月のクレーターが穴なのか隆起なのかを見分けるのが難しい理由

Head Trip では、PopSci が私たちの脳と感覚、そしてその間で起こる奇妙な出来事との関係を探ります。

クレーターの航空写真を見たとき、何が見えますか? 地面に押し込まれた大きなボウルのように見えますか? それとも、飛び出してきた丘のように見えますか? どのように見えるかは、光が当たる角度によって異なります。これは、私たちが世界をどのように認識できるかに大きな影響を与える小さな要素です。

クレーター錯視とは、画像を水平または垂直に反転すると、クレーター、足跡、または分割されたディナープレートなどのくぼみが、突然ボタンが飛び出しているように見え、光源が上から来ているようには見えない現象です。クレーターの衛星写真は上空から撮影されており、通常、太陽光線が表面と平行になっている場合にのみ、くぼみの中に影が落ちます。画像で光がこのように方向付けられている場合、つまり、地平線から入ってくる場合と上から入ってくる場合では、シーンの認識が変わります。光の角度が上になるように写真を回転させると、再び凹面のように見えます。

人間の視覚処理は、デフォルトで「上からの光」という仮定に基づいて行われます。なぜなら、太陽や家庭の LED など、私たちが世界で目にする明るさのほとんどは、通常、空または天井から来るからです。私たちの視覚システムはこの認識を活用し、それを使って表面の形状と曲率を処理します。たとえ私たちの脳が誤ってクレーターが外側に突き出ていると認識したとしても、この錯覚を促す光学プロセスは正しく機能しています。

「これは視覚システムが行う一連の動作のようなものです」とジョンズ・ホプキンス大学心理・脳科学部の助教授、ジェイソン・フィッシャー氏は言う。「画像を上下逆にしても、光が上から来ているという仮定は維持されるため、形状の再解釈が起こります。」

人間の脳とその情報処理方法は興味深いものです。私たちの感覚は、物理的現実にアクセスする手段であるため、可能な限り正確で有用な世界の解釈を提供することを目指しています。しかし、光の角度による凸面と凹面の混同は、私たちの脳が日常的に直面するより広範な計算上の課題を物語っています。たとえば、くぼんだ顔の錯覚では、顔が突き出ているという現実世界の前提により、人間のマスクのくぼんだ側は一見すると凸面のように見えます。

もうひとつは月の錯視で、真珠のような球体が地球の地平線に近づくと、幅は変わらないのに巨大に見えます。なぜ私たちの脳が月をそのように認識するのか、明確な答えはありません。しかし、一部の科学者は、私たちがポンゾ錯視で示されるのと同じメカニズムに依存していると考えています。ポンゾ錯視では、収束する平行線の集合が、同じ幅の2つの物体の認識をぼやけさせます。この錯視では、私たちの脳は収束する線を遠くに消えていくかのように読み取ります。そのため、それらの線上で遠くにある物体は広く見えます。私たちの脳は物体をこのように解釈するようにハードワイヤードされているため、月の場合は木や建物が収束線の役割を果たしていると考えられています。これが、部分的に「スーパームーン」という用語が生まれた理由です。「地平線に近づくと遠くに見えるため、大きいと解釈します」とフィッシャーは説明します。

地球から月を眺める場合でも、NASA の探査機や望遠鏡を通して眺める場合でも、私たちは周囲の環境から得た情報を基に、目の前にあるものに対する理解を急速に構築し、再構築しています。私たちは 3D の世界に住んでいますが、周囲の情報を平面画像として記録しています。そのため、私たちの視覚プロセスは、フィッシャーが「合理的な仮定」と呼ぶものを作成するように進化しました。

「この 2 つの平面画像を使用してシーンの奥行きを復元しようとしていますが、その奥行きは大幅に不確定です。つまり、シーン内のオブジェクトの 3D 形状と位置を完全に把握するには情報が不十分なのです」とフィッシャー氏は言います。「そのため、それについて最善の推測を行う必要があります。」

覚えておいてほしいのは、私たちが探しているものの 1 つが奥行きに関する手がかりだということです。そこには光と影が含まれます。光と影は、脳が物体が凸面か凹面かを識別するのに重要な役割を果たしますが、質感も重要です、とアメリカン大学の教授で『オックスフォード錯視大全』の編集者でもあるアーサー・シャピロ氏は言います。たとえば、粗いグラデーションから細かいグラデーションに移行すると、2D 画像は私たちから遠ざかるように傾いているように見えます。

このトリックはクレーター以外にも応用できます。「航空写真では、影の多い峡谷が山脈のように見え、山脈が川のように見えることがよくあります」とシャピロ氏は説明します。「これは、光が上から来る世界ではなく、左または右から来る世界にいるためです。」天体写真家が、最終的な画像が肉眼で正しく見えるようにするために双眼鏡を使用することが多いのはそのためです。

私たちの視覚は限られていますが、彼らは持っているものを最大限に活用しています。

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