Ту же задачу пришлось решать разработчикам видеоигр. Как дать игроку возможность видеть своего персонажа, чтобы тот не заслонял игровое пространство? Если вы играете в режиме “от первого лица”, оружие вашего персонажа перекрывает значительную часть экрана (например, рис. 6а). Если же играть в режиме “от третьего лица”, когда весь персонаж виден вам со спины, значительная часть обзора тоже будет потеряна, так как персонаж перекроет ее своим телом (например, рис. 6б). Поэтому во многих играх игрок может менять угол зрения относительно персонажа. Вот вам, пожалуйста, возможное решение задачи: чтобы иметь возможность заглядывать за выросты собственного тела, позвольте глазам “бродить” вокруг и передавать информацию в мозг.
Природа, однако, нашла другое решение, в чем вы можете убедиться сами, посмотрев на собственный нос. Зажмурьте один глаз и слегка наморщите нос, и вы увидите, что он расположен в нижнем углу поля зрения и загораживает вашему открытому глазу обзор, как это показано на рис. 7а и 7б. Но стоит лишь открыть другой глаз, и с его помощью вы видите все, что скрывалось за носом (рис. 7в). Нос при этом никуда не девается, но теперь он имеет вид прозрачной фигуры. Каждому из глаз виден нос, который загораживает часть обзора. Но участки, закрываемые им, для каждого глаза свои, и потому пара глаз видит полную картину, в том числе нос. А вот если бы один ваш глаз был расположен спереди, а другой сзади, как на рис. 4б, любая выступающая часть тела, находящаяся спереди от вашего переднего глаза, мешала бы ему видеть.
Итак, размещать глаза по бокам головы (или по разные стороны плоскости симметрии, как у нас) выгодно не только потому, что дающая наиболее качественное зрение бинокулярная область в этом случае располагается спереди, позволяя нам лучше всего видеть то, на что мы смотрим. Это положение глаз необходимо нам, чтобы заглядывать за выступающие части собственного тела. Причем мало видеть сквозь них — одновременно надо видеть и их сами: не пренебрегать же преимуществами, которые дает такая зрительная обратная связь. Вероятно, в этом и заключается одна из наиболее существенных причин, почему глаза у животных по бокам головы. Бинокулярность обеспечивает нам самую простую разновидность “рентгеновского” зрения. Пока мы говорили только о способности “просвечивать” собственное тело, а не предметы окружающего мира. К окружающему миру мы перейдем чуть позже.
Быть здесь, но видеть оттуда
Итак, мы убедились, что иметь глаза по бокам головы лучше, чем когда один из них направлен вперед, а другой назад, и несоизмеримо лучше, чем когда они расположены в полости рта. Однако иногда мы, беспомощные смертные, все же размещаем глаза внутри тела. Например, когда вы управляете автомобилем, он становится продолжением вашего организма, а это значит, что теперь ваши глаза находятся внутри этого нового “тела”. И если “нос" машины, то есть капот и двигатель, сделан не из стекла, он перегородит часть переднего обзора — отсюда столько царапин у вас на бампере.
Рис. 6.
Изображения, имитирующие скриншоты компьютерных видеоигр двух типов: а) игра “от первого лица”, руки и оружие персонажа загораживают часть картины, б) игра “от третьего лица” (обзор частично перекрыт телом персонажа).
Передние части автомобилей не предназначены для “взаимодействия” с внешним миром, и потому обычно нам не обязательно смотреть ни на нос своей машины, ни сквозь него. Но такая способность видеть передние “придатки” и заглядывать за них может оказаться очень нужна водителю трактора или экскаватора: ведь речь идет об управлении снегоотвалом или ковшом. У некоторых моделей тракторов эта проблема частично решается: оператор (то есть глаза) помещается сбоку от рукоятки ковша. Так он хотя бы с одной стороны видит и ковш, и то, что находится непосредственно перед этим “выростом”. Биологическое решение данной проблемы, однако, иное (рис. 8): глаза оператора находятся на длинных стебельках по бокам машины. Но в связи с тем, что гигантские люди- улитки не торопятся наниматься в строительные рабочие, проще было бы снабдить оператора специальными очками, получающими сигнал от видеокамер, установленных с обеих сторон трактора. Насколько мне известно, ничем таким экскаваторщики не пользуются, однако вариант воплощения этой идеи можно видеть в том, как расположены боковые зеркала автомобилей. Из самого их названия следует, что зеркала эти находятся по бокам корпуса, и размещены они таким образом, что, во-первых, в каждое из них видна сама машина и часть обзора за ней (причем сзади), во-вторых, часть картины видна в оба зеркала (“бинокулярная область” позади машины). То есть расположение боковых зеркал на автомобиле напоминает расположение глаз на теле животного.
Однако остается принципиальное отличие. Сидя за рулем и пользуясь “боковыми глазами”, вы имеете дело с двумя отдельными изображениями. На самом деле вам даже приходится вертеть головой, чтобы их увидеть. Но, шутки ради, давайте представим, что вы видите их одновременно и рядом — например, на экране бортового компьютера. Видеть таким образом окружающий мир похоже на то, как если бы мы видели рядом пару фотографий (рис. 7а и 7б): мозг следил бы за обоими изображениями подобно работнику службы безопасности, следящему за показаниями сразу двух камер наблюдения. Но мы не видим мир так, мы видим его как на рис. 7в: все сразу, одной картинкой. Наверное, в этом есть выгода: может быть, так мы сводим к минимуму или количество нервной ткани, которое задействовано в формировании изображения, или время, которое необходимо мозгу для обработки зрительной информации.
Выгодно это или нет, не знаю. В любом случае это странно. У нас два глаза, две картины мира, две точки обзора. Так почему результирующее изображение воспринимается нами так, будто оно создается одним глазом, видящим только одну картину из единственной точки обзора? И где конкретно находится эта точка, если не в одной из двух настоящих точек обзора? Ну, последнее выяснить несложно. Надо просто открыть глаза и спросить себя: откуда, по нашим ощущениям, мы смотрим? Правильный ответ: из точки, которая находится посередине между глаз, чуть позади верхней части носа.
Итак, мы обозреваем мир из точки в центре лба, где глаза на самом деле нет. И это еще не все. Из этой точки вы должны были бы смотреть на свой нос сверху вниз, однако ваша обобщенная картина мира содержит целых два изображения носа: его правую сторону мы видим слева, а левую справа (рис. 7в). И окончательно сбивает с толку то, что оба этих “носа” прозрачны!
Как же вышло, что наше восприятие делает такие ошибки? И как мы справляемся с этим? К счастью, немногие из людей задаются вопросами о том, чем они смотрят, сколько у них носов, где те расположены и прозрачны ли они. Это возвращает нас к сравнению зрительного восприятия с “рабочим столом” компьютера (глава 1). Как мы помним, “рабочий стол” выглядит именно так, а не иначе, потому что это удобно, а не потому, что его внешний вид в точности отражает содержимое компьютера. Точно так и наше зрительное восприятие сформировалось в процессе эволюции, поскольку приносило пользу, а не воспроизводило мир перед глазами со всей аккуратностью. (Или лучше сказать так: когда оно все-таки дотошно воспроизводит реальность, это происходит из-за того, что такое воспроизведение приносит пользу.) Если бы головной мозг мог довольствоваться двумя отдельными изображениями, никаких иллюзий не требовалось бы. Но поскольку он предпочел видеть обобщенную картинку там, где ее, по сути, нет, ему пришлось “пойти по виртуальной дорожке”. Ведь если взять два правдивых изображения и “впечатать” одно в другое, получившаяся мазня вряд ли окажется реалистичной. Следовательно, наше восприятие является в некотором роде иллюзией. Иллюзией, которую мы прекрасно умеем истолковывать. И эта иллюзия полезна, поскольку благодаря ей животное видит и выступающие части своего тела, и то, что находится за ними.
Рис. 7.
а) Ваш нос загораживает от левого глаза правую часть зрительного поля, б) При этом от вашего правого глаза он загораживает левую часть зрительного поля, в) Обратите внимание, что на первых двух фотографиях участки, не видимые одному глазу, доступны второму. Открыв оба глаза, мы видим все. в том числе нос. изображения которого теперь расположены по бокам поля зрения. Причем мы видим сквозь свои носы, как если бы те были прозрачными. Участок в центре — там, где нос не может перекрывать обзор, виден обоим глазам, то есть представляет собой бинокулярную область.
Рис 8.
Следить за ковшом из кабины экскаватора — все равно что смотреть на мир одним глазом, расположенным во рту. Для согласованной работы оператору следовало бы иметь глаза на длинных стебельках и наблюдать за ковшом с двух сторон кабины.
Рис 8.
Следить за ковшом из кабины экскаватора — все равно что смотреть на мир одним глазом, расположенным во рту. Для согласованной работы оператору следовало бы иметь глаза на длинных стебельках и наблюдать за ковшом с двух сторон кабины.
Вернемся к водителю экскаватора в специальных очках, которые передают ему видео с камер, установленных по обе стороны кабины. Водитель не будет видеть две отдельные картинки. Вместо этого на сцену неожиданно выйдет способность его зрительной системы создавать полезные иллюзии с использованием сигналов от различных входов, и наш экскаваторщик будет воспринимать единое обобщенное изображение ковша и того, что находится за ковшом. Более того, поскольку синхронная обработка двух изображений — именно то, к чему наша зрительная система очень хорошо приспособлена, водитель свыкнется с такими очками довольно быстро, после недолгой тренировки или даже без нее. Разумеется, ему будут видеться сразу две рукоятки ковша, но это как раз та разновидность иллюзий, которую наш мозг умеет интерпретировать как надо.
А теперь давайте мысленно проведем этот эксперимент над собой. Представьте, что сзади парят две камеры (одна по левую сторону, вторая по правую) и передают два изображения в надетые вами стереоочки (рис. 9). Что вы увидите? Вы увидите самих себя сзади, как если бы ваше тело было персонажем, за которого вы играете в компьютерной видеоигре "от третьего лица”! С точки зрения ваших глаз вы сами будете пусть и автономным, но все-таки “придатком”, чем-то вроде носа. Спустя некоторое время вы снова начнете сознавать, что видимый вами человек — это и есть вы, просто теперь вы смотрите на мир из новой виртуальной точки обзора (еще более виртуальной, чем прежняя, между глаз), находящейся позади вашего тела. То, что вы воспринимаете постороннее тело как себя и не имеете точек обзора непосредственно на этом вашем теле, может поначалу казаться странным, но то же самое происходит с нами, когда мы играем в видеоигры с интерфейсом “от третьего лица”.
В том, чтобы иметь позади себя пару камер, есть кое-какие преимущества, которые нельзя заметить, играя в видеоигры. Во-первых, вы будете видеть не только себя, но и сквозь себя. Когда мы играем в видеоигры, ничего подобного не происходит. Во-вторых, вы будете видеть свое тело прозрачным и сразу в двух ракурсах (слева и справа), и это обеспечит вам более полную зрительную информацию о взаимодействии с окружающим миром. В-третьих, в большинстве компьютерных игр “от третьего лица” вы видите своего персонажа будто бы через камеру, установленную на штативе и устойчивую к броскам и прыжкам, то и дело совершаемым вашим героем. Кому-то это может показаться преимуществом, но я придерживаюсь иного мнения. Наша реальная зрительная система способна интерпретировать изменения потока зрительной информации, происходящие во время подобных движений. Вы знаете, что двигаетесь, не потому что вы видите, как двигается ваше тело, а потому что картина видимого вами мира смещается. И, как мы узнаем в следующей главе, если эти изменения ведут себя так, как положено, зрительная система умеет правильно воспринимать то, что происходит в настоящий момент.
Может, нам лучше было бы смотреть на мир из-за собственной спины, а не так, как мы на самом деле его видим? Ну, даже если это было бы действительно лучше, есть немало веских причин, по которым глаза, порхающие сзади, причиняли бы серьезное неудобство. И пусть нам даже удалось бы приобрести такой взгляд на мир, не прибегая к помощи длинных глазных стебельков, — думаю, это значило бы поменять шило на мыло: что-то мы смогли бы делать лучше, а в чем-то проиграли бы. С такой зрительной системой “от третьего лица” мы не видели бы свои руки, нос и рот так же хорошо, как прежде, и не могли бы столь же четко координировать их взаимодействие с окружающим миром. Зато мы видели бы то, что обычно видеть не способны — себя целиком, — и, вероятно, успешнее управляли бы теми движениями, в которых участвует все тело. (Может быть, вам наконец бы удалось сделать это проклятое “колесо”, которое никак не получалось в детстве.) Это было бы особенно полезно для тех людей, чья координация движений нарушена вследствие травмы или болезни: подобно тому, как визуомоторная информация, получаемая от рук, способствует восстановлению их движений после травмы, так и наблюдение со стороны за собственным телом могло бы помочь восстановить общую координацию.
Рис. 9.
Представьте, что у вас есть глазные стебельки, которые позволяют подвесить глаза с двух сторон позади вас. Или лучше вообразите, что у вас со спины установлены две камеры, которые передают зрительную информацию через специальные очки, а) и б) Вот что видят ваши глаза: левый глаз видит ваше тело с правой стороны своего поля зрения, а правый глаз, наоборот, с левой стороны, в) А вот как выглядит единое, обобщенное восприятие. Вы видите два собственных изображения, каждое из которых прозрачно. Точка, из которой вы смотрите, кажется вам расположенной сзади от вас.
Хотите вы или не хотите покупать за 1999 долларов 95 центов мой прибор самонаблюдения “от третьего лица”, главная мысль здесь такова: необходимость видеть одновременно и выступающие части своего тела, и то, что скрывается за ними, могла быть главной причиной расположения наших глаз по бокам головы и, как следствие, наличия бинокулярной области. Все это, однако, не отвечает на другой вопрос: почему, хотя почти у всех животных глаза находятся по бокам от плоскости симметрии, у одних они смотрят в разные стороны (обеспечивая панорамное зрение), а у других (вроде нас с вами) направлены вперед, позволяя видеть только то, что прямо по курсу, зато создавая обширную бинокулярную область? В надежде найти ответ нам придется разобраться с тем, что еще примечательного есть в бинокулярной области, благодаря которой мы можем смотреть сквозь себя (для этого достаточно, чтобы в нее помещались выступающие части нашего тела). В этом смысле интересующий нас вопрос можно сформулировать так: почему наша бинокулярная область шире нашего носа? Или так: чем бинокулярная область полезна при разглядывании окружающего мира? Мы уже обсуждали “рентгеновские” способности, которые позволяют нам смотреть сквозь себя, и кто знает, не распространяются ли они дальше нашего тела? Можем ли мы пронизывать взглядом не только свои носы, но и другие предметы? И если да, то не здесь ли таится ключ к пониманию того, почему наши глаза направлены вперед?
Видеоигры для циклопов
Мало кто из нас хорошо представляет, что это такое — быть циклопом. Вы можете, когда вам угодно, закрыть один глаз, но обычно этого не делаете, и уж конечно вы не станете делать это надолго — сложным акробатическим упражнениям люди посвящают куда больше времени. Но если вам приходилось играть в видеоигры с интерфейсом “от первого лица”, у вас определенно имеется значительный циклопический опыт: независимо от того, сколько у вас глаз, в такие игры вы играете по-циклопьему (рис. 10). Это связано с тем, что в видеоиграх нам приходится иметь дело с одним-единственным изображением — как если бы мы смотрели на мир всего одним глазом. Следовательно, можно предположить, что в подобных играх циклопы имели бы преимущество — ведь они привыкли быть циклопами и, значит, им не пришлось бы приспосабливаться!
В свете циклопической природы этих видеоигр имеет смысл поиграть: вдруг нам удастся отыскать, подсказки насчет того, чем бинокулярное зрение так полезно для нас (не считая способности смотреть сквозь себя)? Играя в видеоигры, мы могли бы задаться вопросом: “Чего нам не хватает?" и таким образом определить плюсы бинокулярного фения.
Поскольку обычно люди считают, что наличие двух глаз связано с восприятием объема и глубины (явление, называемое стереопсисом), имеет смысл поинтересоваться, а так ли трудно оценивать расстояния между предметами в одноглазом мире видеоигр. Ответом на этот вопрос будет “нет”. Степень реалистичности изображения настолько высока, что дает массу способов определить расстояние между различными участками арены действия. И это касается даже отдельных скриншотов. Когда же вы действительно играете в игру, перемещая своего персонажа, расстояния определить и того проще благодаря еще одному заметному свойству объемных картин, называемому параллаксом движения: предметы в вашем поле зрения, которые находятся ближе к вам, двигаются быстрее тех, что расположены дальше.
Наша способность искусно маневрировать в хорошо прорисованном виртуальном мире наводит на мысль, что стереопсис не так важен, как зачастую думают. И в самом деле, его значение для реальной жизни оказалось на удивление трудно выяснить. Потеряв один глаз, люди лишаются не только бинокулярности, но и существенной части своего поля зрения вообще, однако даже они сами не чувствуют себя зрительно неполноценными. Известны одноглазые летчики, гонщики, хирурги и пираты. Ученые не смогли найти достоверных доказательств даже тому, что с такими людьми чаще случаются дорожно- транспортные происшествия.