14.凹处遮阳
物体或景观上凹陷的点会显得更暗,因为光线很难到达凹陷处。因此,凹部阴影传达了凹部的深度和形状。通过这种深度提示,你的大脑能够感知孔、凹陷、裂缝、角落、入口和狭窄空间的存在、形状和深度。下图演示了“凹槽阴影”深度提示。
左侧图像包含三个没有凹进阴影的孔。结果,它们甚至看起来都不像洞。相比之下,右图显示了相同的孔,但现在包含凹槽阴影。正如您所看到的,阴影使您能够看到孔及其三维形状。下图还演示了“凹槽阴影”深度提示,这次与“平行线”深度提示相结合。
由于深度提示,右侧图像似乎显示了一个拱形隧道,从您身边延伸到远处。正如您所看到的,包含两个深度线索而不是一个,可以使图像的深度感更加令人信服。为了进行比较,左边的图像显示了相同的隧道,在可能的情况下没有任何深度提示。
上图显示了与上图相同的隧道,但现在仅包括“纹理梯度”和“凹槽阴影”深度提示,而不是“平行线”和“凹槽阴影”深度提示。为了进行比较,左边的图像显示了相同的隧道,在可能的情况下没有任何深度提示。
15.阴影形状
阴影的形状取决于投射阴影的物体的三维形状。因此,你的大脑可以从物体的阴影中部分推断出三维形状信息。下图演示了“阴影形状”深度提示。
在左边的图像中,你可以看到某种生物的轮廓,但很难看出该生物的三维形状,甚至很难看出它是什么生物。相比之下,右侧的图像显示了相同的生物,但现在被从侧面照亮,因此它的阴影落在左侧的墙上。该阴影揭示了该生物是霸王龙,并部分揭示了该霸王龙的三维形状。一般来说,即使照明没有直接瞄准墙壁,这种深度提示也会起作用,如下图所示。
右边的图像涉及倾斜投射在地面上的阴影。这个阴影表明该结构是联排别墅。这种阴影还使您的大脑能够更有效地将联排别墅视为三维物体。相比之下,左侧的图像显示了相同的结构,但没有阴影,这导致它看起来像一团难以描述的黑色斑点。
16.阴影大小、位置和模糊度
物体阴影的大小、位置和模糊程度都取决于物体距阴影表面的距离。一般来说,物体距离阴影表面越远,其阴影就越大、越模糊、偏移也越大。因此,你的大脑可以根据阴影的大小、位置和模糊程度推断出距离信息。下图展示了这种深度提示。
右图显示了三个球及其阴影。最右边的球的阴影更大、更模糊、更偏移,表明最右边的球离地面更远,离你更近。相比之下,左侧的图像包含相同的三个球,但没有阴影,因此除了球的圆度之外,场景没有深度。下图也演示了这些阴影效果。
右图显示了工作中的阴影位置深度提示,但不包括阴影模糊度或阴影大小的差异。即使只有这种类型的阴影深度提示在起作用,您的大脑仍然可以感知到最右边的纸张距离方格表面更远并且离您更近。
17.大气效应
当物体距离很远时,您和物体之间的空气会改变其外观。空气并不是完全透明的。大气中99%的氮分子和氧分子在白天照明条件下使远处的物体呈现出轻微的白蓝色。作为附加效果,空气中的水滴使空气呈现出浅白色或暗灰色的外观。这些影响还会导致最终图像的对比度、色彩饱和度和清晰度下降。
最终的结果是,物体距离越远,蓝白色就越柔和,外观就越柔和、越模糊。因此,你的大脑可以根据物体图像因大气影响而退化的程度来推断物体的距离。请注意,只有当被观察物体发出的光穿过大量空气时,大气效应才会变得显着。因此,这种视觉提示仅适用于非常远的物体(除非是大雾天)。
您可能比您意识到的更多地使用这种视觉提示。曾在月球上行走过的宇航员报告说,由于月球缺乏大气层,所有远处的山丘看起来都比实际距离近得多,这让人迷失方向。他们报告说,当他们走向一座小山时,山似乎以同样的速度后退。下图演示了“大气效应”深度提示。
在右图中,由于空气的存在,不同距离处的一系列山脉呈现出不同的色调和颜色。相比之下,左侧的图像显示了完全相同的山脉,但没有任何大气效果。结果,所有的山脉在视觉上融合在一起,看起来很平坦。请注意,上图故意画得尽可能简单,以便清楚地展示效果。下图也显示了大气效果,但现在使用的是现实世界的实际照片。
右边的图像是山景的原始照片,没有任何照片编辑。这张照片中的蓝白色调是完全自然的。这张照片表明,山越远,它就越呈现蓝白色、不饱和度和对比度不足。请注意,天空呈蓝白色的原因与远处的山脉呈蓝白色的原因相同,这是因为大气对穿过它的光线的影响。
左边的图像显示了完全相同的照片,但没有任何大气效果。为了创建左侧的图像,我拍摄了原始照片并使用照片编辑软件消除了大气效果。(这涉及消除蓝色色调并增加一层山脉的饱和度和对比度。)请注意,左侧图像中的所有山脉似乎如何合并成一个模糊的质量,没有太多深度。有趣的是,左边的图像看起来像是来自一个未能正确包含大气效果的视频游戏。
18.调节和瞳孔反应
为了让人类的眼睛正确聚焦不同距离的物体,眼内的睫状肌必须通过改变肌肉收缩程度来改变晶状体的形状。要让远处的物体聚焦,睫状肌放松,使晶状体变平。要让近处的物体聚焦,睫状肌收缩,将晶状体推向更圆的形状。
人眼具有感受机制来检测睫状肌的收缩程度。通过这种方式,你的大脑可以通过聚焦物体并感知睫状肌的收缩水平来推断物体的距离。有趣的是,这种深度线索依赖于肌肉收缩的信息而非图像信息,因此无法通过图像来展示它是如何工作的。
瞳孔反应也有助于调节。瞳孔的大小稍微影响物体看起来是否聚焦。你眼睛中的晶状体形状会产生光学畸变。因此,使用的晶状体越多,图像就越模糊。因此,你的瞳孔与睫状肌一起工作以使物体聚焦。你的大脑使用瞳孔收缩信息与睫状肌收缩信息相结合来确定物体的距离。
19.失焦深度
当人眼聚焦某个物体时,不同距离的物体会显得更加模糊。观察到的模糊量取决于向前方向上其他物体距对焦物体的距离。具体来说,物体在向前方向上距离焦点对准的物体越远,它就会显得越模糊。因此,你的大脑可以根据失焦模糊量推断出距离。下图展示了“失焦深度”深度提示。
左图显示了三个没有失焦模糊的草莓。结果,它们看起来距离都相同。相比之下,右侧的动画显示了包含失焦模糊的相同草莓。(还包括少量的相对尺寸深度提示,以防止图像看起来不自然)。在动画中,焦点在左侧草莓和中间草莓的正前方之间反复移动。结果,左边的草莓看起来离你更近。
总结
正如您所看到的,人类视觉系统使用大约二十一种不同的深度线索!确切的数字取决于您决定如何将特殊情况分组。在二十一个深度线索中,只有两个需要使用双眼。其他十九个深度提示仅用一只眼睛就能完美工作。
除了传统的单眼深度提示之外,还呈现两眼视差深度提示信息的电影院需要佩戴特殊的眼镜才能正确观看图像。这些电影通常被错误地称为“3D电影”。它们不包括所有深度线索,因此不是完全3D的。这些电影更准确地称为“立体电影”。此外,不需要佩戴特殊眼镜的传统电影包含大部分单眼深度线索,因此已经非常接近3D逼真效果。因此,“3D电影”并不比传统电影的3D真实感高多少。这也许就是“3D电影”尽管存在了一百多年却没有取代传统电影的原因。传统电影和“3D电影”都不包含调节线索、瞳孔反应线索、真实景深线索、聚散线索或真实运动视差线索。尽管如此,传统电影和“3D电影”仍然可以令人信服地呈现三维效果,因为它们包含许多其他深度线索。
总之,即使一只眼睛不起作用,人类视觉系统也能看到深度。值得庆幸的是,这也意味着人类可以看到平面计算机屏幕或电影屏幕上显示的物体和场景的深度。这也意味着理解单眼深度线索的艺术家可以在纸、画布或其他平面上绘画或绘画时创造出令人信服的深度感。
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