Циклоп - проблемы с восприятием глубины

Предположительно, птицы (те, у кого глаза расположены по бокам головы) компенсируют монокулярное зрение быстрыми движениями головы, их мозг сшивает изображения под разными углами в одно трехмерное изображение.

Из http://www.ducks.org/conservation/waterfowl-research-science/a-birds-eye-view

Еще один способ, которым птицы компенсируют монокулярное зрение, — это быстрое движение головы. Быстро двигая головой из стороны в сторону, птицы могут наблюдать объект одним глазом с двух разных углов в быстрой последовательности. Это создает трехмерную картинку и значительно улучшает восприятие глубины. Хотя это трудно увидеть у уток, такое поведение можно легко наблюдать у пятящегося гуся, когда птица поворачивает голову из стороны в сторону, оценивая расстояние, место и время ее приземления.

Ваши циклопы (циклопы?) могли бы сделать то же самое. Они могли кивать головой во время выступления, как будто слушали внутреннюю музыку. Это не помешало бы им также проникнуться внутренней музыкой. Или они могли качать головой из стороны в сторону, как заклинатели змей. Или вращать их слева направо, как бы постоянно говоря «нет». Циклоп может совершать множество движений головой, каждое из которых меняет положение глаза и, таким образом, позволяет создавать трехмерные изображения. Я призываю вас попробовать их все в присутствии друзей, возможно, с глазом циклопа, приклеенным скотчем к вашим очкам. Решите, что лучше всего подходит для вашего мира.

Несмотря на превосходный ответ Уилла, я чувствую себя обязанным ответить себе, поскольку я задал этот вопрос всего пару дней назад на биологии , и этот вопрос меня тоже взволновал. Наше тело устроено таким образом, чтобы иметь несколько проверок, чтобы помочь нам. Подумайте обо всех людях, слепых на один глаз в мире. Все они могут легко ходить и оценивать глубину благодаря нескольким проверкам, которые у нас есть:

Фокусное расстояние: если вы попытаетесь посмотреть на что-то очень близкое к вам, а затем на что-то очень далекое, вы заметите, что ваше зрение становится немного размытым, поскольку ваш глаз должен перефокусироваться. Один глаз мог бы определить расстояние до объекта, оценив, насколько сильно ему нужно перефокусироваться, чтобы увидеть объект.

Предварительные знания: если вы знаете высоту какого-либо объекта, вы можете использовать ее для определения расстояния до него и объектов вокруг него.

Относительные скорости: более близкие объекты движутся быстрее, чем более удаленные, и это можно использовать для оценки скорости. Например, когда навстречу вам едет машина, на расстоянии кажется, что она едет медленно. Однако к тому времени, когда он достигает вас, он (визуально) движется очень быстро. Ваш мозг комбинирует изменение скорости и размера объекта, чтобы оценить его глубину.

Перспектива: параллельные линии сходятся на бесконечном расстоянии. Наш мозг инстинктивно использует это для измерения глубины. Например, путь сужается по мере удаления от вас. Ваш мозг автоматически использует это, чтобы сказать, что путь удаляется от вас.

Есть еще больше способов, которыми наш мозг регистрирует такие вещи, которые можно найти здесь , как показал мне Краузе.

Но... нет ничего идеального. Конечно, циклопов можно обмануть. Однако то же самое могут делать и люди, как мы видим с бесчисленными оптическими иллюзиями, которые художники часто любят рисовать. Интересная оптическая иллюзия — это комната Эймса, о которой я недавно узнал. Это обманывает ваше восприятие глубины и может быть интересным для изучения.

Отличный вопрос!

У людей есть около двух десятков различных способов оценки расстояния до объекта . Только два из них ( стереопсис , относительное смещение объекта по отношению к фону и конвергенция , степень смещения внутрь, необходимая для центрирования объекта в поле зрения обоих глаз) зависят от наличия двух глаз.

У вашего циклопа есть следующие методы определения расстояния до объекта:

• Аккомодация : величина сдвига фокуса, необходимая для фокусировки объекта. Если у вашего циклопа стереотипный единственный огромный глаз, он будет намного лучше, чем люди, при оценке расстояния таким образом.
• Параллакс движения : степень, в которой объект перемещается на фоне, когда циклоп двигает головой.
• Воздушная перспектива : для удаленных объектов это степень изменения цвета объекта в результате атмосферных воздействий.
• Размер: расстояние до объекта известного размера можно определить по тому, насколько маленьким он выглядит.

Кроме того, существует около дюжины методик (перспектива, окклюзия, относительный размер и так далее) для определения относительного расстояния двух объектов.

Кому интересно, поясню ответ Уилла: в 2011 году было обнаружено, что птицы используют нечто, называемое оптическим потоком, для определения расстояния.

В компьютерном зрении оптический поток отслеживает видимое движение точек, когда наблюдатель перемещается по сцене. Это изображение отслеживает положение похожих точек между двумя кадрами видео. Обратите внимание, что точки, расположенные дальше, не двигаются так сильно. Предполагается, что точки, которые не сильно меняются между кадрами, находятся дальше.

В эксперименте птицу заставили пролететь между двумя стенами. Стены имели либо вертикальные, либо горизонтальные полосы. При движении по этому коридору стена с вертикальными полосами будет проходить мимо наблюдателя, позволяя отслеживать оптический поток. Стены с горизонтальными полосами, однако, не меняются, когда птица летит; в дикой природе это означало бы, что объект находится далеко (как мы видели ранее при описании оптического потока).

Выяснилось, что птицы всегда летели посередине, когда на обеих стенках ( А ) были вертикальные полосы (оба глаза могли использовать оптическое слежение за потоком). Однако когда на одной стене были горизонтальные полосы ( В и С ), птица летела намного ближе к стене с этими горизонтальными полосами. Поскольку картина не менялась по мере того, как птица двигалась по коридору, она предположила, что стена находится дальше, чем на самом деле.

Для тех, кто заинтересован, название статьи — Optic Flow Cues Guide Flight in Birds. Есть также видео, на котором они летают.

tl;dr Чтобы ответить на исходный вопрос, объекты, которые находятся ближе, кажутся движущимися больше, чем объекты, которые находятся дальше. Оптическое отслеживание потока было бы абсолютно жизнеспособным методом для циклопа (или любого животного с монокулярным зрением) для отслеживания расстояния.

Есть много вариантов восприятия глубины без бинокулярного зрения, но хамелеоны , пожалуй, лучшая модель циклопа. В отличие от большинства животных, у хамелеонов есть разделение между их узловой точкой — точкой, где пересекаются линии, соединяющие точки сцены и соответствующие точки на изображении, — и центром вращения, точкой, вокруг которой вращается глаз. Это означает, что по мере того, как хамелеон двигает глазами, изображения на его сетчатке перемещаются больше, если они ближе, что позволяет им определять расстояние до объектов.

В отличие от птиц и змей, которые могут достичь восприятия глубины, только двигая головой вперед и назад, хамелеон или циклоп могут достичь восприятия глубины, двигая одним глазом.

Как человек, которому с медицинской точки зрения не хватает восприятия глубины, я могу заверить вас, что ваш мозг учится автоматически компенсировать это несколькими способами:

Масштаб удаленных объектов сопоставляется с «известным» масштабом таких объектов, чтобы примерно определить расстояние.
На больших расстояниях атмосферное размытие является реальным фактором.
Перекрывающиеся объекты могут дать хорошее ощущение относительного расстояния.
Расходящиеся/сходящиеся линии создают перспективу.

Действительно, как работает ваше восприятие глубины при просмотре на плоском экране чего-то, что было снято одним «глазом» (камерой)? Это действительно не так изнурительно, как можно было бы подумать!

Смоделируйте аспект своего зрения на основе того, что летучие мыши и дельфины используют для эхолокации. Нормальное человеческое зрение полностью пассивно. Глаза получают только свет. Эхолокация активна. Испускается импульс, и измеряется время до полета с момента возвращения импульса. Пусть ваш циклоп излучает короткий, яркий, возможно, инфракрасный или ультрафиолетовый свет всякий раз, когда он моргает или щурится.

Это можно превратить в часть действия или сюжета. Когда циклоп поднимает огромный валун и готовится бросить его, он начинает моргать все быстрее и быстрее, накапливая данные о дальности. Его намеченные цели становятся все более и более взволнованными, поскольку они знают, что валун приближается к ним. Также в качестве контрмеры те, кто сражается с циклопами, могут носить банку с гиперлюминесцентными светлячками, чьи эманации сбивают с толку восприятие глубины циклопами.

В дополнение к тому, что люди говорят об аккомодации: при ярком свете наши зрачки сужаются. Это увеличивает глубину резкости и делает аккомодацию менее полезной для оценки расстояния. Наш технологический ответ на это — солнцезащитные очки. Они уменьшают интенсивность света, вызывая расширение зрачков, что уменьшает глубину резкости, поэтому глазам приходится тщательно фокусироваться на том, на что вы смотрите. У ваших людей-циклопов могут быть встроенные в глаза биологические «солнцезащитные очки». Кроме того, их сетчатка может быть очень чувствительной к свету — много палочек. Это снизит их остроту зрения, поэтому для компенсации сделайте их глаза большими (как глаза гигантского кальмара). Используя земную биологию, это ограничило бы цветовое зрение ваших циклопов.

У змей есть проблема с восприятием глубины, которую они решают, поворачивая голову из стороны в сторону, глядя на свою добычу, чтобы понять, как далеко она находится. Когда заклинатель змей «очаровывает» змею, танец змеи на самом деле означает, что они пытаются понять, как далеко находится заклинатель змей, чтобы они могли напасть на них. Заклинатель змей также перемещается из стороны в сторону, что мешает змее определить, насколько далеко она находится, и атаковать. Игра на инструменте лишь создает впечатление, что заклинатель гипнотизирует змею музыкой. В любом случае, вы, циклопы, могли бы рассчитывать расстояние таким же образом, раскачиваясь из стороны в сторону, а их враги могли бы уклоняться от атаки, как заклинатель змей.

Как взрослый, у которого работает только один глаз, вы ответите: да, это полностью предотвратило бы «восприятие глубины», известное большинству людей. Я могу вам сказать, что, никогда не знавшие стереоскопического зрения, они приспособились к тем же способам, которыми пользуюсь я, будь то перемещение в переполненной комнате, вождение автомобиля или игра в фрисби... сравнительный размер, глубина резкости, многое другое. из других методов, упомянутых в превосходных ответах выше.

Есть много людей, которые пользуются только одним глазом (включая меня), но при этом не испытывают серьезных затруднений с восприятием глубины. Есть много способов оценить глубину, кроме использования нескольких глаз с базовой линией между ними. Размер, параллельные линии, тени, обесцвечивание (рассеивание) — вот лишь некоторые из многих приемов, которые все люди используют подсознательно в сочетании с биангуляцией. Люди с одним глазом вынуждены в большей степени полагаться на эти другие методы, но ситуации, в которых вы наблюдаете невооруженным глазом без привязки к помощи вашего суждения и глубины резкости, на самом деле имеют очень ограниченное значение. Ладно, быть пилотом не рекомендуется, но не только. Кроме того, дальномерные устройства не редкость и могут быть легко встроены в такие вещи, как самолеты (я уверен, что они уже есть).

Хотелось бы думать, что у циклопов нет проблем с восприятием глубины, потому что их глаза имеют несколько линз или радужных оболочек; почти уверен, что строение их глаз было бы другим. Следует задаться вопросом, почему природа предпочитает одноглазое существо. Если единственный глаз — это просто какая-то странная мутация, то у него должно быть какое-то удивительное свойство, которое позволяет виду выживать.

Однако вы можете сделать их видом, который живет в условиях низкой освещенности. Есть некоторые головоногие моллюски с большими глазами, которые делают это. Если бы вы сделали это, вы могли бы сделать зрение второстепенным чувством и не беспокоиться об их способности видеть на большие расстояния. Просто попросите их услышать, что происходит вокруг, используя эхолокацию, а затем осмотрите то, что находится прямо перед ними, с помощью своего микроскопа, похожего на глаза.