（应用心理学专业论文）月亮错觉的综合分析及实验验证.pdf

浙江大学硕士论文摘要 摘要 月亮错觉是当月亮在近地平线时，看起来比当空大的现象。该现象是由真实 的物理现象引起还是由观察者引起的错觉存在着尖锐的分歧。支持是物理现象的 伪错觉理论，其证据主要来源于物理学方面的支持，譬如地月距离、光线折射、 大气密度、月亮本身的亮度及色泽等等都于变化中。而支持是错觉的主要理论有 表观距离理论、注视角理论和视角错觉理论等等，它们也有充分的实验依据。 本研究认为，真伪月亮错觉争论的症结在于首先混淆了月亮知觉过程中心理 量与物理量的严格区分，其次是将月亮识别的过程简单化。 本研究通过四个实验和地月距离的文献分析，从物理、生理和认知三个方面 对月亮错觉的形成过程作了综合研究。结论如下： ( 1 ) 知觉到的月亮大小受到地月距离等物理因素，双眼聚焦等生理因素， 以及对象识别所涉及的认知因素的综合影响； ( 2 ) 今后的月亮错觉研究需在综合上述三个因素的基础上，建立动力学仿 真模型进行研究。 关键词：月亮错觉，场景线索，地月距离，双眼聚焦 i i 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t a b st r a c t m o o ni 1 1 u s i o nisap h e n o m e n o nt h a tt h em o o ns e e m sl a r g e ra tt h en e a r h o r i z o nt h a na tz e n i t h t h er e a s o no fm o o ni1 1 i s i o ne x i s ts h a r p d is c r e p a n c i e s ，w h i c hism a y b ey i e l d e db yt h et e a lp h y si c a lp h e n o m e n ao r t h ei 1l u s i o na tt r i b u t e dt oo b s e r v e r s s o m et h e o ri e s ，w h o s ee v i d e n c e sa r e m a i n l yf r o mp h y s i c ss u c ha st h ee a r t h - m o o nd i s t a n c e ，1 i g h tr e f r a c t i o n ， a t m o s p h e r i cd e n s i t y ，t h e b r i g h t n e s sa n dl u s t e ro ft h em o o n ，e t c ，c o n s i d e r i ta sp h y s i c a lp h e n o m e n o na n df a ls ei 1 1 u s i o n b u to t h e rt h e o r i e s s u c h a sa p p a r e n td is t a n c et h e o r y ，a n g l e o f r e g a r dt h e o r ya n dv i s u a la n g l e i1l u s i o nt h e o r y ，r e g a r dita sr e a li1l u si o na n d p r e s e n tp l e n t yo f c o r r e s p o n d i n ge v i d e n c e s w et h o u g h tt h a tt h ep h y s i c a lp r o c e s sa n dp s y c h o l o g i c a lp r o c e s sd u r i n g m o o np e r c e p t i o nw e r em is u n d e r s t o o di nt h ed e b a t e ，a n dt h ep r o c e s so fm o o n r e c o g n i ti o nw a ssi m p li fi e dt o o i nt h iss t u d y ，t h ep h y s i c a l ，p h y s i o l o g i c a l ，a n dc o g n i ti v ef a c t o r s w e r et a k e ni n t ot h ec o n s i d e r a t i o no ff o u re x p e r i m e n t sa n d1 it e r a t u r e a n a l y s iso ft h ee a r t h - m o o nd is t a n c e t h ec o n e l u s i o n sa r ea sf o l l o w ： ( 1 ) t h ep e r c e i v e dsi z e s o ft h em o o da r ea f f e c t e db yp h y si c a1a n d p h y s i o l o g i c a lf a c t o r sa sw e l la sc o g n i t i v ef a c t o r s ( 2 ) t h et h r e ef a c t o r sm e n t i o n e da b o v es h o u l db ei n t e g r a t e di n t ot h e d y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e lso fm o o ni l l u s i o ni nf u r t h e rr e s e a r c h e s k e y w o r d s ：m o o n1 1 l u s i o n ，s c e n ec l u e s ，t h ee a r t h m o o nd is t a n c e ，b i n o c u l a r f o c u s i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘鲎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 躲产熟笺一期一吣多月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝堑盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：2 一o 年 芦名增 多月夕 日 导师虢符亨雪三导师签名：衬亏磐二 签字日期：2 年3 月尹日 浙江大学硕士论文致谢 致谢 一谨以此文献给所有关心我帮助过我的人们 论文即将完成，十数年的校园学习生活也即将随着最后一页纸而告一段落。 毕业在即的我，此刻心中感触良多。 这篇论文能够完成，最需要感谢的是我的导师符德江先生。曾经有许多次， 我遇到瓶颈举步维艰，是您给予指导和帮助才让我克服了重重阻碍。如果没有您 一路上的敦促和鼓励，也许我坚持不到最后完成的一刻。感谢您在论文的选题、 构思、撰写，每一个阶段所倾注的大量心力。符先生对我的帮助绝不仅止于学 - j ， 还包括为人处事方面的指导。回首过去三年，我清楚地看到自己的成长，而这成 长里有太多您留下的痕迹。您教给我许多做人的道理，是我弥足珍贵的财富，已 经并将继续对我的生活事业起到帮助。您曾指给我看人生的美丽画卷，将是我终 其一生去努力追寻的方向。 感谢我的父母一直以来对我的关爱和培养特别是在念研究生的最后一年 里，因为有了你们的支持，我才可以安心地走着自己的路。今天我获得的点滴成 绩都离不开你们。我把无尽的感激和美好的祝福都献给你们。 感谢浙江大学心理系全体老师，多谢你们的教导。特别感谢钱秀莹老师，给 我许多学 - - j 上的宝贵意见，在我遇到困难时给予无私帮助。您严谨的治学态度和 平易近人的教学态度给我留下了深刻印象。 感谢我的同门师姐孙中芳j 于玲娜，师妹程昊、陈婉玲、王雅琼、师弟朱林 辉。能够成为这个团队中的一员，真的很开心。大家讨论时的思想碰撞，给了我 很多启示，从中获益良多。在我做论文期间，大家更是不辞辛劳地给予大力帮助， 那些并肩作战的场景仍历历在目。你们对我，是同门，却更像朋友。难忘那些和 浙江大学硕士论文致谢 你们在一起的日子! 感谢朝夕相处的室友陈哲、聂建华、武秀杰、梁雯婷，你们的陪伴像艳丽的 烟火照亮我的研究生生活，虽然最终彼此各奔东西，但一起走过的e t 子会变成美 丽的珍珠装点回忆；感谢我的好朋友祈佳颖、陆佳杰、黄怡、陈华娇、丰洁，关 心我、爱我、为我加油、给我鼓劲，谢谢你们。 特别感谢金振跃先生，为我的论文出了很多很多力，谢谢你! 最后要谢谢我自己。虽然你真的是一个非常被动，没有自信又缺乏勇气的家 伙，但谢谢你始终都没有放弃自己，才终于熬过那些晦涩的日子希望渐渐长大 成熟的你，以后的路越走越宽、越走越好。 浙江大学硕士论文1 引言 1 引言 1 1 研究月亮错觉的意义 月亮在地平在线、刚准备升起的时候，看起来比高挂在天空中时要来的大。 不止月亮，地平线附近的太阳、彩虹、星座等看起来也都会比头顶天空的太阳、 彩虹、星座等大一些。这类现象被称为月亮错觉或天体错觉。早在公元前七世纪 前，古中国就有过相关记载，比如列子中的“两小儿辩日”。几十个世纪以 来，此类现象的成因一直困扰着人们，不断有学者提出各种各样的假设试图来解 释它却始终没有一种解释得到普遍认可。作为一个生活中常见的视觉现象，同时 也是认知心理学中一个比较基础的问题，月亮错觉的成因有待揭晓。此外，对月 亮大小的知觉还涉及到对象在场景中的识别问题，所以关于月亮错觉的研究对我 们进一步认识场景识别的一些问题也将有所裨益。 1 2 月亮错觉的几个主要理论解释 1 2 1 “月亮错觉”是“伪错觉” 有关这类现象的讨论的第一个纷争点在于，“月亮错觉”究竟是不是错觉， 也就是说我们对月亮大小的知觉究竟符不符合客观物理世界中月亮大小的真实 变化。 最直观朴素的看法是认为两者相符，即观察者之所以把地平线附近的月亮知 觉为较大、天空中的知觉为较小，是因为地平线处的月亮确实就比天空中月亮要 大。若依照这种观点，则所谓的“月亮错觉”就变成了“伪错觉” “伪错觉”的观点让人易信。因为地月距离、光线折射( a r is t o t l e ) 、大 气密度、月亮本身的亮度及色泽等都处于变化中，而这些因素确切地影响了月亮 到达人眼的用于判断月亮大小的信息。人所觉到的月亮大小变化的确有可能是由 月亮的物理状态的变化而引起。为了更清楚表述，“伪错觉”的具体内容将在后 面的1 2 2 中与“错觉”的观点对比介绍。 1 2 2 “月亮错觉”是“错觉” 月亮的实际大小可以用角大小( a n g u l a rs i z e ) 来描述。视觉研究中，角大 小又称视角( v is u a la n g l e ) ，指看物体时视线的张角，是一个纯粹的物理量， 用物体的实际大小与距离的函数表示。如果按照伪错觉的观点一一地平线处月亮 浙江太学m 论立 引言 比天空中更大，那么就意味着地平线处月亮的视角比天空中的大。 对于地平线月亮的视角大于天空中的月亮这一点，许多研究者表示怀疑。他 们的质疑主要存在这几个方面： 首先他们认为，在同一天中，月球本身的体积不会发生显著变化。其次，月 亮出现在地平线附近时，与观察者的距离较天空中的月亮更远。假如不考虑地球 在数小时内因公转而造成的地月距离改变，我们可以从图1 1 看出地平线的月亮 与中天时分的相比大约相差一个地球半径的距离( 地球的平均半径为6 3 7 1 千 米) 。中天的月亮由于不受地球半径的影响，距高观察者反而近一些按照欧几 里得定律，物体的实际大小不变，距离越远，则视角越小如果精确计算，剐从 地平线升起的月亮的祝角比中天的月亮应是小了约2 ，不是更大 弋尹 l 图1 i 当寄及地平蛲处月亮与抽璩的距离 图1 2 在天文折射的作用下，光线沿曲线传播 其次光线折射不会使接近地平线的月亮变大历史上h r is t o t l e 曾提出是光 线折射影响了月亮大小的假设。由于光在在两种密度不同的介质里传播速度不 2 浙江大学硕论文 引言 同，故在这两种介质的交界处传播方向会发生变化，也就是所谓折射。覆在地球 表面的大气层密度大子地球外层空问的真空。而大气层本身的密度也不相等，一 般在气压和气温的作用下越接近地表大气密度越大，因此我们可以把大气层看作 是由许多密度不同的水平气层组成的当光线从地球外层空闻的真空进入稠密的 大气层，以及当光线到达密度不同的两层气层的分界面时，都会发生折射。每一 次折射光线都向法线方向靠拢一些。光线从月球出发到达位于地球表面的观剥 者，整个过程中经过多次折射，导致光线不是妇直线传播，而如图1 2 所示那样， 变得弯曲。在天文观测中，这个过程叫做天文折射，也称蒙气差( as t t o n o m i c a i r e f r a c t i o n ) 。天文折射的效应是使位于地面的观测者看到的天体虚像s 比真实 天体s 的位置要高( 见图1 3 ) 。天体折射对像在垂直方向的位置、大小有影响， 不过像在水平方向的位置、大小却基本不变。初升和傍晚的太阳看上击呈椭圆形， 就是因为天体折射的关系。这时阳光的入射角很大，折射对光线的方向改变也相 对更显著这种方向的改变，对于位于地球表面上的观测者来说，是垂直方向的 对原始位置的一种抬升，越接近地平线，这种抬升就越多，早上或者傍晚时，太 阳接近地平线，大气折射对太阳下边缘的抬升要比上边缘多，所以，太阳看起来 像是在垂直方向被压扁了一样。而当太阳升到中天时，光线入射角很小，光线的 方向改变相对不明显，所以太阳最接近正圆可是，即便考虑天体折射对月亮的 像的作用，也只能证明地平线附近的月亮的像更扁，视角更小，而不是更大 ( r a u f 毗ntr o c k ，1 9 6 2 ) 。 s 是光* ，s7 盘傅 图13 天文折射使物体“好像”被抬高了一样 浙江大学硕士论文1 引言 再次光色和亮度也不可能改变月亮的大小。由于大气对较短光波的选择散 射，地平线处月亮常较天空中月亮显得红些。于是有人提议光色的差异是否会使 地平线附近的月亮视角变大。但有研究者在人造月亮前放一块去除蓝色的滤光 片，发现使月色变红对月亮视角并无影响。b e r k e l e y 将月亮大小的差异，归因 于在黄昏的天色中地平线处月色的朦胧，与黑夜天空中明月的皎洁。同样地，有 实验发现无论是减低地平线处人造月亮的相对亮度，还是加强天空中人造月亮的 明暗对比，都对错觉没有影响。所以，光色和亮度似乎也没有可能改变月亮的视 角大小。 一些观测数据也为月亮的视角保持不变提供了证据。以同样存在“月亮错觉” 现象的太阳为例，在一把2 米长木尺上的0 刻度点，固定一个直径1 1 毫米的圆 环，单眼沿着木尺方向透过圆环观察不同位置的太阳。移动环与眼之间距离，使 得眼看到的太阳外径圆周刚好和圆环内径圆周相吻合，记录环与眼之间的距离， 根据这个距离以及圆环直径计算不同位置的太阳视视角。测量和计算结果表明， 天空各个位置的太阳的视角基本上是一样的，均为3 5 7 ( 0 5 8 。) 左右( 沈东 黎，2 0 0 8 ) 。 1 2 2 1 表观距离理论 尽管存在“月亮错觉”是伪错觉的看法，但大多数研究者还是认同“月亮错 觉”的确属于错觉。他们认为，虽然地平线附近的月亮知觉起来比天空中大，但 实际上月亮的大小却没有变化过，角大小是一样的( k a u f m a n r o c k ，1 9 6 2 ； m c c r e a d y ，2 0 0 4 ) 。在这个认识的基础上，产生了许多解释月亮错觉的理论。其 中，受关注最多的两类解释分别是表观距离理论( a p p a r e n td is t a n c et h e o r y ) 和视角错觉理论( v is u a la n g l ei l l u s i o nt h e o r y ) 。 1 2 2 1 1k a u f m a n 和r o c k 的表观距离理论 表观距离说的形成可以追溯到11 世纪的阿拉伯数学家及物理学家a l h a z e n 所提出的观点，后经k a u f m a n 和r o c k 的进一步实验验证和阐述，成为一种有影 响力的理论解释( s u z u k i ，1 9 9 1 ) 。 他们相信，对不同位置月亮的距离判断不同是直接导致大小知觉差异的原 4 浙江大学硕士论文 1 引言 因。无论月亮在什么位置，它的视角大小是始终恒定的。所不同的是观察者对月 亮与自身之间距离的判断。观察者将地平线附近的月亮知觉为离自己更远。随着 感知到的空间距离的增加相应地产生知觉大小的增加( k a u f m a n r o c k ，1 9 6 2 ； r o c k k a u f m a n ，1 9 6 2 ) 。 而观察者之所以把地平线处的月亮和天空中的月亮判断成不一样远，主要是 依据周围景物，尤其是地面，所提供的距离信息。地面本身包含了多种信息，例 如大小的纹理梯度( t e x t u r eg r a d i e n to fs i z e ) 、密度的纹理梯度( t e x t u r e g r a d i e n to fd e n si t y ) 、梯度压缩( c o m p r e s si o ng r a d i e n t ) 、直线透视( 1i n e a r p e r s p e c t i v e ) ( g i b s o n ，19 5 0 ) 。g i b s o n 提出的地面理论( g r o u n dt h e o r y ) 中 认为地面在空间知觉中起着重要作用( g i b s o n ，1 9 5 0 ) 。无论物体是否与地面有 直接联系，视觉系统标记物体的位置都是以地面作为坐标系( w ue ta 1 ，2 0 0 4 ； o o i h e ，2 0 0 7 ) 。许多研究也确证了地面信息对距离判断有影响( b i a ne ta 1 ， 2 0 0 5 ；h e o o i ，2 0 0 0 ；h ee ta 1 ，2 0 0 4 ；m a d is o ne ta 1 ，2 0 0 1 ：p h i l b e c ke t a 1 1 9 9 7 ) 。因此，当月亮在地平线附近时，周围有丰富的环境信息，观察者根据 经验判断月亮在非常远的地方。相比之下，人对高空缺乏经验，判断天空中月亮 的距离所能利用的线索就少得多了。观察者很难将天空中的月亮也知觉成如地平 线那样远。 如果破坏地面信息，或者令天空中的月亮具有与地平线上的月亮一样的深度 信息，那么月亮错觉就会消失。例如，k a u f m a n 和r o c k 用棱镜将地平线颠倒过 来的方法破坏地面信息，发现地平线处月亮与天空中月亮的比值是1 2 8 ；而在 正常情况下，同一组观察者所得的比值是1 6 6 。又例如，在另一个实验中，他 们设置了一面与水平面成4 5 。角的镜子，使得观察者能够向天空中看到地平线 的月亮；而对另一面镜子向前直看时，则能在水平方向看到天空中月亮。他们发 现，在水平方向看到的天空中月亮，显得比头顶上所看到的地平线处月亮更大， 比数是1 3 4 。这两个实验都表明地面信息对月亮错觉的产生起着重要作用。 1 2 2 1 2h a l w a y 和b o r i n g 的注视角理论 h a l w a y 和b o r i n g 提出的注视角度理论( a n 9 1 e o f r e g a r dt h e o r y ) 可以被 视为表观距离说的另一个版本。h a l w a y 和b o r i n g 要求被试或直视、或抬起头、 或仅将眼睛抬高头不动，观察不同方向的月亮，然后将所看到的月亮与身体近旁 5 浙江大学硕士论文 1 引言 ( 3 5 米) 屏幕上的月亮进行比较。随后发现用眼睛直视地平线处月亮时，大多 数观察者选择的圆形，比将眼睛抬起三十度看天空中月亮时所选择的圆形大一倍 半到二倍。当他们抬起头，让眼睛能直视天空中月亮时，他们所选择圆形的大小 贝i j 显示没有错觉。当他们仰卧着直视天空中的月亮时，所选择的圆形大小同头往 后弯，抬起眼睛看地平线处的月亮时的比，显示错觉是相反的，天空中月亮显得 较大。根据这一系列实验结果，h a l w a y 和b o r i n g 推断月亮的大小可能与观察者 的眼睛及身体姿势变化有关。 其后s u z u k i 在不同环境条件下也得到了类似的实验结果。他要求被试分别 直视和抬起眼睛看天空中同一处月亮，比较两者的大小，发现在全黑环境里抬眼 看到的月亮比直视看到的大1 0 6 倍；开灯的房间中两者比值为1 0 8 ；自然环境 下比值是1 1 0 。这表明观察者看月亮的注视角度即便不是引起月亮错觉的主因， 也至少对知觉月亮大小或多或少存在一些影响( s u z u k i ，1 9 9 1 ) 。 注视角说的出现，解释了原先表观距离说所不能解释的一个现象。从 k a u f m a n 和r o c k 的表面距离说可以推知，因为地面信息是判断月亮距离远近的 主要依据，所以如果缺少地面信息( 例如在一个全然黑暗的环境里，令观察者无 法看见周围景物) ，那么观察者将很难判断出地平线上和天空中的月亮孰远孰近， 因而也就不会产生错觉。然而一些研究者得到的结果却恰恰相反。s c h u r 、 l e i b o w i t z 和h a r t m a n 、s u z u k i 在全黑的室内环境下进行实验，发现月亮错觉仍 然存在( s u z u k i ，1 9 9 1 ) 。纯粹用k a u f m a n 和r o c k 的表面距离说无法很好解释这 类现象，但是注视角说可以。按照后者的说法，之所以在全黑、缺少地面信息的 条件还会出现月亮错觉，那是因为被试注视不同位置的月亮时眼晴视线的仰角不 同。 按照h a l w a y 和b o r i n g 的实验，我们可以认为，当我们上仰观察月亮时，由 于控制眼睛视线方向的肌肉的平衡作用，会造成两眼向外倾斜，使视轴分散。但 要清晰地知觉到物体，就必须克服视轴的分散状态，使视轴趋于集中，这就需要 加强使视轴集中的眼肌的兴奋程度。而使视轴集中的眼肌兴奋状态与物体的距离 知觉相联系的。在这种情况下，仰头看到的月亮距离会被短估，但物体的视角没 有变化，这样就造成了对月亮的知觉大大缩小( 荆其诚，19 8 7 ) 。 另外，上仰观察月亮时，视线与眼睛所在水平面的夹角增大。这个夹角我们 6 浙江大学硕士论文1 引言 称为注视角( a n g l eo fr e g a r d ) ，它是距离知觉的重要线索之一。在环境中出现 地面信息、并且对象与地面接触的情况下，观察者可以以地面作为坐标系，综合 地面表征、眼睛高度( e y eh i g h t ) 和视线俯角三方面信息，准确地判断出对象 的距离( o o ie ta 1 ，2 0 0 1 、2 0 0 6 ；s i n a ie ta 1 ，1 9 9 8 ；o o i h e ，2 0 0 7 ) 。 即便在缺少地面信息的情况下，注视角依旧是距离知觉的强烈线索( b r u n o c u t t i n g ，1 9 8 8 ；e p s t e i n ，1 9 6 6 ；p h i l b e c k & l o o m i s ，1 9 9 7 ；p h i l b e c ke ta 1 ， 1 9 9 7 ) 。高空中的月亮注视角大于地平线上的月亮，也会引导观察者判断高空的 月亮更近，造成天空中月亮的知觉大小变小。 注视角理论并非否定距离知觉对月亮错觉的作用，而恰巧是为表观距离说做 了一个补充。无论是k a u f m a n 和r o c k 提出的表面距离说，还是h a l w a y 和b o r i n g 的注视角理论，都认为月亮错觉是在月亮视角不变的前提下，把地平线和天空中 的月亮放在不同的距离上去理解才产生的。它们的区别在于，前者只强调了地面 信息对距离判断的重要性。而后者则更强调视轴辐合以及注视角对距离判断的作 用。 表观距离说强调，产生月亮错觉的必要条件是观察者将地平线附近的月亮知 觉得比天空中的更远。17 3 8 年英国数学家r o b e r ts m it h 研究半弧角( h a l f - a r c a n g l e ) 问题时发现，当观察者被要求在正顶与地平线间的天球弧上指出一根平 分线时，大多数所指的方向，与地平线所成的角度，都明显小于4 5 度角。看起 来苍穹好像是扁的，像半椭圆体而不是半球体。后有实验验证在水平线上知觉到 的天空距离大于正顶上知觉到的天空距离( k i n g g r u b e r ，1 9 6 2 ) 。研究者要求 被试把后象投射在蓝天上判断后象的大小，结果发现在水平线上的后象大于正顶 上的后象。这表明天空看起来是一个圆顶形状，且正顶部分最近、水平部分或正 前方最远。因而地平线处显得较天空来得远。如果月亮被认为是在这个半椭圆体 的“表面上，则在地平线处时，也会显得比较远。图1 4 中白色和黑色的圆分 别代表天空中各个位置月亮的实际大小和知觉大小。月亮的视角保持恒定。表观 距离说认为，月亮实际上位于一个接近半球的面上，但知觉起来却像在一个半椭 圆面上。半椭圆的长轴距离与半圆直径相等，短轴距离小于半圆的半径，所以月 亮的大小知觉起来也是地平线附近的相对大，中天的相对小。 7 浙江大学硕士论文1 引言 图1 4 表观距离理论对月亮错觉的解释 尽管有证据显示支持地平线知觉起来比天空中更远，但通常我们对月亮距离 的判断却非如此，一般总是觉得靠近地平线的月亮更近些。这种现象与表观距离 说的假设相矛盾，被称为大小一距离悖论( s i z e - d is t a n c ep a r a d o x ) ( o n oe ta 1 ， 1 9 7 4 ) 。许多研究都发现了类似的现象，在缺少其他深度线索的条件下，在不同 的距离上同时呈现两个相似的物体，它们所对应的视角相同，观察者会将实际上 近的物体知觉为较小、同时也较远，而把实际上远的物体知觉为较大、同时较近 ( o n oe ta 1 ，1 9 7 4o 大小一距离悖论与表观距离说认为的地平线处月亮被知 觉为更远相矛盾，从而令很多研究者对表观距离说持否定态度。 1 2 2 2 视角错觉理论 视角错觉说是m c c r e a d y 等人提出的对月亮错觉的又一种解释。视角错觉是 指观察者知觉到的物体视角与其客观视角不符的现象自从1 9 6 5 年起，不断有 研究者将月亮错觉之类的大小错觉归为视角错觉( m c c r e a d y ，1 9 6 5 、1 9 8 5 ；k o m o d a o n o ，1 9 7 4o 首先这种理论也承认不同位置月亮的视角大小是基本一样的。可是观察者知 觉到的视角大小却不一样，于是就有了月亮错觉。当望向地平线上的月亮，环境 可以提供较多关于月亮远近的距离线索。为了看清月亮，既需要通过调节双眼的 外部肌肉令视轴分散，以便两眼对准同一目标，叉需要通过调节每只眼的内部肌 肉改变晶状体的凹凸，让月亮的像落在视网膜上。因为视轴辐合( c o n v e r g e n c e ) 与眼调节( a c c o m m o d a t i o n ) 的作用，眼睛的视点落在比物体实际所在位置更远 8 浙江大学硕士论文1 引言 的地方，所以月亮的视角看上去要比它实际的大，这种现象称为m a c r o p s i a 。而 望向夜空中的月亮时，可以获得的线索少。视觉研究者很早以前就发现，当缺乏 距离线索的情况下，眼晴的状态相当于静患，焦点的位置在人脸正前方1 至2 米，视点的位置比物体实际所在更艰近，所以月亮的视角看上去比实际更小，这 种现象称为m i c r o p si a 。m a c r o p s i a 和m i c r o p si a 统称o c u l o m o t o rm i c r o p si a ， 是视角错觉最主要的成因。在日常生活中，只要视轴辐合和眼调节改变，就会发 生o c u l o m o t o rm i c r o p s i a 。 m i c r o p si a 引起的视角错觉常伴随线性大小错觉或距离错觉出现，具体可分 为四种情况： ( 1 ) 对象看上去和实际位置相同，但线性大小比实际小。 ( 2 ) 对象的大小看上去和实际一样，但距离看上去比实际远。 ( 3 ) 对象看上去比实际距离远一些，大小也大一些。 ( 4 ) 对象看上去比实际更近，线性大小看上去比实际小。 以上四种结果都在以往研究中被发现过，但第四种结果发生较少( k o m o d a o n o ， 1 9 7 4 ；o n oe ta 1 ，1 9 7 4 ) 。 月亮错觉归根结底是对不同位置月亮视角大小的知觉有差异而引起的。 m i c r o p si a 使天空中月亮的视角知觉起来比实际的小，进而导致观察者把月亮知 觉为更小、更远。类似地，m a c r o p s i a 令地平线附近的月亮视角知觉起来更大， 导致月亮被判断为更大。 e n r i g h t 和r o s c o e 等人测量了被试看不同距离人工月亮，以及地平线和天 空中人工月亮的眼睛调节( e y ea d j u s t m e n t ) ，发现确有变化( e n r i g h t ，1 9 8 7 、 1 9 8 9 ；r o s c o e ，1 9 8 4 、1 9 8 5 ；h u l 1e ta 1 ，1 9 8 2 ) 。 在测量月亮视角的知觉大小方面。由于普通观察者平时对物体大小的描述更 多是描述线性大小，鲜少需要使用视角大小，所以我们很难对一个给定物体所对 应的视角直接给出可靠评价。而间接测量的方法用在测量月亮的视角上，精度又 不够。o n o 曾经使用指向( p o i n t i n g ) 的方法间接测量物体的视角。他要求被试 用分别手指指出物体上两个顶点的方向，两个方向的夹角就是被试所感知到的物 体视角。后来也有其他研究者设计出更为复杂的指向方法试图对月亮的视角进行 测量( k o m o d a o n o ，1 9 7 4 ；o n oe ta 1 ，1 9 7 4 ) 。但是月亮的视角实在太小， 9 浙江大学硕论文 1 言 这些方法都不能客观、准确地测量到其知觉大小。一直到目前为止，仍旧缺少客 观测量月亮错觉中视角知觉的手段。所以不同位置月亮的视角究竟知觉起来有多 大是未知的，没有直接证据可以支持视角错觉理论。不过m c c r c a d y 等人仍然相 信，在o c u l o m o t o rm i c r o p s i a 的作用下，地平线上月亮的视角知觉值一定大于 宴际值，阿样天空中月亮的视角知觉值一定小于实际值。 1 3 月亮错觉已有解释的不足 多年来，研究者提供了很多月亮错觉的解释。但这些解释彼此间存在很大争 议，研究结果也有很大差异。引起这些理论争论的原因有以下几点： 第一，视角与视像概惫的混淆税角是指眼睛看物体时视线的张角，是一个 客观物理量，是对象的线性大小及距离的函数视像是指这个物体在视网膜上所 成像的大小，也是客观物理量。影响观察者对物体大小知觉的因素是视像，不是 视角。物体的视角v 不等同于视像大小r 因为由图15 我们可以看到。决定物 体在视网膜上视像太小r 的因素，不仅包括物体本身的实际大小s ，观察者的距 离d ( 这两者的函数印为视角v ) ，还包括光线经过眼晴所发生的折射，眼光学中 称为屈光大气折射、色度和亮度等等因素可能会改变月亮的客观视角大小。而 e n r i g h t 和e o s c o c 等人发现的伴随观察月亮中发生的眼晴调节，则会改变眼的 屈光力无论是客观视角还是屈光力的改变，最终都可以引起视像的改变。所以 表观距离理论和视角错觉理论认同月亮的视角不变，不能等同于月亮投在视网膜 上的像是不变的这两个理论的基本假设是存在问题的。 a 围15 视角与视像的关系 浙江大学硕士论文1 引言 第二，对月亮错觉成因的解释存在差异和争论的最大原因，是提出的理论本 身是片面的，不能完整反映月亮大小知觉的过程。对一个物体大小的知觉，一方 面取决于物体投射在视网膜上的视像；另一方面也取决于对物体的距离知觉。我 们要知觉一个环境中的“真实”对象，就必须从视网膜上的像获取信息。知觉的 主要计算任务可以看成是根据视像中的信息来确定对象。在知觉领域中这是确凿 无疑的( g e r r i g z i m b a r d o ，2 0 0 3 ) 。大小知觉也一样，感知一个物体的实际大 小也需要基于它的视网膜成像大小。大小知觉也离不开对物体距离的判断。a m e s 小屋是个很好的例子，可以证明当距离判断错误时，大小知觉也会发生错误。视 觉系统把从深度线索中获得的距离信息同视像大小的信息相结合，产生对应的大 小知觉。所以在研究月亮错觉时，也应该从这两方面入手。现有的伪错觉的观点 和视角错觉理论都只片面强调了视角大小对月亮大小知觉的影响，而表观距离理 论则片面强调距离判断对月亮大小判断的影响。在没有确定月亮在视网膜上的成 像是否变化的之前，无法通过强调任何一方的作用来解释对不同位置月亮大小知 觉不一的成因。 1 4 本研究的目的和思路 本研究旨在客观全面地理解为什么地平线上的月亮看上去更大，而天空中的 看上去较小这种现象。根据影响大小知觉的认知因素，我们从两大方面来讨论这 个问题。 一方面是月亮的视像大小。首先需要先确定月亮的视角是否会因出现的位置 不同而有所改变。如果是因为地平线处的月亮视角的确比天空中月亮要大，才使 得观察者把地平线附近的月亮知觉为较大，天空中的知觉为较小，那么说明我们 知觉到的月亮大小实际上与客观事实相吻合，所谓的“月亮错觉”只是一种伪错 觉。其次是研究眼调节对视像大小的改变会否引起观察者对同一对象知觉到不同 大小 另一方面是环境信息对月亮大小的影响。除了月亮本身的视像大小外，环境 对月亮的大小知觉也可能产生影响。对场景认知和记忆的研究表明，场景记忆存 在扭曲现象一一被试学习了场景后进行回忆时会出现边界扩张，即回忆出比呈现 的场景图片更多的内容，而场景中物体的大小相应减小( i n t r a u b ，1 9 9 6 ； d i c k i n s o n i n t r a u b ，2 0 0 8 ；d i c k i n s o n i n t r a u b ，2 0 0 9 ) 进一步的研究表明， 1 1 浙江大学硕士论文 1 引言 物体在单独呈现时不存在这种扩张效应。这是物体大小知觉受场景内容和布局影 响的鲜明例证( g o tt e s m a n d & i n t r a u b ，2 0 0 2 ； b e r t a m i n ie ta 1 ，2 0 0 5 ) 。由 此可见，讨论物体大小知觉时不仅要考虑双眼辐合、视像大小等因素，也必须要 考虑环境信息的影响。月亮位于不同地平线和天空场景中，观察者所能获取的距 离线索在种类和数量上都存在差别。利用不一样的距离线索会得出不一样的距离 判断，并影响到我们对月亮大小的认识。 1 2 浙江大学硕士论文2 实验一：月亮视角现场连续测量的个案研究 2 实验一：月亮视角现场连续测量的个案研究 2 1 实验目的 采用手工测绘和相机拍摄两种方法，试图了解月亮从地平线升到高空过程中 的视角变化。如果两种方法取得的数据都显示，地平线附近月亮的视角大于天空 中月亮的视角，并且被试确把视角更大的月亮知觉为较大，则表明月亮错觉是伪 错觉，它是一种可在物理层面上进行解释的现象。相反，如果数据显示，地平线 附近月亮的视角不比天空中月亮的大，并且视角的不同不能引起被试大小知觉的 差异，则表明不同位置月亮视角的差异不是引起“月亮错觉”现象的真正原因， 从而为进一步讨论影响月亮错觉的心理因素提供客观依据。 2 2 实验方法 2 2 1 被试 浙江大学心理系的女生1 名，年龄23 周岁，双眼视力正常。 2 2 2 测量环境与步骤 2 2 2 1 手工测绘 2 0 0 9 年4 月9 日( 农历三月十四) 晚19 ：0 0 至2 4 ：0 0 ，主试与被试在浙江 大学紫金港校区西侧教学区的一处空地上( 经度1 2 0 1 e ，纬度3 0 3 n ) 对月亮的 大小进行测绘。当晚天气晴好、少云。观测的月亮位置范围包括从地平线升起后 不久直到中天。观测点周围除稀疏乔木阻碍了对从地平线初升的月亮进行观测 外，无高大建筑物影响被试观测已升至天空中的月亮。 每隔半小时左右对月亮作一次观测，每次测绘点的位置都有所不同。但由于 位置变化( 都在同一个直径为5 米的圆内) 相对于地球与月亮之间的距离( 平均 距离为3 8 4 4x1 0 8 米) 而言非常小，所以测绘位置对月亮视角的影响可以忽略 不计。 测绘时，被试面朝月亮站立。在被试的眼睛与月亮的直线距离之间竖有一块 透明的a 5 大小塑料板。塑料板所在平面与人脸所在平面平行。塑料板与被试眼 睛( s ) 保持4 5 厘米的距离。被试用左眼观察月亮投射在塑料板上的像，用记号 笔确定投影边缘上的任意几个点( 至少4 个点) ，然后将这些点连接成月亮的轮 廓。要求被试在描点和连线时，确保线条靠近投影的一侧紧紧贴合投影的边缘。 1 3 浙江大学硕士论文 2 实验一：月亮视角现场连续测量的个案研究 画好后，要求被试再检查一次，确定月亮的边缘与记号笔线条内侧是贴合的。每 张图取两条互相垂直的直径，用直尺进行测量并记录。投影直径长短不包括记号 笔线条的直径，仅仅指记号笔线条靠近投影一侧上的两个顶点之间的距离。这两 条直径的平均值代表这幅月亮投影的直径。 因为月光是先投射在塑料板上形成投影，继而穿过透明的塑料板再投射到被 试的视网膜上，所以月亮以及月亮在塑料板上的投影对应同一视角o 【( 见图5 ) 。 根据测量到的投影平均直径以及塑料板与人眼的距离，可以计算出投影直径所对 应的视角： 0 【- m ( d ) s ( 公式1 ) 用投影直径所对应的视角代表月亮的视角。 观测结束后，主试对被试进行简短访谈，了解被试的观测感受和评价标准等 情况。 2 2 2 2 相机拍摄 2 0 0 9 年5 月6 日( 农历四月二十) 晚1 7 ：3 0 分至2 2 ：0 0 ，使用s o n y7 0 7 相机，手动模式拍摄。拍摄时，相机固定在三脚架上。为便于拍摄到不同位置的 月亮，拍摄过程中改变了1 次相机的水平位置、7 次相机的仰角。两处位置的水 平间隔为，相机仰角的依照先后顺序分别为4 4 2 。、8 8 5 。、1 8 8 5 0 、2 5 5 2 。、2 9 4 9 。、3 5 7 8 。、4 0 2 5 。、4 2 6 0 。相对于地球与月亮间的位置关系， 相机水平位置和仰角的变化对月亮图像大小的影响可以忽略不计。 采用全自动方式对月亮进行拍摄。每一次拍摄同一位置月亮的多张图片。记 录每张照片上月亮的直径。 2 3 结果 2 3 1 手工测绘结果 a 4 月9 日晚1 9 点到2 4 点之间，被试总共进行了10 次观察，绘制了1 0 幅月 亮的投影图。对应的月亮位置包括刚从地平线升起不久( 1 9 ：0 0 时) 直到升至 中天( 2 3 ：4 3 时) 。 1 0 个月亮投影的直径长度如图6 所示，平均直径为4 6 毫米，标准差为 0 3 5 7 。从投影图上直接测得的最长直径有5 5 毫米，最短的只有4 毫米，相差 1 5 毫米根据公式1 计算1 0 幅月亮投影的视角，其大小如图7 所示，平均视 1 4 浙江大学硕士论文2 实验一：月亮视角现场连续飘4 量的个案研究 角为0 5 8 4 。，标准差为0 0 4 6 。从图2 1 和图2 2 可以看出，被试描绘下的1o 幅月亮投影的直径和视角都没有表现出随月亮升高而明显变小的趋势。 6 5 s 5 5 捌 嘲4 5 霸 * 4 3 5 1 9 ：0 01 9 ：4 22 0 ：1 7 2 0 ：4 12 1 ：0 52 1 ：4 5 2 2 ：1 82 2 ：5 2 2 3 ：3 82 3 ：4 3 时闯 图2 1 不同时刻下月亮投影的视角 1 9 ：0 01 9 ：4 2 2 0 ：1 7 2 0 ：4 1 2 2 ：0 52 1 ：4 5 2 2 ：1 82 2 ：5 1 2 3 ：3 8 2 3 ：4 3 时问 图2 2 不同时刻下月亮投影的平均直径 b 对投影直径和测绘时间之间的关系做回归分析，回归系数b 为一o 0 0 ：3 ，标准 误差为0 0 4 2 ，标准系数d 为一o 0 2 6 ，p = o 9 4 4 ，回归系数没有显著性，这意味 着投影的直径与时间没有线性关系。此外，回归决定系数r 2 为0 0 0 1 ，这表明测 绘的时间先后顺序不会影响到测绘的结果。 c 实验结束后，被试报告在整个实验过程中她确实感觉月亮随着位置的升高在 变小。而对她手工测绘的结果进行测量分析，却没有发现p - j 样的结果。被试1 ：3 头 报告的感受与实际测绘的结果不符。 1 5 巧 阳 晒 站 惦 0 o o 0 o o 0 o o ) 畏郓 浙江大学硕士论文2 实验一：月亮视角现场连续测量的个案研究 2 3 2 相机拍摄结果 a 5 月6 日晚1 7 ：3 0 分至2 2 ：0 0 时之- f 7 ，总共进行了4 次拍摄，得到照片1 3 幅。对应的月亮位置包括从较低的高度( 1 7 ：3 0 时) 直到升至中天( 2 2 ：0 0 时) 。 用p h o t o s h o pc s 3 软件中的度量工具测量每张照片中月亮的直径。不同位置照片 月亮的平均直径见表2 1 。 表2 1 不同时刻照片月亮的直径(