Восприятие двумерной проекции обогнало понимание трехмерной формы

Та самая монета
Jorge Morales et al. / PNAS, 2020
Американские психологи выяснили, что двумерная проекция трехмерного объекта воспринимается практически сразу же при взгляде на объект, а не достраивается позже. Для этого они провели девять экспериментов, в котором использовали нарисованные и настоящие монеты (овальные и круглые, стоящие на ребре прямо или под углом) и просили отметить овальные. Во всех случаях участники гораздо медленнее находили овальные монеты, если они стояли рядом с повернутыми круглыми, которые казались овальными благодаря перспективе, хотя вся обработка занимала чуть больше полсекунды. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
При работе зрения два изображения — то, что проецируется на сетчатку, и то, что человек в итоге видит — довольно сильно отличаются. Возьмем, к примеру, нарисованную круглую монетку, которая стоит на ребре: если она повернута стороной к наблюдателю, ему не составит труда правильно оценить ее форму, а окружающие детали (например, платформа, на которой монетка стоит, и отбрасываемые ею тени) помогут понять, что монетка объемная — даже несмотря на то, что она существует в трехмерном пространстве — на рисунке.
Если чуть повернуть монетку, можно заметить, что изменение ориентации монетки придало ее двумерной проекции овальную форму. Для наблюдателя она не перестанет быть круглой и объемной, тем не менее, то, что форма кажется другой, уже не круглой, а овальной, он все равно заметит. То, в какой момент появляется это осознание — вопрос хороший: с одной стороны, понятно, что на сетчатку изображение повернутой монетки проецируется в виде овала, и для глаза овалом и остается, а понимание того, что монетка так и осталась круглой, происходит уже благодаря зрительной коре, которая может обрабатывать информацию, необходимую для восприятия объема. Именно поэтому овальность такой монетки может быть первичным признаком, который успешно игнорируется.
С другой стороны, работа зрительной коры и обработка дальнейшей информации важная также и для оценки формы предмета — поэтому понимание того, что чуть повернутая монетка на самом деле выглядит овальной, может приходить уже позже: в конечном итоге человек видит мир объемным, а вот восприятие ее проекции все же может требовать дополнительных усилий.
Другими словами, вопрос сводится к тому, воспринимаются ли объект двумерным на самом деле, или он скорее воображается таким после того, когда весь процесс восприятия полностью завершен. Вопрос этот, несмотря на несколько веков обсуждения психологами и философами, все еще, по сути, остается открытым — во многом из-за того, что получить эмпирические данные для его решения довольно сложно.
Хорхе Моралес (Jorge Morales) из Университета Джонса Хопкинса и его коллеги попробовали решить этот вопрос экспериментально — и всего провели девять онлайн-экспериментов с использованием нарисованной монетки. В первом эксперименте добровольцам (всего их было 100) показывали экран с двумя платформами, отмеченными цифрами 1 и 2, на каждой из которых появлялись стоящие на ребре монетки: одна из них всегда была овальной, а вторая была круглой и стояла либо прямо, либо была повернута на 45 градусов — так, чтобы она выглядела овально. Участникам нужно было как можно быстрее нажать цифру (1 или 2), соответствующую платформе, на которой стояла овальная монета.
По мнению ученых, снижение скорости реакции при выборе овальной монеты рядом с повернутой означает, что участникам было чуть сложнее их различить, а значит, они все же видели в них что-то общее. Разумеется, это может объясняться тем, что участники ориентировались на другие признаки монеты — например, ширину. Чтобы исключить это, ученые провели второй эксперимент — от первого он отличался только тем, что монеты могли отличаться по размеру. Овальную монету участники находили быстрее в том случае, если рядом с ней была круглая монета, а не повернутая (685 против 766 миллисекунд) — даже несмотря на то, что они были разных размеров.
Другое возможное объяснение разницы во времени реакции — то, что участники отвлекались на повернутую монету потому, что она была повернута, а не потому, что она казалась овальной, поэтому в третьем эксперименте овальные монеты участникам показывали вместе с круглой монетой, повернутой на 45 градусов, как в предыдущих двух экспериментах, и на 75 градусов — так, что она стояла почти ребром к наблюдателю.
Опять же, участники медленнее находили овальную монету, если она стояла рядом с повернутой на 45 градусов круглой монетой, которая казалась овальной, а не той, которая была повернута на 75 градусов (550 против 519 миллисекунд). Тот же самый результат был и в четвертом эксперименте, в котором вместе с овальной монетой использовали повернутые на 45 градусов круглую и квадратную монеты: в первом случае участники искали овальную монету дольше (530 против 467 миллисекунд).
В пятом эксперименте ученые повторили дизайн самого первого, но на этот раз все монеты чуть вращали — так, чтобы объем всех был наблюдателю очевиден. Результат не изменился: овальную монету участники находили быстрее (515 миллисекунд), если рядом была стоящая прямо круглая, а не повернутая на 45 градусов (598 миллисекунд). Схожий результат (537 миллисекунда для повернутой монеты и 521 для стоящей прямо) наблюдался и в шестом эксперименте — дизайн в нем был такой же, как и в пятом, но номера платформ появлялись с задержкой (так, чтобы участники могли рассмотреть монеты в течение одной секунды).
Чтобы проверить, можно ли перенести результаты на другие фигуры, в седьмом эксперименте ученые использовали не монету, а трапецию, длинная сторона которой была либо справа, либо слева, а появлялась она рядом с квадратом, который был либо «прижат» к фону, либо чуть отклонен от него — так, чтобы в перспективе также походить на трапецию.
Восьмой и девятый эксперимент были практически одинаковыми — с той разницей, что в девятом эксперименте участникам (всего их было десять) можно было свободно двигать головой, а в восьмом ее фиксировали на специальной подложке. И в том, и в другом эксперименте результаты были такими же, как и в предыдущем: в среднем 655 и 723 миллисекунды участникам понадобилось для того, чтобы отличить овальную монету от повернутой круглой, а от прямо стоящей круглой — 624 и 687 миллисекунды (результаты для восьмого и девятого эксперимента соответственно).
Ученые заключили, что отличить овальную фигуру от чуть повернутой круглой в действительности тяжелее, чем от такой же фигуры, но стоящей прямо — и все дело именно в перспективе, а не в размере или каких-то других параметрах. Из этого, в свою очередь, можно сделать вывод, что восприятие трехмерного объекта в двумерном пространстве все же первично — это результат самого зрительного восприятия, а не дополнительной обработки, которая происходит после того, как реальная трехмерная картина уже построена.
От редактора
Елизавета Ивтушок