Hình DungWiki
Tìm
Vật bất khả & ảo giác chiều sâu

Não ước lượng chiều sâu bằng những manh mối nào: một mắt và hai mắt

Não suy ra chiều sâu từ manh mối một mắt như chồng lấp, kích thước, phối cảnh, sáng tối, thị sai và manh mối hai mắt. Ảo giác nảy ra khi các manh mối mâu thuẫn.

Não ước lượng chiều sâu bằng những manh mối nào: một mắt và hai mắt

Não ước lượng chiều sâu bằng cách kết hợp hàng chục manh mối khác nhau, chia thành hai nhóm: manh mối một mắt (dùng được cả trên tranh ảnh: chồng lấp, kích thước tương đối, phối cảnh, sáng tối, độ mờ do không khí, vị trí cao thấp, kết cấu dày dần, thị sai khi di chuyển) và manh mối hai mắt (chênh lệch giữa hình của hai mắt, độ quy tụ của hai mắt). Không manh mối nào đủ một mình; não cân đo chúng như một thám tử, và ảo giác xảy ra khi các manh mối bị làm giả hoặc mâu thuẫn.

Bài này là "bản đồ" các manh mối chiều sâu: mỗi loại là gì, hiệu quả ở khoảng cách nào, và hoạ sĩ, nhà làm phim, kỹ sư thực tế ảo dùng chúng ra sao.

Vấn đề cốt lõi: võng mạc là mặt phẳng

Ảnh của thế giới rơi lên võng mạc, một lớp tế bào cong nhưng về bản chất là hai chiều. Thông tin "xa bao nhiêu" đã mất khi ánh sáng chiếu lên đó. Một chiếc ô tô đồ chơi ở gần và một chiếc ô tô thật ở xa có thể cho ảnh y hệt. Não phải suy ra chiều thứ ba từ những dấu vết gián tiếp. Đó là lý do một bức ảnh phẳng vẫn cho cảm giác sâu, và cũng là lý do ta có thể bị đánh lừa.

Bảng các manh mối chiều sâu

Manh mốiLoạiNội dungHiệu quả ở khoảng cách
Chồng lấpMột mắtVật che vật kia thì ở gần hơnMọi khoảng cách
Kích thước tương đốiMột mắtVật cùng loại mà nhỏ hơn thì ở xa hơnMọi khoảng cách
Kích thước quen thuộcMột mắtBiết người cao khoảng 1,6 – 1,8 m, từ cỡ ảnh suy ra khoảng cáchMọi khoảng cách
Phối cảnh tuyến tínhMột mắtĐường song song hội tụ ở xaTrung bình đến xa
Kết cấu dày dầnMột mắtSỏi, gạch, cỏ nhỏ và dày dần về phía xaTrung bình đến xa
Vị trí so với đường chân trờiMột mắtVật trên mặt đất càng gần đường chân trời càng xaTrung bình đến xa
Sáng tối, bóng đổMột mắtCho hình dạng khối và vị trí so với mặt đấtGần đến trung bình
Phối cảnh không khíMột mắtVật xa nhạt, xanh, kém tương phảnRất xa (hàng trăm mét trở lên)
Thị sai chuyển độngMột mắt, cần di chuyểnKhi ta di chuyển, vật gần trôi nhanh, vật xa trôi chậmGần đến trung bình
Điều tiếtMột mắtĐộ căng cơ mắt khi lấy nétRất gần (dưới vài mét)
Chênh lệch hai mắtHai mắtMỗi mắt thấy hình hơi khác; chênh lệch càng lớn, vật càng gầnGần, mạnh nhất trong vài mét, giảm dần tới vài chục mét
Quy tụHai mắtHai mắt xoay vào trong để nhìn vật gầnRất gần

Hai mắt: lợi thế của loài săn mồi

Mắt trái và mắt phải của người cách nhau trung bình khoảng 6 – 6,5 cm. Mỗi mắt thấy thế giới từ một vị trí hơi khác, nên hai ảnh trên võng mạc lệch nhau một chút. Não so hai ảnh và tính ra chiều sâu, quá trình gọi là nhìn nổi (stereopsis). Nhà vật lý Charles Wheatstone mô tả điều này năm 1838 và chế tạo kính nhìn nổi (stereoscope) đầu tiên để chứng minh.

Thử ngay: giơ một ngón tay trước mặt, nhắm mắt trái rồi mắt phải luân phiên. Ngón tay "nhảy" qua lại so với nền phía sau. Khoảng nhảy đó là chênh lệch hai mắt.

Loài săn mồi như mèo, cú, người có hai mắt hướng về phía trước, vùng nhìn chung của hai mắt rộng, nên nhìn nổi tốt, giúp ước lượng khoảng cách tới con mồi. Loài bị săn như thỏ, ngựa có mắt ở hai bên đầu, vùng nhìn chung hẹp nhưng nhìn bao quát gần như toàn bộ xung quanh.

Không ai cần hai mắt để thấy chiều sâu hoàn toàn

Một tỉ lệ nhỏ dân số không nhìn nổi được, thường do lác hay nhược thị từ nhỏ. Họ vẫn lái xe, chơi thể thao, làm việc bình thường nhờ các manh mối một mắt. Nhà khoa học thần kinh Susan Barry kể trong cuốn Fixing My Gaze (2009) rằng bà bị lác từ nhỏ, đến ngoài bốn mươi tuổi mới luyện tập thị giác và lần đầu trải nghiệm nhìn nổi, như "thấy không gian giữa các vật".

Thị sai chuyển động: vì sao chim gật đầu

Khi ngồi trên xe nhìn ra cửa sổ, hàng rào bên đường vụt qua nhanh, cánh đồng trôi chậm, núi xa gần như đứng yên. Não dùng tốc độ trôi tương đối này để biết khoảng cách. Đây là manh mối một mắt rất mạnh, nhưng chỉ có khi ta di chuyển.

Chim bồ câu, gà gật đầu khi đi một phần để ổn định hình ảnh, và các loài như cú hay một số côn trùng lắc lư đầu để tạo thị sai, đo khoảng cách trước khi lao tới.

Vách đá thị giác: trẻ sơ sinh có thấy chiều sâu không

Năm 1960, Eleanor Gibson và Richard Walk công bố thí nghiệm "vách đá thị giác" (visual cliff). Một tấm kính dày phủ trên một cái bàn: một nửa có mặt bàn kẻ ô ngay dưới kính, nửa kia mặt kẻ ô hạ thấp xuống sàn, tạo cảm giác vực sâu. Trẻ đang tuổi bò (khoảng 6 – 14 tháng) phần lớn không chịu bò qua phía "vực" dù mẹ gọi, cho thấy các em đã cảm nhận được chiều sâu. Nghiên cứu sau này của Joseph Campos và cộng sự cho thấy kinh nghiệm tự bò góp phần lớn vào nỗi sợ độ cao này.

Khi các manh mối mâu thuẫn

Phần lớn ảo giác về chiều sâu xảy ra khi các manh mối "nói" khác nhau, và não phải chọn:

  • Mặt nạ rỗng: hai mắt nói "lõm", kiến thức về khuôn mặt nói "lồi". Kiến thức thắng.
  • Phòng Ames: kích thước quen thuộc của người nói "khác khoảng cách", phối cảnh căn phòng nói "cùng khoảng cách". Phòng thắng.
  • Kính thực tế ảo: hai mắt và thị sai nói "vật ở xa 3 mét", nhưng mắt vẫn phải lấy nét ở màn hình cố định gần mắt. Mâu thuẫn giữa điều tiết và quy tụ này là một nguyên nhân gây mỏi mắt.

Ứng dụng: hoạ sĩ, nhà làm phim, kỹ sư

  • Hoạ sĩ chỉ có manh mối một mắt tĩnh: chồng lấp, kích thước, phối cảnh, sáng tối, không khí. Họ là bậc thầy kết hợp chúng.
  • Nhà làm phim thêm thị sai chuyển động bằng máy quay di chuyển (cảnh "dolly"), làm cảnh sâu hơn hẳn ảnh tĩnh.
  • Phim 3D và thực tế ảo thêm chênh lệch hai mắt bằng cách đưa hai ảnh khác nhau vào hai mắt.
  • Ô tô tự lái và robot dùng camera đôi (bắt chước hai mắt), cảm biến đo khoảng cách bằng tia laser, và cả thuật toán suy chiều sâu từ một camera, học từ đúng các manh mối mà não người dùng.

Góc nhìn hôm nay: cảm nhận từng manh mối

  1. Chênh lệch hai mắt: nhắm một mắt, thử chạm đầu hai cây bút vào nhau từ hai phía. Khó hơn hẳn so với mở hai mắt.
  2. Thị sai chuyển động: nhắm một mắt, lắc đầu sang hai bên khi nhìn một góc phòng. Cảm giác chiều sâu quay lại ngay.
  3. Kích thước quen thuộc: chụp ảnh một chiếc xe đồ chơi đặt gần ống kính trên nền một con phố xa. Trong ảnh, nó có thể trông như xe thật.
  4. Kết cấu: chụp một mặt sân lát gạch từ đầu sân. Quan sát gạch nhỏ dần và sít lại về phía xa.

Câu hỏi thường gặp

Não cảm nhận chiều sâu bằng cách nào?

Não kết hợp nhiều manh mối: manh mối một mắt như chồng lấp, kích thước, phối cảnh, sáng tối, thị sai khi di chuyển, và manh mối hai mắt như chênh lệch giữa hình hai mắt và độ quy tụ. Không manh mối nào đủ một mình.

Nhìn bằng một mắt có thấy chiều sâu không?

Có. Các manh mối một mắt như chồng lấp, kích thước tương đối, phối cảnh, sáng tối và thị sai khi di chuyển vẫn cho cảm giác chiều sâu tốt. Chỉ mất phần nhìn nổi từ chênh lệch hai mắt, quan trọng nhất ở khoảng cách gần.

Nhìn nổi là gì?

Nhìn nổi là khả năng cảm nhận chiều sâu nhờ não so sánh hai hình hơi khác nhau từ hai mắt. Charles Wheatstone mô tả và chứng minh nó năm 1838 bằng kính nhìn nổi đầu tiên.

Thí nghiệm vách đá thị giác là gì?

Là thí nghiệm năm 1960 của Eleanor Gibson và Richard Walk, đặt trẻ đang tuổi bò trên tấm kính phủ qua một vực giả. Phần lớn trẻ không chịu bò qua vực, cho thấy các em đã cảm nhận được chiều sâu.

Vì sao dùng kính thực tế ảo lâu bị mỏi mắt?

Một nguyên nhân là mâu thuẫn giữa quy tụ và điều tiết: hai mắt xoay theo khoảng cách ảo của vật nhưng vẫn phải lấy nét ở màn hình cố định gần mắt. Não nhận hai thông tin chiều sâu trái ngược nhau.

Cần tư vấn cụ thể cho trường hợp của bạn?

Chúng tôi sẽ liên hệ trong vòng 24 giờ.

Đăng ký tư vấn ngay

Bài viết liên quan

Bạn cần hỗ trợ thêm?

Để lại thông tin, chúng tôi sẽ liên hệ trong 24 giờ.

hoặc
Gọi ngay 0888 831 183