为什么我的世界是立体的|混乱博物馆

来源:互联网 编辑:wan玩得好手游小编更新:2024-07-29 17:45:47 人气:

为什么你的眼睛都朝前?为什么你会具备立体视觉?人类的祖先是为了解决生存问题,为何你却热衷于欺骗自己的眼睛,去做一些奇怪的事情?这些疑惑,希望你在本期视频中都能找到答案。




-文字稿-


人类可以感知空间的深度,是因为通过两只眼睛视差产生了具有景深的视图,也就是立体感。这样简单的事实,直到十九世纪才被物理学家查尔斯·惠斯通第一次准确描述,并命名为双眼深度知觉。曾经流行一时的旋转舞女,就是深度知觉的一种特殊体现(运动深度知觉)。

 


惠斯通据此发明了最早的VR设备:反光立体镜,可以让佩戴者看到立体的图像。正是因为发现这种视觉效果在娱乐上具有的无限潜力,人们前赴后继地发明和改进了各种设备,这才有了今天的3D电影、VR眼镜等等。

 


不过这并不是本期的重点,我们想要追问的是,深度知觉究竟从何而来,人类为何要进化出这样一种立体视觉?

 

第一个相关的解释,来自于解剖学家格拉夫顿·史密斯爵士,他在1912年提出了影响深远的树栖假说。也就是说,包括人类在内的灵长动物的祖先本是一种食虫的夜行动物,随着恐龙暴政的结束,大约在5千万到6千万年前,它们逐渐回到白天生活并栖息于树上,主要以果子、树叶为食。

 

而树栖生活需要更好的判断各种物体的距离,比如想从一棵树跳到另一棵树时,眼神不好可能会有非常糟糕的结果。

 


为了适应生存环境的变化,灵长目动物的视觉准确度越来越高,并通过将本来朝向两边的眼睛挪到前面,以双眼视觉交叉的方式提高了深度感知能力。这也让与之配套的神经系统变得越来越复杂;同时,原本用于寻找虫子的嗅觉变得不再那么重要,一部分灵长目动物的鼻吻变短,嗅觉退化;它们为了抓握树干还发展出了对指结构,并变得越来越灵活,爪子也失去作用退化为指甲。

 


这一系列变化的最终结果是诞生出了智人这一物种。

 


真是非常精彩的推理。然而这一假说有一个致命的缺陷,那就是松鼠。

 

我们知道松鼠也是典型的树栖动物,根据趋同演化的原理,应该可以预测松鼠和灵长目越来越相似才对。但是它们的一对小眼睛,一个朝左一个朝右,却并不会因为没有立体视觉就从树上掉下来,爪子的结构也让它们在树上奔跑跳跃自如。

 


在1974年,进化人类学家马修·卡特米尔正是用松鼠这个例子来反驳树栖动物假说,并提出灵长目动物是因为需要捕捉纤细枝条上的昆虫,才逐渐进化出双目向前的立体视觉,以及可以精确抓握的手掌。

 

其证据就是大部分捕食者都拥有类似的立体视觉。所以这一解释被称为:视觉捕食者假说。

 


然而这一假说被人反驳的速度更快。仅仅4年后,另外一位人类学家罗伯特·萨斯曼拿出了早期灵长目的化石,它们又平又圆的臼齿,说明其食物来源主要是植物,因而捕食者假说很难站得住脚。

 


萨斯曼也根据他对马达加斯加狐猴的研究提出了另外一种推理:

 

1亿3500万年前第一种会开花的植物出现,等到5500万年前最早的灵长目出现的时候,被子植物已经扩散到全世界,并形成了无数广袤的森林。被子植物凭借着远超裸子植物的多样性和复杂性,提供了营养均衡、取之不尽的食物,果实、花蜜、树叶、嫩芽和树汁等等。 

 


我们的祖先只是在恰当的时机,抢占了这个生态位,为了准确摘取花朵、果实发展出深度知觉。这被称为被子植物辐射假说。其最大的优点,就是解释了为何原本好好的食虫动物怎么就上了树。

 

然后,生物学家马克·常逸梓说,你们都完全搞错了一件事,那就是立体视觉虽然对判断距离或是捕食有一些帮助,但是没有必然关系。类似鼬科这样的猎食者,就基本没有视觉重叠,但是也可以很好的捕捉猎物。因为单眼也可以凭借物体的运动速度、相对大小等等信息判断出距离。

 


双目向前的立体视觉,其正确的用法被他称为「X射线视力」。比如竖起一根指头在眼前,你会发现依然可以看到它背后的景象,这是因为双眼从不同的角度去取景,然后在大脑里进行合成,把被遮挡的部分还原了出来。本质上讲,这其实就是立体视觉的另外一种描述方式而已。

 


这样一种能力,对于生活在枝叶繁多的树上的灵长目,或是经常需要躲在草丛里伏击的猎豹狮子之流,都非常有用。对于那些在空旷草原上等待被捕猎的动物们就没什么用。

 

同时显然可知,这种「透视」能力的效果取决于双眼之间的距离。双瞳之间分的越开,就可以透视越宽的障碍物。也就是说体型决定了一个物种是否真的会进化出立体视觉。这也就是松鼠和我们不一样的原因,因为它们即便双目向前,也没法「透视」那些比它们脑袋还宽的树叶。

 


这可能是目前对立体视觉最富有逻辑的解释了。当然,关于人类或灵长目立体视觉起源的科学争论,还远没有到终结的时候。

 

对于大部分人类来说,为何会有立体视觉,或是它本来是做什么的并不重要,如何通过欺骗它来做一些奇怪的事情才更加重要。

 


习惯了使用人类的肉眼,你会对眼前增添任何镜片非常敏感,没人愿意佩戴一副模糊的潜望镜去观看视频、操作游戏。镜片边缘图像畸变、色散、低分辨率、延迟,是你迟迟看不上绝大多数VR眼镜的原因。

 


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参考文献:


Almécija, Sergio, and C. C. Sherwood. "Hands, brains, and precision grips: Origins of tool use behaviors." (2017): 299-315.

Cartmill, Matt. "Rethinking primate origins." Primate Evolution and Human Origins. Routledge, 2017. 14-21.

Changizi, Mark A., and Shinsuke Shimojo. "“X-ray vision” and the evolution of forward-facing eyes." Journal of theoretical biology 254.4 (2008): 756-767.

Eriksson, Ove. "Evolution of angios/安卓perm seed disperser mutualisms: the timing of origins and their consequences for coevolutionary interactions between angios/安卓perms and frugivores." Biological Reviews 91.1 (2016): 168-186.

Gómez, José M., and Miguel Verdú. "Mutualism with plants drives primate diversification." Systematic Biology 61.4 (2012): 567-577.

Nei, Masatoshi, Jianzhi Zhang, and Shozo Yokoyama. "Color vision of ancestral organisms of higher primates." Molecular biology and evolution 14.6 (1997): 611-618.

Sauquet, Hervé, et al. "The ancestral flower of angios/安卓perms and its early diversification." Nature Communications 8 (2017): 16047.

Sussman, Robert W., and Peter H. Raven. "Pollination by lemurs and marsupials: an archaic coevolutionary system." Science (1978): 731-736.

Tabuce, Rodolphe, et al. "Anthropoid versus strepsirhine status of the African Eocene primates Algeripithecus and Azibius: craniodental evidence." Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 276.1676 (2009): 4087-4094.


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