線條移動視錯覺現象演示及成因分析

胡坤鵬 胡安正

摘要：視錯覺是一種很奇特的自然現象，它是由視覺生理與視覺心理的共同作用產生的，為了剖析其原理，利用不同層次線條移動產生視錯覺現象研制的一款演示儀來演示視覺錯覺現象，并對其形成原因作了分析，以供同行們探討。

關鍵詞：視覺心理；視覺生理；視覺錯覺；成因分析

1視覺錯覺現象及成因

視錯覺是一種很普遍又非常奇特的自然現象，如電影、幻影術、流星等，它們都是由視覺生理與視覺心理的共同作用產生的，為了很好地演示和解析其產生原理，我們借用生活中常見帶線條的磚墻進行剖析。

圖1為兩堵墻面的仰視和俯視時的視覺效果圖，其中前后墻有一定間距。可明顯觀察到線條之間的相對位置關系發生了移動，從光學的角度講，其實質只是觀察角度發生變化，再加上人們固有的視覺暫留生理和由生活經驗而產生的視覺心理(如人們看見向前抬起的腿就會想到它會向前走動)的雙重作用，這就是視錯覺現象產生的主要原因。

從光學上也可以給出明確解釋。圖中線條根據層次不同可劃分為三種：即前墻的線條A、間墻的線條B和后墻的線條C，其實三種層次的線條在同一高度上。①當平視時，視線垂直墻面，前后墻面的線條A和C疊在一起，感覺在同一直線上；②當觀察者仰視時，參照后一堵墻上的線條C，感覺就像是前墻面的線條A上移了；③當俯視時，參照后墻上的線條C，感覺就像是前墻面的線條A向下移動了。

下面結合圖形進行說明，如圖2所示：

1和1′分別為視線上方前后墻面的直線的投影，3和3′分別為與視線相平前后墻面的直線的投影，5和5′分別為視線下方前后墻面直線的投影。2為仰視時1在后一堵墻面上的投影，4為平視時3在后一堵墻面上的投影，6為俯視時5在后一堵墻面上的投影。

光在均勻介質中沿著直線傳播，仰視時，1反射的光線進入人眼，人眼逆著光線看，在后一堵墻面上，1的投影在2的位置上，2在1′的上方，就像前面墻面的直線上移了，同理可得：平視時，前后墻面的直線在一條直線上，俯視時，前面墻面的直線下移了。

2加深視錯覺現象的措施及成因分析

(1)措施：要使視覺錯覺現象更加明顯，就是要增大視覺錯覺示意圖中1′～2或5′～6之間的距離。

(2)成因分析：仰視時，設1′和2之間的距離為h，前后墻之間的距離為s，仰角為α，根據三角函數知識可知：h=s·tanα①，由①式可知：要使h增大，可以通過增大前后墻之間的距離為s或者增大仰角α實現，1和3之間的距離為一常量設為c，人眼與前一堵墻之間的距離設為L，那么，c=L·tanα②，由②式可知：要增大仰角α，必須減小人眼與前一堵墻之間的距離L。

從最上端的一層直線起到與人眼相平的那層直線止，每兩層直線間錯開的距離逐級遞減，這是因為離與人眼相平的那層直線的距離越近仰角α的角度就越小，由①式可知：s不變，tanα的值減小，所以^就減小。

俯視時，原理和仰視時相同。

3制作簡易實驗裝置，觀察視錯覺現象

根據上述視錯覺現象產生及成因分析，即利用不同層次線條上下移動時產生線條間作相對運動這一視錯覺現象，研制出一款視錯覺現象演示儀，

取兩塊不同顏色的有機玻璃板，前后平行放置，中間夾層用較厚的有機玻璃板粘連起來，可選用氯仿作黏合劑，再在其上繪制出不同于有機玻璃板顏色的若干條彩色直線，然后，固定在一個底座上，最后，安裝上能有機玻璃板上下移動的操控裝置，這個簡易的演示視覺錯覺的實驗裝置就完成了。

如果要觀察仰視時直線的移動情況，用操控裝置將此裝置移到比視線高的位置，保持人眼與裝置之間的水平距離不變，使裝置的高度增高或者稍稍降低(必須在視線上方)，觀察現象應與理論分析是一致的；然后保持裝置不動，移動視線也應能觀察到類似的結果。平視、俯視的演示、分析這里不再贅述。

4演示實驗特點及注意事項

該演示實驗裝置簡單易于制作，實驗操作簡單易行，實驗現象明顯等特點，而且實驗時，會有不可思議、新奇的感覺，實驗的趣味性強。

在觀察實驗現象時，要調整好視線的角度，一定要讓人眼處于看不到中間夾層板的區域內。