Проблема трехмерного зрительного восприятия давно уже занимает художников, философов и психологов. Она связана с самим устройством глаза, который формирует оптическое изображение трехмерного пространства на поверхности сетчатки. Понятно, как такой механизм может обеспечивать восприятие направления объекта, и гораздо менее ясно, как он справляется с оценкой расстояния до него. Эта трудность демонстрируется рис. 1. Различные направления (А, Б), проецируются в различные точки сетчатки (а, б) и поэтому могут различаться. Проекции же точек, лежащих в одном направлении (A1, А2, A3), попадают на одну и ту же точку сетчатки (а): как же человек может сказать, какая из них ближе и какая дальше? В этом и заключается проблема восприятия глубины.



Рис. 1. Проблема восприятия глубины. Все точки данной прямой (A1, A2, A3) проецируются на одну и ту же точку сетчатки (а). Таким образом, положение точки на сетчатке может указывать лишь направление объекта, но не его расстояние от глаза

Указанная проблема может быть выражена с помощью знакомой нам формулы: R=f(s,o). Тип ответа (R) зависит от схемы эксперимента. В экспериментах с животными, к сожалению, очень немногочисленных, мы можем использовать некоторые двигательные реакции, например, прыжок, который должен точно соответствовать ширине препятствия. В экспериментах на человеке обычно используется речевой отчет или его эквивалент, определяемый инструкцией. Например, испытуемого можно попросить оценить расстояние до объекта в метрах, или уравнять удаленность двух объектов (метод установки), или оценить, какой из двух объектов дальше (метод границ или метод постоянных стимулов). Наша задача состоит в том, чтобы показать, как S- и 0-переменные определяют ответ. И здесь мы сталкиваемся с некоторыми трудностями. Существуют установочные движения глаз, связанные с расстоянием, — аккомодация и конвергенция, которые являются очевидными ответами и могли бы использоваться как индикаторы адекватности и неадекватности оценки удаленности. Но они обычно не используются в качестве R при исследовании восприятия глубины. Сокращающиеся глазные мышцы посылают импульсы обратной связи в мозг, и когда мы обсуждаем возможную роль кинестетических импульсов в восприятии глубины, они выступают как S-переменные. В большинстве экспериментов движения глаз вообще не являются, строго говоря, ни S-, ни R-переменными и должны рассматриваться как O-переменные или как промежуточные переменные. Есть другой и очень важный класс O-переменных: эффекты прошлого опыта, включающие как долговременные эффекты научения, так и преходящее действие "установки". Одной из традиционных проблем восприятия глубины, которой мы не будем подробно касаться, является проблема относительной роли приобретенного опыта и врожденных факторов как O-переменных.

Лабораторные исследования восприятия глубины касаются главным образом S-переменных, которые являются показателями или индикаторами удаленности объекта. Они обычно называются признаками глубины или удаленности. Как же нам обнаружить или оценить эти признаки? Почему бы не попросить наблюдателя рассказать, какими признаками он пользуется, когда оценивает удаленность одного предмета относительно другого? Препятствием здесь является то, что обычно он не может ответить на этот вопрос. Наблюдатель может даже утверждать, что вовсе не нуждается в признаках, поскольку непосредственно видит расстояние. Однако, как показывает анализ, это не так. Существует мнение, что наблюдатель не может использовать признак, не осознавая его. Признак есть сигнал расстояния, следовательно, расстояние представляет собой значение этого сигнала. Если человек не осознает сам сигнал, как он может осознавать его значение? Можно ответить, что наблюдателя интересует в целом только значение, и если он быстро его схватывает, сигнал забывается или вообще не замечается отдельно от значения. Во всяком случае существует множество признаков, которые используются, но остаются незамеченными. Например, бинауральная разность во времени поступления звука как признак его направления. Бесспорно, иногда наблюдатель может сказать, какой признак он использует; например, когда он говорит: "Тот корабль, должно быть, очень далеко, так как над горизонтом видна лишь его труба". Вообще же мы должны избегать чрезмерной интеллектуализации восприятия. Оно скорее напоминает современный прибор управления противовоздушным огнем: люди вводят в него данные, поворачивая рукоятки, устанавливая шкалы и т. д., т. е. поставляют ему признаки или S-переменные; машина же интегрирует эти данные, наводит орудие соответственно направлению и дальности цели. Эту машину можно было бы назвать "машиной восприятия глубины". Вопрос об осознании при восприятии должен беспокоить нас не больше, чем в случае машины. Если бы нам удалось показать, что такие-то стимульные переменные определяют перцептивный ответ наблюдателя, это был бы важный результат.

Имеется одно существенное различие в использовании признаков глубины между машиной и наблюдателем. В машину не вводятся несущественные или избыточные данные, тогда как человек имеет с ними дело непрерывно. Таким образом, к нашей проблеме можно подойти, выяснив прежде всего, какие признаки глубины представлены в ситуации, а затем экспериментально исследовать, какие из этих признаков фактически используются.

Возможные признаки глубины

При разработке оптического прибора для измерения расстояния от объекта до наблюдателя можно использовать один из двух основных принципов — фокусировку или триангуляцию. Рассмотрим эти принципы как основу для оценки в дальнейшем различных факторов восприятия глубины.

Фокусировка

Чтобы получить четкое изображение при данном расстоянии, фотоаппарат должен быть наведен на резкость. <...> Для этого необходим, во-первых, масштаб удаленности, показывающий, насколько следует выдвинуть линзу, чтобы сфокусировать изображение при заданном расстоянии; во-вторых, матовое стекло, заменяющее пленку во время процесса фокусировки. Если после фокусировки прочесть масштаб, можно определить (ранее неизвестное) расстояние до объекта.

Фокусировка глаза на объект осуществляется не перемещением линзы (как в фотоаппарате), а изменением ее кривизны и силы. Этот процесс, называемый аккомодацией, осуществляется цилиарной мышцей. Если объект сравнительно далеко (1,8 м или больше), мышца расслаблена; по мере приближения объекта сокращение мышцы увеличивается, что заставляет линзу все больше и больше искривляться. Здесь, таким образом, заложен важный признак глубины. Сначала обеспечивается четкое изображение объекта (путем проб и ошибок), затем степень сокращения цилиарной мышцы с помощью кинестетических импульсов передается в мозг и может служить показателем расстояния до объекта. Фокусируя близкий предмет, например, кончик карандаша в нескольких сантиметрах от открытого глаза, можно ощутить напряжение мышц, но наличие такого осознаваемого ощущения, как мы уже говорили, не является необходимым. При отсутствии чего-либо лучшего этот признак может использоваться на небольших расстояниях. Однако тот факт, что перевод глаз с одного близкого объекта на другой обычно не вызывает у нас никаких "сопутствующих" ощущений, указывает скорее на то, что главную роль здесь играют другие признаки, а кинестетический признак оказывается избыточным. Существен ли он вообще? Это можно установить лишь в экспериментах, где будут исключены все другие признаки удаленности.

Триангуляция

В основе второго возможного признака удаленности лежит свойство треугольника. Землемер может измерить ширину реки, проведя вдоль берега базовую линию и наблюдая из концов этой линии некоторую точку на противоположном берегу реки. Зная размеры одной стороны и двух прилежащих к ней углов треугольника, с помощью тригонометрии он может вычислить искомую ширину. Человек при бинокулярном зрении имеет в своем распоряжении подобные данные. Он направляет взгляд на объект и конвергирует глаза так, чтобы спроецировать его в фовеа каждого глаза, получив тем самым слитное изображение. В этом случае он имеет дело с треугольником, основанием которого является расстояние между глазами, а прилежащие углы задаются степенью конвергенции каждого глаза или их суммой, которая равна углу конвергенции. Человек, конечно, не может оценить в миллиметрах расстояние между своими глазами, однако он привык к этому расстоянию. Он также не воспринимает угол конвергенции в радианах или градусах, но вполне может регистрировать его по степени сокращения мышц. Слитное видение удаленного объекта (находящегося, например, в 45 м от наблюдателя) происходит при параллельном положении глаз, но по мере приближения объекта степень сокращения внутренних прямых мышц постепенно увеличивается, кинестетическая импульсация от этих мышц в качестве сигнала обратной связи поступает в мозг и служит одним из возможных признаков удаленности. Если этот признак недостаточно точен для оценки абсолютного значения удаленности, он все-таки позволяет наблюдателю сказать, какой из двух объектов дальше.

Двоящиеся изображения

Кинестетический признак конвергенции (как и аккомодации) действует только после того, как на основе некоторых предварительных признаков или путем проб и ошибок получено слитное изображение. В бинокулярном зрении всегда присутствует хороший исходный признак, оптический по своей природе.

Простой эксперимент обнаруживает следующий фундаментальный факт. Возьмем прямоугольную полоску плотной бумаги или просто линейку и поместим ее перед глазами, направив от себя так, чтобы она смотрела одной гранью вправо, другой — влево. Правый глаз тогда будет видеть правую сторону, а левый — левую. Если смотреть одним правым глазом, дальний конец будет виден справа от ближнего; поэтому глаз смещается вправо при переводе взгляда с ближнего конца на дальний и влево при переводе с дальнего на ближний. Если смотреть одним левым глазом, дальний конец виден слева от ближнего, что соответственно при переводе взора заставляет левый глаз смещаться в направлении, противоположном движению правого. Теперь посмотрим двумя глазами и увидим сразу обе стороны. Если фиксировать ближний конец, дальний начнет раздваиваться, образуя букву V, направленную открытой частью от наблюдателя, причем то, что видно правым глазом, лежит, справа. Если же фиксировать дальний конец, та же V-образная фигура будет направлена открытой частью к наблюдателю, и видимое правым глазом окажется слева. При бинокулярной смене фиксации каждый глаз будет следовать вдоль своего изображения, как если бы он был открыт только один. В общем случае, если ближний и дальний объекты расположены прямо перед нами и мы фиксируем ближний объект, изображение дальнего объекта двоится, причем видимое правым глазом лежит справа от того, что видно левым. Когда же фиксируется дальний объект, двоится изображение ближнего, и видимое правым глазом лежит слева от того, что видно левым. Таким образом, (если мы получаем перекрещивающиеся двойные изображения предмета, этот предмет лежит ближе к точке фиксации, и мы должны увеличить конвергенцию, чтобы увидеть его четко; если же мы получаем неперекрещивающиеся двойные изображения предмета, он лежит за точкой фиксации и нужно ослабить конвергенцию (посмотреть вдаль), чтобы увидеть его четко.

Когда ближняя и дальняя точки не лежат на одной линии взора, перевод глаз с одной точки фиксации на другую состоит из скачка и конвергенции. Скачок определяется направлением объекта и может считаться равным для обоих глаз, тогда как движения конвергенции зависят от удаленности объекта и по существу проходят так же, как в рассмотренном простом случае.

На значение двойных изображений как признаков глубины указывал еще Геринг (1861—1864), но эта точка зрения пересматривалась более поздними исследователями. То, что некоторые люди не видят двойных изображений по причине сильного доминирования одного глаза, не может служить доводом против их функционального значения. Однако прямо проверить это очень трудно; дело в том, что невозможно отделить двойные изображения от бинокулярного зрения, чтобы посмотреть, сколь много потеряет от этого восприятие глубины.

Бинокулярная диспаратность

Изображение двоится, когда проекция объекта попадает на некорреспондирующие области двух сетчаток. Когда глаза сконвергированы на объекте, его изображения на обеих сетчатках попадают в фовеа, т.е. в корреспондирующие области. Другие объекты могут восприниматься слитно, если они находятся на том же расстоянии, что и точка фиксации, поскольку их изображение также проецируется на корреспондирующие области. Но объекты, находящиеся ближе и дальше точки фиксации, проецируются на некорреспондирующие, или "диспаратные", области сетчатки, и как говорят, обнаруживают диспаратность. Степень диспаратности можно оценить количественно. Если держать два указательных пальца прямо перед собой и, фиксируя ближний палец, все более удалять другой, или же, наоборот, фиксируя дальний, приближать ближний, то в обоих случаях диспаратность растет с увеличением расстояния между пальцами. Диспаратность в угловых единицах измеряется разностью углов конвергенции на ближней и дальней точках, т.е. равна изменению конвергенции при переходе от одной точки к другой.

Более наглядно диспаратность можно представить, проецируя сетчаточные изображения на фронтальную плоскость, проходящую через точку конвергенции (см. рис. 2). Здесь мы имеем дело с тангенсами углов конвергенции, а не с углами, измеренными в градусах.



Рис. 2. Диспаратность демонстрируется с помощью проекционного метода. Глаза фиксируют середину прямой NF, направленной прямо от наблюдателя. Для большей простоты на первом рисунке приводится проекция для левого глаза. Фиксируемая средняя точка проецируется в фовеа, дальний конец прямой — справа, а ближний — слева от фовеа. Проекция дальнего конца на фронтальную плоскость, проходящую через точку фиксации, — точка FL, а ближнего — NL. Проекции для правого глаза подобны, но имеют противоположные направления. На втором рисунке та же прямая рассматривается бинокуляр-но, и проекции для левого и правого глаза совмещены. Как видно, раздвоенное изображение точки F — неперекрещенное, а точки N— перекрещенное. Диспаратность изображенной точки F показана как FL и FR, а точки N — как NR и NL. Если прямую NF расположить наклонно или сдвинуть в сторону, то для определения диспаратности пригоден тот же метод. Фигура станет несимметричной, тем не менее основной факт останется в силе: если некоторая точка лежит за плоскостью точки фиксации, ее проекция для правого глаза всегда находится правее ее проекции для левого глаза

Гороптер

Для полноты изложения мы должны упомянуть о гороптере: Это геометрическое место всех точек пространства, которые дают недиспаратные изображения при данной степени конвергенции. Допустим, фиксируется объект на расстоянии 3 м от головы. Фиксируемый объект будет казаться слитным, так как глаза сконвергированы на нем, обеспечивая попадание его изображения на корреспондирующие фовеальные точки обоих глаз. Объекты, находящиеся ближе и дальше точки фиксации, но на той же линии взора, будут давать двоящиеся изображения, так как они стимулируют некорреспондирующие точки сетчаток.

Рассмотрим теперь объекты, лежащие в стороне от точки фиксации на периферии поля зрения. Насколько они должны быть удалены, чтобы стимулировать корреспондирующие точки и восприниматься слитно? На первый взгляд может показаться, что все точки, лежащие на одинаковом расстоянии от глаз, в нашем примере на расстоянии 3 м, должны видеться слитно, т. е. что гороптер будет сферической поверхностью с радиусом 3 м и центром у переносицы. Однако это оказывается совершенно неверным. Геометрически можно показать, что теоретической формой гороптера является окружность, проходящая через точку фиксации и центры вращения обоих глаз. Однако при экспериментальной проверке и это оказывается неверным из-за определенных усложняющих факторов в самих глазах. Экспериментальное определение действительного, или эмпирического гороптера просто в теории, но утомительно на практике. Испытуемый должен удерживать фиксацию на одном стержне и подбирать положение другого в разных точках периферии до тех пор, пока они не будут видеться слитно (рис. 3). Как оказывается, действительная форма гороптера меняется вместе с удалением точки фиксации.



Рис. 3. Эмпирический гороптер. Если глаза сконвергированы на точке F1 то любая точка кривой, проходящей через F1 будет восприниматься слитно. Точки, расположенные ближе и дальше ее, будут двоиться. Фактическая форма гороптера меняется при удалении точки фиксации, как это видно из кривых, проходящих через F2 и F3 (Огл., 1950)

Знание гороптера важно для полного математического анализа определенных аспектов восприятия глубины (Гельмгольц, 1925; Огл., 1950), но для большинства из нас, к счастью, достаточно поверхностного знакомства с этим сложным вопросом.

Двигательный параллакс

В общем случае параллакс — это изменение положения объекта, вызванное изменением положения наблюдателя. Бинокулярный параллакс обусловлен небольшим различием в положении обоих глаз. При смещении головы на 15 см в сторону имеет место значительно больший параллакс. Такое смещение дает очень разные картины объекта, но поскольку они не одновременны, отчетливого стереоскопического бинокулярного эффекта при этом получить невозможно. Однако во время движения мы, действительно, получаем ясные впечатления об относительной скорости объектов. Когда мы смещаемся вправо, все объекты движутся влево, однако угловое смещение отдаленных объектов значительно меньше, чем ближних (чисто геометрический эффект).

Глаза наблюдателя не остаются пассивными при движении головы или тела. Они фиксируют некоторый объект и удерживают фиксацию на нем с помощью компенсаторных прослеживающих движений. Если фиксировать объект, находящийся на среднем расстоянии и при этом двигать голову вправо, то изображения всех более близких объектов будут перемещаться по сетчатке в одном направлении, а всех более далеких — в противоположном. Все далекие объекты как бы следуют за вами, тогда как ближние перемещаются вам навстречу. При этом чем ближе объект, тем больше скорость его относительного встречного движения. Наоборот, чем объект дальше, тем больше скорость его относительного сопровождающего движения. Мы не знаем, насколько используется этот великолепный признак глубины. В лесу или в другом подобном месте расстояния как бы оживают, как только мы начинаем двигаться. При быстрой езде на автомобиле оживают даже дали.

Размер как признак глубины

Знакомый размер объекта является хорошим признаком его удаленности. Этот признак, как и рассмотренные нами выше, базируется па свойствах треугольника. На рис. 4 действительный размер объекта — A, D — его удаленность, a — величина сетчаточного изображения, d — расстояние от точки пересечения всех лучей (центра линзы) до сетчатки. Таким образом, мы имеем два подобных треугольника, в которых a/d =A/D. Когда человек смотрит на объект, размеры a и d заданы, даже если он этого неосознает. Размер его глазного яблока можно принять за единицу; тогда из уравнения следует, что а = A/D. Величина сетчаточного изображения, по-видимому, как-то регистрируется нервной системой. Если человек знает реальный размер (А) объекта, он может, решив уравнение, получить расстояние до него (D). Поскольку мы, действительно, знаем размеры многих объектов, вполне возможно, что мы пользуемся этим при оценке расстояний. Сюда же относятся многие признаки, используемые художниками для изображения глубины. Относительный размер, линейная перспектива, положение в поле зрения — все это может быть сведено к той же самой основной формуле. Например, железнодорожные шпалы представляют собой серию объектов известного (и одинакового) размера, дающих постепенно уменьшающиеся ретинальные изображения. Поскольку А остается постоянным, а а уменьшается, из уравнения следует увеличение D. Таким образом, полотно воспринимается уходящим вдаль. Есть, правда, один сугубо зрительный признак, которым не могут пользоваться художники: скорость перемещения сетчаточного изображения объекта, движущегося с известной нам скоростью, характеризует его удаленность. Это не что иное, как соответственно а и А в единицу времени. То же уравнение позволяет определить А при заданных D и а, как это происходит в экспериментах на константность величины и во многих жизненных ситуациях.



Рис. 4. Геометрические соотношения размеров и удаленности. А и а —соответственно размеры объекта и его сетчаточного изображения. D и d — расстояния от фокуса хрусталика (N) соответственно до объекта и до сетчатки. Поскольку d постоянно, уравнение может быть записано в виде: a=A/D. Отношение A/D есть tg угла зрения (V) (Шлосберг, 1950)

Наложение или перекрытие

Невозможность увидеть что-либо за углом — одна из самых простых истин зрительного опыта, истина, которую очень рано понимает ребенок. Он обучается тому, что один объект может быть скрыт за другим, что закрытый объект находится дальше и что часто можно увидеть скрытый объект, сдвинувшись вправо или влево. Таким образом, сочетая принципы наложения и двигательного параллакса, он может познакомиться с другими признаками глубины. Когда дальний объект лишь частично закрыт ближним, их общий контур может указать, какой из них ближе, без всякого перемещения наблюдателя и без предварительного знакомства с ними (Ратуш, 1949). Более законченная фигура также кажется находящейся ближе (Чапанис и Мак-Клери, 1953). В определенных ситуациях наложение является единственно надежным признаком относительного расстояния; например, при полевой стрельбе, если взрыв снаряда закрывает цель, прицел дал "недолет", если же цель выступает на фоне взрыва, то произошел "перелет". Когда Шривер (1925) "сталкивал" между собой признаки глубины, перекрытие оказалось самым сильным из них. Солнечное затмение означает, что Луна находится между Солнцем и Землей.

Тени

Еще одним признаком глубины и рельефа, широко используемым художниками, является тень, падающая на сферическую или ребристую поверхность. Тень, отбрасываемая одним объектом на другой, показывает, какой из них дальше, обнаруживая при этом положение источника или направление света. Ложные тени или ложные источники света могут вызывать очень интересные эффекты, например, превращение выпуклого рельефа в вогнутый и обратно. Воронки от снарядов, снятые с воздуха, выглядят как горы, если перевернуть фотографию вверх ногами. Известно также множество других примеров. Простой рис. 5, если его показать многим испытуемым, обнаружит ряд характерных фактов:

1) обычно кажется, что свет на картину падает сверху;

2) выпуклое видится чаще, чем вогнутое;

3) есть тенденция видеть рельеф всех фигур одинаковым.



Рис. 5. Выпуклое и вогнутое на плоскости, при освещении с одной стороны. Переверните картинку (Файэнд, 1938)

Предположение, что свет падает сверху, у детей выражено столь же сильно, что и у взрослых (Файэнд, 1938). Является ли эта тенденция результатом почти универсального опыта или врожденной реакцией на такое свойство среды? Гесс (1950) держал экспериментальную группу цыплят с самого рождения в клетке, свет в которую проходил только снизу через проволочную сетку днища; потолок и стены в ней были покрыты черной тканью, и даже кормушка была стеклянной. Контрольная группа росла при обычном верхнем освещении. Затем в тестовой пробе цыплятам предъявлялась вертикально закрепленная фотография рассыпанных зерен пшеницы, на одной половине которой зерна отбрасывали тень вниз, как от источника, расположенного сверху, на другой — вверх. В возрасте семи недель многие цыплята начинали клевать нарисованные зерна; практически они выбирали именно те зерна, которые соответствовали знакомому освещению: те, что выращивались в условиях света снизу, выбирали зерна с тенью, отбрасываемой вверх. Второй эксперимент, проведенный 1—6 недель спустя, был менее удачным и показал, что приспособление к свету, идущему снизу, по-видимому, более трудно, так как верхний свет больше соответствует природе цыплят. Вопрос о соотношении природы и воспитания можно поставить в отношении каждого признака глубины. Однако экспериментальные факты здесь получить чрезвычайно трудно, так как обучение пространственному зрению происходит даже у ребенка преимущественно в самые первые месяцы жизни.

Воздушная перспектива

Далекие горы кажутся голубыми в ясную погоду, городские же постройки всего в нескольких кварталах от нас кажутся серыми в дымном городе. В воздухе всегда есть достаточное количество воды и пыли, чтобы вызвать этот эффект. Воздушная перспектива начинает играть важную роль, когда из-за очень большого расстояния другие признаки теряют силу.

Градиенты

В своей, чрезвычайно известной книге, посвященной восприятию пространства, Гибсон (1950) обратил внимание на роль поверхностей, таких, как пол или земля, по которым мы ползаем, ходим, ездим, над которыми мы летаем. Когда психологи говорят о признаках глубины, они обычно имеют в виду расстояние до изолированного объекта или относительное расстояние между двумя объектами и в своих экспериментах стараются скрыть пол, потолок, стены, так как они, находясь в поле зрения испытуемого, снимают все трудности в оценке расстояния. Гибсон утверждает, что наблюдатель имеет непосредственное зрительное доказательство того, что пол — плоская поверхность, простирающаяся перед ним. Если на полу имеются регулярные метки или видимая текстура, то по мере роста удаленности эта текстура становится для глаз все более плотной. Подобные градиенты текстуры можно видеть на дороге, в поле или на водной поверхности, посмотрев прямо перед собой (рис. 6).



Рис. 6. Градиент текстуры, создающей впечатление глубины (Гибсон, 1950)

Текстурный градиент является таким же реальным свойством сетчаточной стимуляции, как цвет или яркость. Линейная перспектива и двигательный параллакс создают дополнительные градиенты, обеспечивающие пространственное восприятие. Эти градиенты сетчаточных изображений непосредственно связаны, с одной стороны, с объективными расстояниями, с другой стороны, с субъективными впечатлениями об удаленности. Таким образом, целостное восприятие окружающего пространства происходит скорее всего до, а не после восприятия удаленности отдельных объектов. Такова в самых общих чертах теория Гибсона.

Взаимодействие признаков

В любом реальном случае восприятие глубины может опираться на несколько описанных выше признаков. Результат при этом не обязательно должен быть простой суммой действия каждого из них. Один сильный признак, такой, как перекрытие, может полностью определить перцептивный эффект, сведя на нет действие других. С другой стороны, восприятие может оказаться нестабильным и изменчивым. Как правило, известные нам объекты поразительно устойчивы и часто сопротивляются искажениям, вносимым неправильными аккомодацией, конвергенцией или сетчаточной диспаратностью. Поэтому попытки изолировать какой-либо фактор должны делаться с крайней осторожностью. Как мы увидим далее, многие разногласия в литературе обусловлены недостаточным вниманием к этому обстоятельству. Трудности такого рода привели некоторых психологов к отказу от аналитического подхода (Вернон, 1937). Но давайте вернемся к экспериментальным попыткам оценить роль рассмотренных ранее возможных признаков глубины.

Первым крупным экспериментатором в этой области был замечательный художник и инженер Леонардо да Винчи (1452—1519). Имея в виду большие трудности художников в передаче эффектов глубины, Леонардо да Винчи предложил следующий эксперимент:

"Выйдите в поле, выберите объекты на расстояниях 100, 200 и т. д. ярдов... закрепите перед собой кусок стекла и, удерживая глаза в одном положении, прочертите контур дерева на стекле. Теперь сдвиньте стекло в сторону настолько, чтобы видеть дерево рядом с его изображением и раскрасьте свой рисунок в соответствии с цветом и рельефом объекта... Проделайте такую же процедуру при срисовывании второго и третьего деревьев, находящихся на все больших расстояниях. Используйте эти рисунки на стекле как вспомогательные средства в своей работе".

Отметив практически все признаки глубины, какими только может пользоваться художник, Леонардо да Винчи положил также начало изучению бинокулярных эффектов. Философ Джордж Беркли в 1709 г. впервые указал на незрительные кинестетические признаки глубины, поставляемые глазными мышцами при аккомодации и конвергенции. Однако он не ставил экспериментов для проверки действительного значения этих возможных признаков расстояния. Следующий важный шаг связан с именем физика Чарльза Уитстона, чьи открытия в области стереоскопического зрения и изобретение стереоскопа (1838) начали новую эру в изучении пространственного восприятия. <...>

Отношение между величиной и расстоянием

Восприятие объектов

Мы неоднократно видели, что попытки оценить в лабораторных условиях роль отдельных признаков удаленности наталкиваются на трудности, связанные с необходимостью фиксировать другие признаки. Если нужно выделить влияние одного признака, то лучше всего исключить из ситуации все остальные признаки. Можно, к примеру, устранить конвергенцию, двигательный параллакс и бинокулярную диспаратность, предложив испытуемому смотреть через отверстие; если испытуемый смотрит неподвижно одним глазом, то в данный момент названные признаки для него не существуют. Но исключение признаков требует часто большой изобретательности. Весьма примечательными в этом отношении являются работы Эймса и его сотрудников.

Анизейкония

Эймс уже в 1925 году интересовался вопросом изображения глубины, но лишь после того, как ему удалось наблюдать в Дармутской клинике глазных болезней одну редкую аномалию зрения, он взялся за систематическую разработку этой проблемы. Аномалией была анизейкония, что означает неодинаковые образы. Если предмет кажется одному глазу больше, чем другому, то это чрезвычайно меняет диспаратность изображений, что приводит к неправильному восприятию удаленности. Такая аномалия может быть устранена с помощью линз, меняющих размеры. На рис. 7 показано действие такой линзы на нормальный глаз: анизейконический глаз, для которого предназначена эта линза, дал бы противоположный эффект.



Рис. 7. Увеличивающая линза: 1 — объект; 2 — объект, как он должен видеться наблюдателю; 3 — размерная линза (Бартли, 1950)

Удивительно, что люди, страдающие анизейконией, воспринимают тем не менее окружающий мир нормально. Дома и стены видятся прямыми, несмотря на то, что они должны искажаться в соответствии с законами оптики. Так, человек, рассматривающий комнату через линзу, изображенную на рис. 7, должен видеть правый дальний угол более удаленным, а левый — более близким, несмотря на то, что реальные расстояния до них одинаковы (как это показано на рис. 8). Однако это не всегда так! Если стены комнаты оштукатурены или выложены кирпичом, что для человека нашей культуры обычно связано с прямоугольными формами, то описанный эффект не возникает. Но если стены прямоугольной комнаты разрисованы листьями — знаменитая "лиственная комната", — то углы ведут себя так, как им диктуют законы оптики. Это становится вполне понятным, если учесть, что у наблюдателя нет никаких оснований полагать, что стены "лиственной комнаты" имеют непременно прямоугольную форму. Поэтому он может видеть их в соответствии с правилами бинокулярной диспаратности. Таким образом, описанные расстройства восприятия просто маскируются опытом контакта со специальными предметами, а не коренным образом исправляются путем перестройки восприятия пространства. Это позволяет думать, что механизмы, лежащие в основе корреспондирующих точек, являются скорее врожденными, чем приобретенными. Если нормальный испытуемый носит описанные линзы в течение недели, то естественная среда перестает казаться ему искаженной, но контрольные ситуации типа "лиственной комнаты" показывают очень незначительные изменения в анизейконии (Бьюрайен, 1943; Огл., 1950).



Рис. 8. Задняя стена (вверху) и план (внизу) искаженной комнаты:

X и У— окна; L и М — левый и правый углы задней стены. Пунктирные линии на нижнем рисунке изображают нормальную прямоугольную комнату, которая дает ту же проекцию на сетчатке, что и искаженная комната: искаженная комната построена путем продолжения основных линий взора (направленных к окнам и углам нормальной комнаты) на желаемую длину. Высота вертикальных линий задней стены пропорциональна измененным расстояниям до них (по Эймсу, 1946)

Когда нормальный испытуемый только надевает такие линзы, он воспринимает искаженной не только "лиственную комнату", но и другие ситуации. Последнее зависит от ряда факторов, таких, как характер среды и устойчивость предметного восприятия испытуемого (Эймс, 1946; Бартли, 1950). Таким образом, как нормальные, так и страдающие анизейконией испытуемые должны исследоваться во многих различных ситуациях. Чрезвычайно удобным для этих целей является пространственный эйконометр (Огл., 1946). В основе он представляет собой набор натянутых шнуров, образующих плоскость, которая полностью подчиняется законам искажения пространства при описанных выше аномалиях зрения. Рассмотрение таких ситуаций, а также анализ признаков глубины, которые могли бы в них содержаться, побудили Эймса создать ряд демонстраций. Каждая из них выделяет какой-нибудь один признак удаленности; устраняя другие, противоречащие признаки, Эймс сумел вызвать удивительные иллюзии. Эти иллюзии тем более впечатляют, что восприятие часто расходится с реальными характеристиками объектов. Эти иллюзии были описаны в популярных журналах, технической литературе, а также составили основу отдельного недорогого выпуска, организованного и широко распространенного научной службой (1952). Пожалуй, самое полное описание этих иллюзий содержится в руководстве Ительсона (1952).

Искаженная комната

В большинстве демонстраций Эймса исключаются возможные признаки глубины, связанные с конвергенцией, диспаратностью и двигательным параллаксом, путем введения отверстия, через которое должен смотреть испытуемый. Так, в одной из демонстраций испытуемый смотрит через глазок на комнату, которая имеет 3 м в ширину, 1,8 ж в длину и 1,5 м в высоту. Он видит два обыкновенных окна, расположенных на противоположной стене. Затем ему предлагается через другое отверстие с помощью длинной указки дотронуться до дальнего правого угла потолка. К своему огромному удивлению испытуемый чувствует, что рука его очень коротка и что он не может даже дотянуться до угла. Затем ему предлагается таким же образом дотронуться до дальнего левого угла. На сей раз он буквально таранит угол указкой: на самом деле угол оказывается куда более близким, чем это казалось испытуемому. Наконец, ему разрешают рассмотреть комнату двумя глазами, поворачивая голову: она кажется ему явно перекошенной. Все сказанное можно хорошо понять, рассмотрев рис. 8, изображающий планы пола и дальней стены такой комнаты; боковые стены и потолок искажены соответственно этим проекциям. На самом деле правый угол (М) в три раза более удален от наблюдателя, чем левый (L). Однако наблюдатель лишен прямых физиологических признаков глубины, так как смотрит одним глазом, не имея возможности им двигать; аккомодация же на таких расстояниях является неэффективной. При таком дефиците признаков D испытуемый должен решать уравнение а = A/D, пользуясь заданным а (сетчаточный образ) и предполагаемым А (обычные размеры знакомого предмета). Рассмотрим окна Х и У. Оба они дают одно и то же значение а и, кроме того, предполагаются одинакового размера (А) как два окна, расположенные рядом. Поэтому они кажутся удаленными на одинаковое расстояние. То же рассуждение можно применить к вертикальным сторонам одного окна или двух углов комнаты, L и М. Короче говоря, целое семейство уравнений решается на основе знакомой прямоугольной схемы комнаты. Наблюдатель соответственно воспринимает комнату прямоугольной, как это показано на плане пола пунктирной линией. На рисунке изображена только одна из целой группы нормальных и искаженных комнат, которые дают один и тот же сетчаточный образ, или один и тот же фотографический снимок; наблюдатель же видит наиболее приемлемый вариант. В этом смысле восприятие есть вероятностная оценка данной части окружающего мира, а не ее точная копия. Эта мораль демонстраций Эймса чрезвычайно важна для тех, кто интересуется влиянием социальных норм на восприятие человека (Кэнтрил, 1947, 1950). Она может рассматриваться как отправной пункт нового подхода к науке вообще (Кэнтрил, Эймс, Хасторф, и Ительсон, 1949). С другой стороны, такой взгляд на восприятие не кажется очень новым экспериментальному психологу, поскольку он известен со времен Гельмгольца (1866). Действительно, интересным для нас в демонстрациях Эймса является то, что ему удалось исключительно изящно показать роль некоторых известных признаков удаленности, сняв с них маскирующее влияние других признаков. Рассмотрим поэтому еще несколько других демонстраций Эймса.

Другие демонстрации Эймса

1. Ложное перекрытие. Возьмем две обычные игральные карты: "короля" и "даму" и прикрепим "короля" к концу стержня длиной 1,5 м, а "даму" — к концу стержня длиной 3 м, расположив их так, чтобы угол "короля" закрывал часть "дамы". Будем рассматривать карты монокулярно через отверстие. "Король" обязательно покажется менее удаленным, чем "дама". Теперь осторожно отрежем часть "дамы", которая была закрыта "королем", и поменяем карты местами. Расположим их так, чтобы угол "короля" заполнял вырезанную часть "дамы", и предложим испытуемому опять смотреть через отверстие. Он увидит маленького короля впереди "дамы", вместо того чтобы видеть нормального по размерам "короля" позади "дамы" с вырезанным углом. Это попросту означает, что наблюдатель воспринимает наиболее вероятную ситуацию, а не ту необычную, которая была тщательно организована нами. Это не значит, что наблюдатель все детально продумывает: восприятие происходит мгновенно, но оно настолько приспособлено к нормальному окружению, как если бы было тщательно продумано. Испытуемый может рассказать лишь что, но не как он воспринимает.

2. Трапециевидное окно. Наблюдатель помещается на расстоянии 6 м от объекта, имеющего вид оконной рамы и помещенного на вертикальной оси. Если медленно вращать ось, то будет казаться, что рама колеблется из стороны в сторону с амплитудой порядка 90°. Все дело в трапециевидной форме рамы, которая точно воспроизводит форму окна на задней стене комнаты, изображенной на рис. 8. Рама вырезана из картона, но раскрашена таким образом, чтобы напоминать реальную оконную раму. Иными словами, трапециевидная рама создает эффект перспективы. Нетрудно сообразить, что окно будет казаться наклонным по отношению к линии взора, даже когда оно находится во фронтальной плоскости, а при вращении будет казаться, что оно меняет направление этого наклона на противоположное. Конечно, демонстрация должна делаться на достаточно большом расстоянии, чтобы устранить противоречащие иллюзии признаки удаленности от аккомодации, конвергенции и других источников. Однако, в общем, эта иллюзия удивительно сильная.
Можно еще усилить впечатление от иллюзии, если прикрепить к "окну" предмет вроде карты, мячика или трубки. Будет правильно казаться, что эти предметы делают полный оборот. Это, в свою очередь, создаст впечатление, что они проходят "сквозь" колеблющуюся раму. Подробно эта демонстрация описана Эймсом (1951) и Ительсоном (1952). В общем, она напоминает иллюзию ветряной мельницы — пример обращающейся перспективы, известный уже в течение двух столетий (Боринг, 1942. С. 270, 305; Майлс, 1931).

3. Воздушные шары. Есть ряд других интересных демонстраций, но мы остановимся еще только на одной. Два неполностью надутых освещенных воздушных шара находятся в темной комнате. Наблюдатель бинокулярно рассматривает их с расстояния 6 м. Простые сдвоенные мехи одновременно увеличивают один шар и уменьшают другой. Если в течение двух секунд размеры шаров меняются приблизительно на 50%, кажется, что один из них быстро приближается, а второй удаляется. Этот частный случай отношения величины сетчаточного образа и реальной величины объекта: увеличение сетчаточного образа обычно связано с приближением объекта и наоборот. Признак увеличения сетчаточного размера оказывается более сильным, чем признак диспаратности, особенно в условиях слабой освещенности и плохо различимых контуров, характерных для этой ситуации.

Можно вызывать также впечатление изменения относительного расстояния до шаров, увеличивая освещенность одного из них и уменьшая освещенность другого. Почему именно увеличение освещенности предмета создает иллюзию его приближения, не вполне ясно с функциональной или с какой-либо другой точки зрения. Для уточнения условий появления этого эффекта необходимы специальные опыты.

Эксперимент с биллиардным шаром

Один из наиболее впечатляющих экспериментов, навеянных описанными выше демонстрациями, был поставлен Хасторфом (1950). В этом эксперименте наблюдатель устанавливал размер светового пятна так, чтобы оно на заданном специальной отметкой расстоянии походило на шарик для настольного тенниса. Во второй серии наблюдатель должен был выполнять аналогичную задачу, приравнивая пятно к биллиардному шару. В обеих сериях размеры пятна оказались точно соответствующими размерам сетчаточных проекций обоих шаров. В конце второй серии экспериментатор устанавливал пятно в положение, соответствующее среднему из всех значений, полученных в первой серии (когда испытуемый приравнивал пятно к размерам мяча для настольного тенниса), и предлагал наблюдателю оценить удаленность пятна относительно отметки. Наблюдатель отмечал, что пятно находится позади отметки. Другая группа начинала с "биллиардного шара", а еще две группы устанавливали световые пятна прямоугольной формы, которые должны были изображать визитную карточку или конверт. Для всех групп были получены хорошо согласующиеся результаты.

Рассмотрим теперь эти результаты с точки зрения уже известного нам уравнения.

В первой серии испытуемым Хасторфа были известны А (размер шарика для настольного тенниса) и D (расстояние до специальной отметки) и необходимо было найти а (размер сетчаточного образа). Независимо от того, какую субъективную задачу они решали, единственной переменной, доступной регулированию, был размер светового пятна, в результате чего изменялся размер сетчаточного образа. Аналогичным образом в первой части второй серии испытуемым давалось другое значение А (биллиардный шар), и они придавали большее значение а. Затем без изменения инструкции относительно А им предлагалось меньшее значение а. Единственный способ сохранить отношения, заданные нашим уравнением, было увидеть большее D, что и обнаруживалось в отчетах испытуемых. В эксперименте Хасторфа один из факторов, а именно а (размер сетчаточного образа), однозначно определялся стимулом. Второй фактор D (удаленность воспринимаемого объекта) мог оцениваться лишь косвенным образом на основе сопоставления с удаленностью другого объекта, который, в свою очередь, локализовался на основе системы признаков, как при обычном восприятии удаленности. Третий фактор А (размеры воспринимаемого объекта) определялся путем словесного отнесения к объекту известных размеров. Пожалуй, самым удивительным во всем эксперименте является то, что испытуемый оказывался в состоянии выполнять свою задачу в столь сложной ситуации. Ключ к объяснению этого обстоятельства лежит в том, что люди воспринимают предметы локализованными в пространстве, а не "свободно взвешенными" в воздухе. Короче говоря, по мере возможности они решают наше уравнение. Если характеры стимула и (или) экспериментальной ситуации таковы, что значения двух переменных А и D заданы однозначно, наблюдатель может довольно легко "найти" значение третьей переменной а. Если же он не имеет возможности точно определить значение А и D, он хватается за любые доступные средства, как, например, инструкции или установки. Иначе говоря, именно отсутствие более сильных признаков подчеркивает влияние словесных инструкций. Фактически многие демонстрации Эймса могут быть лучше поняты, если учесть, что они содержат относительно двусмысленные ситуации, которые позволяют желаемому фактору проявиться в полную силу (Эймс, 1925). Описанные выше исследования приводят к важному обобщению: чем в меньшей степени процесс восприятия детерминируется стимулами, тем менее стабильным он является и тем в большей мере испытывает влияние со стороны факторов, связанных с наблюдателем. Именно это лежит в основе таких фактов, как влияние бедности на оценку размеров монеты (Брунер, Гудмен, 1947; Пастер, 1949) и клинических данных, относящихся к наиболее неопределенным из всех перцептивных стимулов — пятнам Роршаха.