Бинокулярное зрение — это то, что делает нашу жизнь действительно трехмерной, позволяет оценивать глубину и дальность объектов, то есть воспроизводить объемную картину мира.
Обеспечивается этот феномен сопоставлением зрительной информации, получаемой от двух глаз, но с «разного угла». Объединение этой информации в головном мозге является ключевым этапом для реализации трёхмерного зрения: нередки случаи, когда каждый глаз по отдельности видит нормально, но «точной» объемной картины не получается.
Но это не единственный способ жить «полной трехмерной жизнью».
Большинство людей, потерявших один глаз или от рождения не обладающих бинокулярным зрением, всё-таки способны примерно оценивать дальность предметов. Раньше ученые полагали, что делают это они очень приблизительно: исходя из знания истинного размера или скорости движения наблюдаемых объектов, человек может представить себе расстояние до них. Кроме того, всегда можно оценить положение и размеры неизвестного объекта, сравнивая его со знакомыми предметами.
(от греческого «смена, чередование») — изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.
Параллакс используется в геодезии и астрономии для измерения расстояния до удалённых объектов. На явлении параллакса основано бинокулярное зрение.
Из-за вращения Земли вокруг своей оси положение наблюдателя циклически изменяется. Для наблюдателя, находящегося на экваторе, база параллакса равна диаметру Земли и составляет около 12,5 тысяч км.
При наблюдении Луны её кажущиеся смещения на фоне звёзд (по сравнению с расчётным орбитальным движением) достигают 2° и были замечены уже древнегреческими астрономами, что позволило им довольно точно определить расстояние до Луны.
Суточный параллакс планет довольно мал (для Марса 2,5′ во время великого противостояния), но тем не менее был единственным способом измерения абсолютных расстояний в Солнечной системе до появления радиолокации.
Для определения расстояний до ближайших звёзд используется параллакс, возникающий при годовом движении Земли вокруг Солнца. Для этого измеряется смещение изображения звезды относительно фона удалённых звёзд. Расстояние до объекта, имеющего годичный параллакс в 1 угловую секунду, называется парсек (1 парсек = 3,085678×1018 см). Ближайшая звезда Проксима Центавра имеет параллакс 0,77″, следовательно, расстояние до неё составляет 1,295 пк.
Первые успешные попытки наблюдения годичного параллакса звёзд были выполнены Василием Яковлевичем Струве для звезды Вега (α Лиры), результаты опубликованы в 1837 году. Однако, научно достоверные измерения годичного параллакса был впервые проведены Фридрихом Вильгельмом Бесселем в 1838 году для звезды 61 Лебедя. Приоритет открытия годичного параллакса звёзд признается за Бесселем.
Стереоскопический параллакс — это угол, под которым рассматривают объект двумя глазами или когда его фотографируют стереоскопическим фотоаппаратом.
Временной параллакс — искажение формы объекта параллаксом, возникающим при съёмке фотоаппаратом со шторным затвором. Так как экспозиция происходит не единовременно по всей площади светочувствительного элемента, а последовательно по мере движения щели, то при съёмке быстро движущихся объектов их форма может искажаться. Например, если объект движется в ту же сторону, что и щель, его изображение будет растянуто, а если в обратную, то сужено.
Рочестерские ученые под руководством Грега Деангелиса предложили и обосновали способность реконструировать «стереокартины» с помощью одного глаза и движения человеческого тела.
В работе, принятой к публикации в Nature, американские специалисты
доказали существование материальной основы — нейронов и нейронных сетей, отвечающих за получение и сопоставление зрительной информации, данных о перемещении тела и отдельных его частей, в том числе глаза.
Это механизм основан на уже упомянутом параллаксе — явлении изменения положения объекта относительно фона при движении наблюдателя. Ученые считают, что приматы способны даже учитывать скорость собственных движений и соотносить её со скоростью изменения положения объектов. При этом далеко расположенный объект практически не смещается, тогда как близко расположенный «движется» при качании головы или глаза гораздо быстрей.
В своем эксперименте нейрофизиологи оценивали электрическую активность отдельных нейронов и их групп в двух видах опытов на макаках (Macaca mulatta).
Первый был назван «параллаксом движения» — отдельным глазам обезьянки демонстрировали объекты на разном расстоянии. При этом макаки «качали» глазом — обычное для всех животных явление рассматривания объектов и обстановки.
Во втором эксперименте «движение сетчатки» обезьянкам показывали псевдостереокартинку — движение объектов, как будто бы макаки сами двигают глазом. На деле подопытные делать этого уже не могли — все нервные импульсы, поступающие в мозг не от сетчатки, прерывались.
Электрическая активность сетчатки глаза и в том и другом случае была одинакова. Однако в первом эксперименте ученые зарегистрировали активность нейронов и в средней височной области, получающей информацию не только от зрительного анализатора, но и от рецепторов мышц. Во втором случае ничего подобного зафиксировать не удалось.
Израильские ученые показали, что у нас существуют две отдельных системы зрительного восприятия – одна для «познания мира», другая – для быстрых и точных действий.
Психологи из Университета имени Бен-Гуриона в Негеве показывали добровольцам картинки с эффектом иллюзии Понцо – когда на одной картинке изображены черточки одинаковой длины, но с помощью перспективы создается ощущение, что одна длинней другой. Участников просили «взять» черточку с экрана с помощью большого и указательного пальцев, на которых предварительно закрепляли высокоточные сенсоры.
Даже если объект казался больше (или меньше), чем он был на самом деле, расстояние между пальцами точно соответствовало реальным размерам. Для подтверждения результатов психологи даже повторили опыты, но с картинками, где черточки уже отличались по реальным размерам, правда большая казалась на экране меньшей, и наоборот. Длина палочки и расстояние между пальцами продолжало соответствовать
реальным размерам.
По мнению исследователей, это подтверждает идею Гудэйла-Милнера, высказанную около десяти лет назад, согласно которой существует две системы восприятия. Первая отвечает за познание мира и выстраивание взаимоотношений между объектами, именно её и обманывают оптические иллюзии. Вторая отвечает за действия с конкретными объектами, а потому ей нужно быть концентрированной, а не глобальной, что дает точность, скорость и надежность движений.
Возможно, в мозге для этих целей даже формируются разные образы – один абстрактный, а второй – точный.
Практическое применение открытию, вероятно, найдется уже скоро: во-первых, знание фундаментального механизма поможет в реабилитации детей с врожденными проблемами. А во-вторых, что в нашем мире не менее важно, модели виртуальной реальности станут куда более реальными.
