8.5　表观似动的对应匹配法则

在电影等表观似动例子中有一个问题不能忽略，即相继呈现的两幅图案中哪些成分之间能够对应匹配（Correspondence matching）。电影中常常可看到的车轮倒转现象，即是对应匹配出现谬误而引起的错觉。本节将对此作说明。

由计算机首先产生图8‐15线段L，显示100ms后消去，再产生线段M和N，显示100ms后消去，如此循环，被试者可觉察到线段在屏上作来回运动。现在要测试的是，人眼所感知到的运动方向是从L—M还是L—N。实验表明，这种运动匹配主要取决于后继线段M、N与起始线段L的距离，据此得出对应匹配法则:两幅相继呈现的图案中空间位置最邻近的像素对应匹配。

图8‐15　空间最相近者对应匹配

图8‐16　形状最相似者对应匹配

图8‐16实验中各线段的显示次序同上，只是线段N要短些。这时感知到的运动总是在L与M之间来回进行。可得到对应匹配法则:两幅相继呈现的图案中形状最相似的像素对应匹配。

以上讨论的是两条最基本的对应匹配法则，已为另外的大量实验事实所验证，违反了其中的任何一条，都会导致运动错觉。利用对应匹配法则可以很容易解释电影中的车轮倒转现象。图8‐17（a）所示是由计算机产生两幅相继呈现的车轮辐条，为区别起见分别以实线与虚线表示，两幅辐条成45°角。这时看到的辐条运动状态是一会儿顺转，一会儿逆转。这是上述两条对应匹配法则下产生的必然结果，因为虚线表示辐条，既可以由实线表示的辐条顺时针转过45°而成，也可由逆时针转过45°而成，而且两者的形状完全相同，故有此现象。通过计算机改变辐条显示的空间间隔，并采用不同的显示顺序依次呈现X₁（粗线表示）、X₂（细线表示）和X₃（虚线表示）的三种十字形辐条，辐条运动方向将是确定的。若呈现次序为X₁—X₂—X₃，则感知辐条顺时针转动，如图8‐17（b）所示，且转动方向是唯一的，因为按照对应匹配法则，作X₁—X₂—X₃这样的依次匹配，空间上最邻近。同理，从图8‐17（c）中看到的辐条转动方向是逆时针的。电影中的辐条倒转，是由于拍摄帧频与车轮转速不同步，结果把快速正转的轮子拍摄成图8‐17（c）的显示序列之故。按照上述对应匹配法则，便造成了车轮倒转的错觉。

图8‐17　不同呈现次序引起辐条的旋转运动知觉

（a）不确定；（b）顺转；（c）逆转

依据对应匹配法则，不难解释第一章图1‐4的运动视错觉现象。为简洁起见，仅以一个外圆环为例（图8‐18）。眼睛注视图中央的黑点并将头部远离图片时，观察到圆环作逆时针转动，反之作顺时针转动。当头部远离图片时，相当于图片远离观察者作深度方向的运动，圆环的视网膜像实际在缩小，设大环为起始时刻的视网膜像，虚线框内的小环为眼睛远离图片后的某一时刻的像。由于大脑已事先知晓这种深度方向的运动，并对此作出补偿，因此我们并不觉得圆环在缩小。问题是，前一时刻与下一时刻的某一对应方块（如白色方块）的视网膜像位置已经发生位移，而视觉系统当然要将这两个对应方块匹配起来，其结果是认为转动了一定的角度，参见图中箭头所指方向和长短。所有方块的前一位置和下一位置两两对应匹配的结果，使人眼确信整个圆环在作逆时针转动。同理，当头部靠近图片时感知到顺时针方向的转动。需要指出，当盯住某个方块前后移动头部时感知不到圆环的转动，因为此时被注视的方块视网膜像位置不变，据此视觉系统判断圆环不转动。

图8‐18　对应匹配法则用于圆环转动错觉的解释(www.daowen.com)

视觉刺激除了形状与位移等因素外，还包括颜色、取向、立体暗示等多种因素。对应匹配的法则也必定是多方面的。图8‐19实验考察了颜色在对应匹配中的作用。由计算机先显示红色线条H₁，再同时显示红色线段H₂及蓝色线段B，交替循环进行。其中H₁与B的距离小于H₁与H₂的距离。结果发现，受试者感知的视运动总是在H₁和B之间来回，尽管两者颜色并不相同。这一实验初步说明，颜色在运动匹配中不起主要作用。但如果B—H₁和H₁—H₂的距离相同，则运动匹配产生在H₁—H₂之间。图8‐20实验探讨取向在匹配中的作用，当实线表示的倾斜线段L与虚线表示的线段M和N交替呈现时，可同时觉察到L—M和L—N的运动，仿佛斜线L旋转后运动到M和N位置，反之亦然。这说明视觉也可处理形状与方位不同的运动像素的匹配。

图8‐19　颜色在对应匹配中的作用

图8‐20　倾斜线与垂直线的匹配

图8‐21说明了体视因素对匹配的影响。线段显示次序同前，只是引入一立方体结构，使L和M看起来在同一平面上，而N在另一平面上。被试者看到线段N在原处闪现，另一线段在L和M之间的来回运动，即运动匹配在L—M之间。因此，在存在三维结构与运动暗示的条件下，平面运动的像素优先匹配。

综合上述表观似动的对应匹配实验，可以得出结论:首先，空间位置最邻近的像素匹配，说明视觉偏向于处理小位移及低速或中速的运动，这又一次反映视觉时间滤波器的低通或带通特性；其次，结构最相似的像素匹配；第三，距离相同时，颜色一致的像素优先对应匹配；第四，平面像素之间优先匹配，等等。这是视觉系统的固有特性，即以最简洁的机制去完成最复杂与最完备的功能。

图8‐21　体视暗示因素在匹配中的作用

图8‐22　不同小孔情况下的视见运动方向

小孔问题（Aperture problem）是运动检测的基本问题之一。小孔问题的表述是，当通过一个圆形小孔观察某一目标（如光栅）的运动时，人眼能够感知的运动方向都垂直于光栅，这是因为我们把小孔里的光栅的局部运动看作整体运动了。图8‐22（a）所示，无论光栅朝左或朝上运动，通过小孔，我们只能看到光栅沿箭头所指的方向运动，小孔遮挡了光栅的实际运动状况，取而代之的是一种主观上的视见运动，即表观似动。小孔问题的原因，也可依据表观似动的对应匹配法则得到解释。由图可知，每一光栅条均与小孔截取出两个端点，根据匹配法则，当前位置的每一光栅条的两个端点，将分别与下一时刻出现的最近的光栅条的两个端点相匹配。虽然看到的这些端点的运动方向沿着圆周，但视觉系统总倾向于将每一光栅视作一个整体或刚体，因而感知到的每条光栅运动的方向将是其两个端点运动方向的合成方向，即垂直于光栅的方向。因此，小孔的严格表述应该是，感知到的光栅运动方向是其端点运动方向的合成方向。

由此推论，当小孔的形状发生改变时，光栅的视见运动（表观似动）方向将分别变为向左［图8‐22（b）］、向上［图8‐22（c）］和沿对角线方向［图8‐22（d）］。其中图8‐22（c）很好地解释了理发店招牌的运动错觉（参见图8‐3）。从观察者的视网膜投影像而言，理发馆招牌的圆柱框相当于一个长方形的小孔。当圆柱转动时，彩条的运动方向由端点确定。而根据对应匹配法则，彩条左右两排端点的运动方向均向上，因此合成方向向上，这就是为什么彩条看起来总是向上运动（正转）或向下运动（反转）的原因。