Кроме этого, чуть ниже на этой же картинке вы должны увидеть окошко. Я получил его, выбрав прямоугольный участок картинки и сделав противоположное тому, что делал перед этим: я вставил лишнюю точку (она помечена как Х) рядом с каждой копией точки 4 в пределах этого прямоугольника. В результате этого действия сочетания точек стали дальше друг от друга, они повторяются каждые одиннадцать символов. (Вы можете заметить, что дополненные ряды длиннее остальных.) Копии, отстоящие друг от друга на большее расстояние, для глаза равняются поверхности, которая дальше от смотрящего. Реальная случайно-точечная автостереограмма, конечно, состоит из точек, а не цифр, поэтому вы и не заметите ни вырезанных, ни вставленных кусочков; укороченные ряды дополняются лишними точками. Вот один пример. Самое интересное в настоящих случайно-точечных автостереограммах – это то, что момент, когда появляется стереоизображение, всегда удивляет смотрящего невидимыми до сих пор формами (см. с. 258).
Когда мода на автостереограммы охватила Японию, они вскоре превратились в форму искусства. Необязательно использовать точки – сойдет любой пестрый узор из маленьких фигурок, достаточно насыщенный, чтобы одурачить мозг, заставив глаза концентрироваться на соседних полосках. В первых серийно выпускаемых автостереограммах использовались разноцветные закорючки, но в Японии они состояли из цветов, океанских волн и даже листьев – как и в комнате Эймса. Благодаря компьютеру фигуры не обязательно должны быть плоскими силуэтами, как в диораме. Считывая координаты точек на поверхности, компьютер может поменять расположение каждой точки, построив твердое тело в циклопическом пространстве, вместо того, чтобы менять расположение целого участка. В этом случае перед глазами материализуются гладкие и выпуклые формы, выглядящие так, словно они обернуты листьями или цветами.
Почему же естественный отбор снабдил нас настоящим циклопическим зрением – способностью видеть в стереоизображении вещи, которые нельзя увидеть ни одним глазом в моноизображении, – а не более простой системой стереовосприятия, которая может соотносить друг с другом лимоны и вишни, видимые каждому глазу? Тайлер указывает на то, что наши предки на самом деле жили в покрытой листьями комнате Эймса. Эволюция приматов происходила среди деревьев, в окружении целой сети ветвей, замаскированных покрывалом листвы. Ценой неудачи было долгое падение на твердую землю. Естественному отбору, наверное, было сложно побороть искушение встроить стереокомпьютер в мозг этих двуглазых существ, но работать он мог только путем вычисления расхождений в тысячах кусочков рельефа. Крупные объекты, для которых было возможно однозначное соотнесение, были скорее редкостью.
Юлеш указывает еще на одно преимущество циклопического зрения. Маскировочная окраска использовалась животными задолго до того, как ее открыли для себя военные. Ранние приматы напоминали древесных приматов, лемуров и долгопятов, обитающих в наше время на Мадагаскаре и питающихся древесными насекомыми. Многие насекомые прячутся от хищников с помощью замирания, позволяющего обмануть механизмы распознавания движения, и маскировочной окраски, позволяющей обмануть механизмы распознавания контура. Циклопическое зрение – это эффективная контрмера, позволяющая обнаружить добычу точно таким же способом, как разведка с воздуха позволяет обнаружить танки и самолеты. Появление более продвинутого оружия в природе приводит к такой же гонке вооружений, как и на войне. Некоторым насекомым удается перехитрить стереоскопическое зрение хищников, распластав тело и прижавшись к земле, либо превратившись в живую скульптуру из листьев и веточек – используя трехмерный камуфляж[249].
Как работает циклопический глаз? Проблема соответствия – соотнесение точек в одном глазу с соответствующими точками в другом – просто неразрешимая загадка. Невозможно измерить стереоскопическую диспаратность двух точек, не выбрав предварительно пару точек для этого измерения. Однако в комнате, оклеенной листьями или в случайно-точечной стереограмме перед нами оказываются тысячи «кандидатов на измерение». Если бы мы знали, на каком расстоянии от нас находится поверхность, то знали бы, в какой точке на сетчатке левого глаза нужно искать соответствие точке на сетчатке правого глаза. Но если бы мы знали это, не было бы необходимости производить вычисление стереоизображения; у нас уже был бы ответ. Так как же это удается мозгу?
Дэвид Марр отмечал, что на помощь здесь приходят врожденные исходные посылки о мире, в котором происходила наша эволюция. Далеко не для всех n2 возможных соответствий н-ному количеству точек источником является наша Земля, и хорошо спроектированный механизм поиска соответствий должен учитывать только соответствия, которые вероятны с физической точки зрения.
Во-первых, любая точка в мире в каждый данный момент времени привязана к данному положению на поверхности. Следовательно, закономерное соответствие должно объединять две идентичные друг другу точки на сетчатках двух глаз, источником которых стало одно и то же пятнышко в окружающем мире. Черная точка в одном глазу должна соответствовать черной, а не белой, точке в другом, потому что их совпадение должно представлять собой одно место на какой-либо поверхности, и это место не может быть одновременно черным пятнышком и белым пятнышком. Напротив, если черная точка соответствует черной точке, их источником явно является одно и то же место на какой-либо поверхности в окружающем мире. (Нарушение именно этого исходного положения лежит в основе автостереограммы: каждое пятнышко, составляющее картинку, оказывается одновременно в нескольких местах.)
Во-вторых, точка на сетчатке одного глаза должна соответствовать не более чем одной точке на сетчатке второго. Подразумевается, что линия взора каждого глаза должна заканчиваться на одной – и только одной – поверхности. На первый взгляд, кажется, что это исходное положение исключает ситуацию, при которой линия взора проходит через прозрачную поверхность и достигает другой, непрозрачной – например, дна неглубокого озера. Однако все не так просто: данное положение исключает лишь совпадение, при котором два идентичных пятнышка – одно на поверхности озера, а другое – на его дне – выстраиваются друг за другом с точки наблюдения левого глаза и при этом остаются одинаково видимыми с точки наблюдения правого.
В-третьих, материя отличается связностью и ровностью поверхности. По большей части линия взора упирается в ту или иную поверхность, которая располагается не намного ближе или дальше, чем поверхность, в которую упирается соседняя линия взора. Иными словами, соседствующие друг с другом участки видимого мира обычно располагаются на одной и той же поверхности. Конечно, на границе объекта эта закономерность всегда нарушается: край обложки этой книги находится в нескольких десятках сантиметров от вашего лица, но если вы переведете взгляд совсем немного вправо, может оказаться, что вы смотрите на Луну, которая находится в сотнях тысяч километров от вас. Тем не менее границы составляют лишь малую часть обозримого пространства (чтобы нарисовать контур, нужно гораздо меньше чернил, чем для того, чтобы его закрасить), и с этими исключениями можно смириться. Это исходное положение не подходит лишь для гипотетического мира, в котором наблюдателя со всех сторон окружают песчаные бури, тучи мошек, тонкая проволока, глубокие ущелья между скалистыми утесами, доски с гвоздями, лежащими вверх острием, и т. д[250].
В теории эти посылки звучат разумно, но на практике им еще нужно найти убедительные соответствия. Иногда подобного рода задачи могут быть решены с помощью метода удовлетворения ограничений, с которым мы сталкивались в главе 2, когда говорили про куб Неккера и речь с акцентом. Когда головоломку нельзя решить всю за один раз, приходится держать в уме несколько вариантов для каждой ее части, сравнивать варианты для разных частей головоломки и выяснять, какие из них взаимно состоятельны. Этот процесс можно сравнить с тем, как мы разгадываем кроссворд, пользуясь карандашом и ластиком. Часто бывает так, что задание для слова по горизонтали настолько неясно, что можно карандашом вписать несколько разных слов, и то же самое можно сказать про слово по вертикали. Но если окажется, что только у одного из вариантов слова по горизонтали есть общая буква с одним из вариантов слова по горизонтали, эту пару слов мы сохраняем, а остальные стираем. Вообразите, что мы сделаем то же самое для всех определений и клеток кроссворда одновременно, и получите представление о том, что такое метод удовлетворения ограничений. В случае с решением проблемы соответствия в стереоскопическом зрении определения слов – это точки, варианты – это найденные соответствия и их удаление, а три исходных положения о мире – это правила: каждая буква каждого слова должна занимать одну клетку, в каждой клетке должна быть буква, все последовательности букв должны складываться в слова.
Поиск допустимого решения можно иногда осуществить и с помощью сети ограничений наподобие той, которую я представил на с. 124. Марр вместе с нейробиологом-теоретиком Томазо Поджо разработали подобную сеть для стереозрения. Входные узлы соответствуют элементам изображения – таким, как черные и белые квадратики случайно-точечной стереограммы. Они подаются в совокупность узлов, которые представляют собой все множество (п х п) соответствий между точкой на сетчатке левого глаза и какой-либо другой точкой на сетчатке правого. При возбуждении одного из этих узлов сеть делает предположение, что в мире есть некое пятно, расположенное на определенном удалении (от точки схождения линий взора). Ниже приводится общий план сети, на котором показана лишь некоторая часть узлов[251].
Модель работает следующим образом. Узел возбуждается только в том случае, если получает одинаковые входные данные с обоих глаз (черный или белый), реализуя первое исходное положение (каждая точка на сетчатке привязана к той или иной поверхности). Поскольку все узлы взаимосвязаны, активация одного из узлов приводит к активации соседних узлов нижнего или верхнего уровня. Узлы, соответствующие разным парам элементов, лежащим на одной линии взора, тормозят друг друга, реализуя второе исходное положение (совпадающие точки не должны располагаться на одной линии взора). Узлы, соответствующие соседним точкам, расположенным на примерно одинаковом удалении, возбуждают друг друга, реализуя третье исходное положение (вещество образует единое целое). Возбуждение распространяется на другие узлы сети, и в конечном итоге сеть стабилизируется, причем возбужденные узлы образуют объемный контур. На схеме закрашенные узлы изображают контур, выступающий над фоном.