В последнем разделе мы рассмотрели, каким образом очень ограниченную информацию о движении в поле зрения можно использовать на достаточно ранней стадии обработки для получения некоторой довольно приближенной информации о разбиении сцены на отдельные поверхности. Мы убедились также в том, что эту задачу можно решить достаточно быстро. Однако, затратив больше времени и усилий, можно превратить наблюдаемое движение в значительно более богатый источник информации. Хотя эксперименты Майлса и Уоллака и О’Коннелла проведены раньше, демонстрационный эксперимент с цилиндрами, поворачивающимися в противоположных направлениях, который был предложен Уллманом (см. рис. 3.52),является пока наиболее ярким и показывает, что зрительная система человека может почерпнуть из наблюдаемого движения.

Теория Уллмана, посвященная процессу установления соответствия, имеет исключительную ценность в качестве первого шага в правильном направлении: после 50 лет путаницы и недоразумений она вносит немного долгожданной и живительной ясности. Ее значение состоит в том, что она позволяет нам формулировать ряд экспериментальных проблем, которые не возникли бы при иных обстоятельствах, и открывает путь рациональному исследованию явления в качестве альтернативы несистематизированной регистрации его феноменологии.

Обсуждая физические основы построения первоначального эскиза, мы отмечали, что существуют четыре основные причины возникновения контуров на изображении: 1) нарушения непрерывности расстояния, с которого ведется наблюдение; 2) нарушения непрерывности ориентации поверхности;
3) изменения отражательной способности поверхности; 4) эффекты, связанные с освещением, такие как тени, собственно источники света, блики. Выше в этой главе мы уже установили, как отдельные аспекты первоначального эскиза могут использоваться в качестве исходного представления для процессов, основанных на стереопсисе или движении и обеспечивающих определение границ по различиям, зафиксированных на двух или нескольких изображениях одной и той же сцены. Сейчас мы займемся более сложным случаем, когда имеется только одно монокулярное изображение, и попытаемся выяснить, каким образом его контуры могут нести однозначную информацию о форме. Загадка состоит в том, что контуры изображения двухмерны, хотя часто мы видим их в трех измерениях. Проблема, следовательно, сводится к тому, каким способом и зачем мы получаем подобную трехмерную интерпретацию.

В течение последних тридцати лет существенное внимание уделялось представлению о том, что текстура поверхности может служить источником важной информации о геометрических свойствах видимых поверхностей. Основным стимулом, вызвавшим интерес к этой идее, возможно, послужила гипотеза, сформулированная Гибсоном и утверждавшая, что с математиеской и психологической точек зрения текстура является стимулом, достаточным для восприятия поверхности. Утверждая это, он имел в виду, что монокулярное изображение некоторой текстурированной поверхности содержит достаточно информации, для того чтобы можно было однозначно определять расстояние до точек поверхности и устанавливать ее локальную ориентацию. Более того, он утверждал, что такая информация может использоваться и действительно используется в зрительной системе человека для получения указанной информации о поверхности.

Роль, которую играет грим в театре, а также повсеместное распространение косметики в повседневной жизни заставляют предположить, что в зрительной системе человека действуют процессы, специально предназначенные для определения формы объектов по данным о затенении поверхностей. Похоже, однако, что возможности этих процессов невелики и определяются они комбинацией тех сведений, которые удается извлекать из затенения, и информации, содержащейся в ограничивающих контурах. Затенение само по себе лишь в слабой степени влияет на выявление формы, и поэтому одна из наиболее интересных теоретических проблем, возникающих в связи с предварительной обработкой изображений в зрительной системе человека (наряду с проблемой цвета), — это определение того, какую именно информацию и сколько можно получить из данных о затенении.

Во всех процессах, рассматривающихся нами до сих пор, изображение изменений отражательной способности поверхности и ее освещенности использовалось для восстановления информации о геометрических свойствах поверхности. При этом ничего не говорилось о собственно природе поверхности. Тем не менее отражательная способность поверхности (светлая поверхность или темная, хорошо или плохо она отражает красный цвети т. д.) содержит информацию, которая часто имеет важный биологический смысл. Так, например, только взглянув, мы можем сразу сказать, зрелый ли плод, достаточно ли крепка ветка, чтобы выдержать вес человека, свеж и мягок ли лист, похоже ли на то, что это насекомое ядовито, и многое, многое другое.

В данной главе мы будем обсуждать проблемы и задачи, возникающие в связи с идеей 2,5-мерного эскиза, с которым мы уже встречались в разд. 3.3. Основной тезис прост: 2,5-мерный эскиз обеспечивает представление видимых поверхностей в координатах наблюдателя, позволяющее воспроизвести и объединить результаты всех процессов, описанных ранее. Построение 2,5-мерного эскиза — это краеугольный камень нашей теории, последний этап перед интерпретацией информации, характеризующей поверхность, и, быть может, завершение процесса чистого восприятия.

До сих пор психофизика всерьез и специально 2,5-мерным эскизом не занималась, и потому нам очень мало известно о нем, причем неизвестно даже, существует ли он на самом деле, в том смысле, как это предполагается в рамках нашего подхода к зрению. Основные вопросы тем не менее сформулировать нетрудно. Что именно представляется и каким образом? Какой именно должна быть система координат (даже сказав, что она должна быть привязана к наблюдателю, Вы оставляете еще много возможностей для выбора)? И возможно, самый трудный вопрос: какого рода обработка информации выполняется в самом представлении - либо для того, чтобы обеспечить его собственную внутреннюю непротиворечивость, либо для того, чтобы обеспечить его совместность с той организацией, допустимость которой определяется трехмерностью структуры реального мира?

В первой и второй частях этой книги я предпринял попытку изложить достаточно подробно подход к изучению зрительного восприятия, заключающийся в том, что оно рассматривается главным образом как задача обработки информации. Я старался в процессе изложения отвечать на наиболее часто возникающие вопросы, однако опыт, приобретенный мной в попытках разъяснения сути этого подхода в процессе чтения лекций и дискуссий, заставляет предполагать, что у читателя еще могут быть сомнения и вопросы, оставшиеся без ответа, хотя они и могут сводиться к самым простым замечаниям типа того, что вся схема выглядит слишком искусственной или — на противоположном полюсе мнений — маловыразительна.

Что Вы могли бы сказать о памяти человека? Вы высказали предположение, что и в этой области направление исследований было выбрано неправильно. Что Вы имели в виду?

Я упоминал о работе Нормана и Румелхарта, посвященной возможному способу организации информации в долговременной памяти. Опасность в данном случае снова заключается в том, что проблемы ставятся безотносительно четко определенной задачи обработки информации. Как раз наоборот, проблемы ставятся и их решения находятся в категориях механизмов — в данном случае речь идет о механизме, названном ’’активной структурной сетью”, причем он столь прост и универсален, что лишен теоретического смысла. Норман и Румелхарт могли бы заметить, что подобная ’’ассоциация”, возможно, существует, но они не в состоянии были ни указать, из чего эта ’’ассоциация” состоит, ни утверждать, что для решения задачи х (с которой человек может справиться) память должна быть организована некоторым конкретно определенным образом, причем, если подобная организация имеет место, в качестве побочных эффектов должны возникать некоторые поддающиеся идентификации ’’ассоциации” определенного типа.

Гульстранд в своей схеме оптики глаза приписал каждому ее параметру среднее из измеренных или иным путем найденных значений этого параметра для реальных человеческих глаз.

Основное свойство рецепторов сетчатки — световая чувствительность, т. е. способность, поглощая свет, инициировать первую ступень сложного зрительного процесса. Чувствительность фоторецепторов к свету чрезвычайно велика: рецептор способен генерировать импульс возбуждения при поглощении всего нескольких, быть может только двух, фотонов. Но вероятность того, что фотон будет поглощен светочувствительным веществом рецептора, в сильной степени зависит от энергии фотона, т. е. от частоты или длины волны излучения. Зависимость вероятности поглощения фотона от длины его волны лежит в основе световой фотометрии, обуславливая способ пересчета энергетических величин в световые, прежде всего мощности излучения Р (Вт) в световой поток Ф (лм). Первые фотометрические измерения, еще в XVIII в. проводились при достаточной освещенности, когда хорошо различаются цвета, т. е. когда работают колбочки. Поэтому основные фотометрические величины были установлены для дневного, колбочкового зрения. В основу была положена единица силы света — свеча. Сначала это была просто свеча типа восковой или стеариновой, потом старались обусловить материал и диаметр свечи, затем воспроизводили эталон в виде пламенной лампы с определенными конструкционными ее параметрами (свеча Гефнера). В двадцатом веке световые эталоны были созданы в виде ламп накаливании. Во второй половине нашего столетия в основу эталона силы света было положено излучение черного тела при температуре затвердевания платины. Сила света одного квадратного сантиметра черного тела при температуре 2042 К принята равной 60 свечам или по современной терминологии 60 канделам (60 кд). Устройство первичного светового эталона достаточно сложно.