ist schließlich eine Blende.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
