人體順時針、逆時針旋轉的照片是視覺誤區還是照片存在作弊？

12-05

照片的真實情況是怎樣的？是人類的視覺誤區？還是照片中存在作弊？

照片可見這裡：http://http://ww2.sinaimg.cn/large/65ed3b94gw1dkwyytqp9pg.gif

哈哈，恰好屬於敝實驗室的研究範圍。

這個現象叫做 雙穩態知覺 bistable percept。是統一的意識內，兩種不同的理解互相競爭的結果。

在神經元層面上，人們一直認為競爭現象體現了兩個拮抗神經元集群彼此間的互相抑制，這兩個集群分別表達對圖形的兩種解釋。當一個集群發放脈衝時，就會抑制另外一個的反應。而當這種抑制機制漸漸變弱之後，另外一個集群就會轉而成為優勢集群。這就像美國的總統大選，選民的投票好像有一定的規律，使得民主黨和共和黨輪流入主白宮。

最近的心理學和腦成像研究發現，某種與注意有關的主動機制對兩個集群間的切換起到了輔助作用。該機制位於前額及頂葉區域，它可以對這兩個集群有所偏好。被選中的集群由此可以建立起足夠的強度來獲得優勢，並把其信息內容廣泛傳播，最終產生「看見」的知覺。

雖然這個問題目前還在研究，但是我個人比較認同德國Max Planck Institute的Logothetis研究小組提出的觀點：這種競爭是在位於額葉的高層認知過程式控制制下的探索行為的一種表現。

@Yop有一點說的非常對。這個圖片跟左右腦沒有一毛錢關係。但是@Yop後來提到的風扇扇葉的解釋，是Perception as a Bayesian inference（可以想像成人眼按照一定頻率採樣，然後就近整合）。這個現象與本實驗無關。

@Uncle Pidan說的不太對。的確有的時候eye fixation可以改變物體的解釋，比如 Face and vase/ Rabbit and duck。但本實驗並不存在一個視覺焦點產生變化。

排除3D顯像技術，一般屏幕成像本質都是2D的（因為屏幕是平的），這樣就消除了人雙眼判斷空間關係的原生優勢。在缺乏這種優勢的情況下，人眼判斷一個平面圖像內容中的空間關係一般參照這幾個依據：
1.線條與消失點體現透視關係。
2.不同物體（或同一物體的不同部分）運動速度的不同體現空間關係。
3.物體間的遮擋關係來體現前後。
4.平面成像大小（面積）的區別來體現遠近。
根據上述判斷標準，三幅圖中，中間的那幅圖由於無法體現「遮擋關係」，所以無從判斷轉動方向，只能依靠主觀模稜兩可的猜測（怎麼猜都對）。左右兩幅圖通過線條表現了遮擋關係，因此可以判斷。

update:
這裡還有個典型遮擋關係的例子：http://v.youku.com/v_show/id_XMTY0NTkzODgw.html

雖然圖片是2d的，但是很明顯可以分辨出旋轉的方向，仔細看這張圖，從左往右數，第1個是順時針旋轉，第3個是逆時針旋轉，第二個無法分辨。如果你感覺他一會向左一會向右，是因為你眼睛的焦點不停在移動，一會看這個一會看那個。當你看第一個人的時候，你會同時會覺得另外兩個是順時針的，當你看第3個時候，你會同時覺得另外兩個是逆時針的。為什麼會這樣？因為你用會自覺的用餘光看視覺焦點之外的物體，而餘光是無法區分細節的，所以只能靠想像。

然後是為什麼能區分第1和3個人的旋轉方向，而不能區分第二個人的？
旋轉方向顯然是3d的，看2d的圖片，因為圖片只有一個角度，不能用兩隻眼睛從兩個角度看，所以沒有明顯的3d感，但是因為以下因素仍然可以想像出這個圖片的3d結構：
1，近處物體遮擋遠處物體而產生的層次感。
這一點是關鍵。這個非常明顯，而且兩邊的人胳膊和腿上都有不同顏色的線，就是為了讓人感覺到這個變化。仔細看第一個人，他的左腿擋住右腿的時候，肯定是左腿在前，而此時左腿是從右向左運動，那麼就非常肯定此人是順時針在轉。或者觀察她的手和眼睛也很明顯。
再來看中間那位，因為一坨黑，看不出是誰擋住了誰，所以沒法分辨。
2，運動物體由於距離的變化而產生的大小變化。
圖片中人的腳和手理論上應該是這樣變化的，但是不明顯，估計是p這張圖片時故意這樣做的，讓人無法分辨而產生錯覺。本來依靠大小變化是可以分清第二個人的。

曾經研究過這個照片。一直想找到女生左旋還是右旋的臨界點。這個臨界點也許對應著視覺里的某一個我們沒有注意到的盲點。
但是在一次偶然的時間裡，我看這個照片的時候，發現女生其實並沒有真正的左旋還是右旋，而是在在做單擺運動。而造成我們錯覺的臨界點就在最單擺運動的最低點。在這個最低點，你如果把注意力放在女生的左腿上，那麼在你腦海里就形成了左旋的圖像，相反如果你把注意力放在右腿上，在你腦海里就形成了右旋的圖像。為什麼會有這樣的差異，不得而知。但是這個臨界點至少說明，我們在看運動圖像的時候，腦海里一定有一個潛在的參照物，這個參照物不僅僅與位置相關，與大小相關，而且與相對注意焦點相關。在不同焦點下的大腦呈現圖像可能發生不一樣。我覺得這個問題就有點像，同樣的一個社會問題，不同的人從不同的視角切入，就會有不同的結論。而這個圖像可能正好是這樣的一個複雜問題的簡化抽象模型。
希望我的觀察結論能夠得到腦神經科學家的檢驗。：）

@Filestorm 關於認知原理的解釋非常充分了，我想說的關於這副圖本身，這副圖有一個特點，就是沒有穩定的旋轉軸。一個穩定的軸對於大腦預測物體的運動狀態非常重要，這樣我們很容易計算出物體的一下狀態，並且通過連續觀察進行驗證。而無軸的運動導致圖片上每一點的運動方向都有所不同，當我們進行跟蹤時，由於關注點的不同，正轉或者反轉兩種假設都可能通過驗證，導致所謂「雙穩態知覺 "的切換。
詳細的可能要逐幀分析下了，不過假象一下，假如是因為最初注意點在臉部導致圖像往一個方向旋轉，在其它地方則導致另一個方向旋轉。因為臉部注意與情感識別有很大關係，而一般認為情感往往和右腦有關，所以在圖像的旋轉方向和左右腦區分上至少有了部分的聯繫吧。

人會不自覺地對自己眼睛所看到的圖片進行邏輯處理，事實上很多視覺錯覺由此而生。

電影的原理也是這個：人們在短時間內看到連續的圖片，並對每個圖片內的物體進行邏輯分析（最簡單的就是距離判斷），然後對圖片內物體的變動進行邏輯補全（比如說下一秒畫面中的物體比上一秒畫面中的物體變大了，會判斷成物體／鏡頭往前靠近了）。

回到題目中的圖片來。在這個動畫裡面，人眼睛看到了連續的圖片，並根據相連的圖片判斷圖片中是人體在轉動。

而在圖片二中，由於信息的缺乏（缺乏圖片一和圖片二中用來判定物體透視關係的參照物），因此依據邏輯會得到兩個結果，從而補全成兩種不同的動畫。
（可以通過截圖觀察靜止圖片，你可以看到任何時候的圖片2都可以被解釋成兩種透視關係：左腿在外面（圖片3的情況）和右腿在外面（圖片1的情況））

相信很多人都有過這樣子的經驗吧：高中數學課的時候，畫正方形的透視圖，畫出來的透視圖是可以想像成兩種不同的透視後果的（參考這個圖片：http://club.sob8.com/upload/pic/1102021321.gif ），虛線在前方和虛線在後方的情況。

而對於動畫的想像錯覺，生活中有另外一個常見的場景，就是當風扇的扇葉達到某個範圍的轉數的時候，會感覺扇葉在往反方向旋轉。這是因為如果扇葉每幀轉動超過半圈的話，人們就很容易把它想像成扇葉是反方向轉動了不到半圈。

最後題外話，這個圖片經常會被帶上「看到順時針就是左腦活躍」之類的測試性質，這種東西起碼我沒看到有任何的理論支撐。
不管你看到是順時針還是逆時針，都是大腦的同一個部位判斷出來的。

有興趣的朋友可以去翻看一下（生理）心理學方面的書籍，可以看到網上流傳的各種錯覺（神奇的圖片）很多都是著名的心理學試驗改過來的。有一個印象深刻的例子是一本書上從（生理）心理學的角度解釋了動作電影中慢動作鏡頭的由來，很有趣。

附送一個在微博看到的透視錯覺例子：http://ww2.sinaimg.cn/bmiddle/62d8a08bjw1dhnts03kmjg.gif
這是一個叫艾姆斯房間的心理學實驗。

這個問題，科學松鼠會的悠揚，在幾年前就寫過文章詳細介紹過，主要是大腦對這個由二維圖片剪輯後播放出的圖像存在兩種不同的解，或者說腦補出了兩種方向，才產生了這種錯覺。可以去那裡看看。http://songshuhui.net/archives/300

我覺得這個可能和視覺焦點的變化有關
哈佛大學神經科專家利文斯通的在研究蒙娜麗莎神秘的微笑的時候得出這樣的結論：

蒙娜麗莎的微笑之所以時隱時現史由於人類視覺系統的本性所致。具體地說，人眼的視網膜具有兩個不同區域，中心的小凹區善於分辨彩色和細節，環繞小凹區的外圍區對彩色和細節不敏感，卻善於辨別運動和陰影。人們在欣賞蒙娜麗莎時專註她的美目，因而視網膜的外圍區恰好落在她的嘴部和面頰部，由於外圍區善於辨別陰影，將蒙娜麗莎嘴角和顴骨部位的曲線突出了，從而顯示出笑容。人們發現蒙娜麗莎在微笑，很自然地將視線移到她的嘴部，由於視網膜的中心小凹區對陰影不敏感，在看她的嘴時，你發現笑容消失了。

我們在觀察這張圖片的時候，也會不經意的轉換視覺焦點，希望能看出不同的地方

我同學把照片一截屏就發現問題了，一個是明顯的左腳在前，一個是明顯的右腳在前，中間的顏色模糊，無法確定哪個在前，所以一看左邊的，我們就會下意識的把中間與左邊相同，右邊的因為視線沒有關注那個腳在前，於是也等同，看右邊也是同樣的道理

擋住頭只看腳。。會是順時針。。。擋住腳只看頭。。會是逆時針

我不知道這跟左右腦有什麼關係，我兩種方向都能看到。但是仔細觀察後，右圖才是唯一解（要看原gif圖）。為什麼？注意下斜腳的倒影，半圈可見，半圈不可見，可見的那半圈斜腳一定在遠處。

這個圖片裡面腳尖划過形成一個圈圈。如果視角的角度高一些，從這個圈圈的上方看的話就是順時針，如果放低視角從圈圈的下方看的話就是逆時針。
如果你能快速的切換視角的位置的話，就可以在順時針和逆時針之間的感覺變換。

吐了！這麼簡單的問題，怎麼看不到答到點子上的答案？
舉個簡單的例子，假想有一個懸空平放著的雙面透明的鐘，人眼在鐘面的上方看，指針是順時針轉動，人眼在鐘面的下方看，自然指針就是逆時針轉動了。閉起你的眼睛，想像一下這個透明的鐘面。

這個轉動的舞者也是這樣，畫圖者故意把舞者的角度設計成一個傾角，有些人習慣從頭往腳看，就是順時針，有些人習慣從腳往頭看，就是逆時針。

如此而已。