T那个人打扮成矿工的样子跳上台来，还带着头灯和鹤嘴锄。在挥舞了几次斧头之后，他向观众宣布，他发现了一种“超级磁铁”——一种强度大到连木头都能吸引的物质。他上方的一个视频屏幕似乎证明了他的观点:木球在四个斜坡上滚动，似乎没有受到重力的束缚。
事实上，这个人并不是一个矿工，而是一位数学家——日本东京明治大学的kokichi Sugihara。他参加了2010年在佛罗里达那不勒斯举行的年度最佳错觉大赛决赛。而且，正如视频显示的那样，球并不是真的在往山上滚。看一看坡道的后面，你会发现前面看起来垂直的柱子其实根本不是垂直的，坡道指向的是下坡，而不是上坡。这个演示(赢得了当年的最高奖项)是一个错觉，杉原和一个不同寻常的合作者一起设计了它:一个计算机程序。
杉原一开始并没有想要成为魔术师大师。1980年，作为一名年轻的数学家，他对机器人视觉和计算机辅助设计。考虑到这些应用程序，他创建了一个计算机程序，可以采用多边形形状的线条绘制并提出一个三维物体列表，当投射到平面 - 类似于向后工作时会产生该图形的三维物体。阴影到可能投射它的可能对象。为了测试他的计划，Sugihara喂它不可能看似对象的图纸，如M.C.eScher的无尽楼梯圈。他预计该计划拒绝图纸，但对他的惊喜，在一些情况下，它声称已经找到了一个解决方案：一个看起来就像绘图一样看的三维物体。“我认为我的软件不正确，”苏格拉拉说。
经过仔细观察，他意识到自己的假设是错误的，即这些“不可能”的二维物体在三维世界中不可能存在。他开始制作程序设计的纸模型，渐渐地，机器人和设计应用程序就半途而废了——他发现，他的程序并不适合这些程序。相反，他致力于探索那些在他的节目中很容易出现、却让人类观众感到困惑的奇怪结构。他造了一台幻觉机器。
从那以后的34年里，杉原用他的错觉机器创造和建造了超过100种错觉:不可能的物体，如埃舍尔楼梯的实体模型，以及挑战直觉的运动，如球滚上坡路。“苏吉哈拉想出了系统化的方式玩时会发生什么视觉系统崩溃的规则,”阿瑟·夏皮罗说,美国大学的神经学家在华盛顿特区部分科学家和艺术家,他的工作是帮助阐明的基本数学基础我们的大脑如何建设我们的世界。
T他的脑脑经常抛弃从眼睛收到的视觉数据的许多可能的解释。鉴于大脑有限的资源及其需要快速解释视觉数据，它不能承担每一个奇怪的解释 - 它只是为了基于其过去经验和内置的视觉加工机械而似乎最有可能的解释。在大多数情况下，不总是 - 这种解释足以满足所有实用目的的现实，这是布鲁克林的阳光下斯特州医疗中心的神经科学家，他是与她的同事斯蒂芬麦克尼克的幻觉比赛。“从进化的角度来看，它会更昂贵，达到100％的时间。”
Sugihara认为，他的幻想出现如此令人困惑的简单原因：我们被引发感染了正确的角度，即使它们不存在。许多最引人注目的不可能的照片涉及结构，其中只有三种不同的线路。发生这种情况时，我们似乎有一个不可抗拒的冲动，以便在他们见面的任何地方相互垂直地看待三个方向。
Sugihara通过指示他的程序选择具有最直角的三维解释来测试这一假设。通常，他说，这使得计算机挑选人类感知的同样的坚实，支持假设。当有一个以上的固体具有最大数量的直角时，Sugihara怀疑人类视觉系统使用照明提示在其中决定。他说，视觉系统倾向于将光线和较暗的表面朝向向下解释，如下所示。Sugihara最终希望将模块建立在他的程序上以测试这猜测。
麦克尼克说，一旦我们做出了直角解释，我们倾向于紧紧抓住它，即使它在全球范围内没有意义。这是因为我们在局部处理图像的每一个比特，导致我们“看到”不可能的结构。“我们看到埃舍尔的楼梯永远在上升，因为在当地，从一个楼梯到另一个楼梯，角度大致是正确的，”他说。“有足够多的小错误，我们无法在地方层面检测到，加在一起，就不可能在全球范围内发现。”
Sugihara系统制造幻想的能力为我们的视觉系统探讨了一个新的机会。另一种视觉论象许多心理学家招待，Sugihara说，视觉系统选择了最对称的可能解释它所看到的内容。他已经开始与Akiyoshi Kitaoka，这是一家在日本京都京都大学研究幻想的心理学家，弄清楚苏格拉拉的幻想最能区分该理论和正确的角度理论。这项工作应该有助于研究人员了解我们对各种视觉快捷方式的优先级。通常，Martinez-Conde说，在视觉层次结构中较低的幻觉被处理，它越难以消除。她说，深度幻想在视觉处理的中间水平上发生并描述了苏格拉拉的工作大部分，是“非常有弹性”。
年代Ugihara多产的作品不仅依赖于他的程序，还依赖于那些作为其原材料的不可能的图画。他经常使用的一种工具是将物体的一部分从图片的背景移到前景，这种方式在物理上是不可能发生的。另一种方法是将一张图切割并重新排列，使角度看起来仍然是垂直的，但新的图像在现实世界中是行不通的。使用这些和其他简单的工具，他创造了一个不同的画廊，不可能的绘画。其中大多数都无法以三维物体的形式实现，但杉原的程序发现了一些可以。
近年来，他又在自己的作品中加入了不可能的运动——三维立体结构并非看起来不可能，而是物体在立体结构上以似乎违反物理定律的方式运动。杉原的程序产生了直线和平面的实体。分析这样一个实体的运动是很简单的，杉原在他的程序中添加了一个模块来做这件事。例如，为了创造获奖的球滚上坡的错觉，杉原只是简单地画了一张斜坡装置的草图，然后让他的程序对图片进行所有的三维解释，并确定哪些地方球会“滚上坡”。
当我们看到这些不可能的物体或运动时，我们的认知意识是有问题的，但这还不足以推翻大脑对三维几何的下意识解释。Sugihara说:“对三维立体图像的解读并不是由大脑的逻辑部分控制的。”
这种现象在杉原最近的幻觉中很明显，他同意在这里揭示。在这个实验中，一根笔直的杆子在一个折叠的阶梯状结构中移动，如果杆子不能弯曲，那么这是不可能的。为了创造这种错觉，杉原绘制了梯子草图，然后通过他的程序运行这幅画，并选择了与自然的人类解释最不同的三维解释。我们对直角的偏好使我们想象梯子的顶部是平的，因为这将使它垂直于所有的支撑梯级。但顶端并不平坦:有几个横档高出水平面，使竿能以看似不可能的方式穿过横档。
年代Ugihara的程序可能会让你想到，复杂的计算机视觉系统可以被创造出来，而不受我们的欺骗倾向的影响。然而，北卡罗来纳州达勒姆杜克大学的神经学家戴尔·普尔夫斯说，任何计算机程序不可能不经过某种进化过程就能像人类一样看到东西。他说:“我们的视野得益于数百万年或数十亿年的进化，这取决于你想如何看待它。”“我认为，只有通过进化而不是工程师的逻辑来建立连通性，机器才能正常工作。”
如果机器人真的学会了看穿进化，它们可能不可避免地会受制于人类同样的错觉。伦敦大学学院(University College London)的神经学家博·洛托(Beau Lotto)和苏格兰阿伯丁罗伯特·戈登大学(Robert Gordon University)的戴维·科尼(David Corney)创造了一种机器人，这种机器人可以通过反复试验来预测合成自然场景中的灰度。和人类一样，这些机器人也被“白色错觉”愚弄了。在“白色错觉”中，相同深浅的灰色看起来是浅还是深，取决于它们旁边是黑色还是白色的条纹。不过，Macknik说，经过进化磨合的计算机视觉系统也有可能与杉原的程序相结合，提供两个世界的最佳结果。“我非常有信心，计算机视觉系统最终会做得比人类更好。”
目前，Sugihara这样的节目仍然比人类视力更广泛效力。但他们被我们的偏好未被愚弄 - 苏格哈拉计划在最大程度上剥削。毕竟，幻想对他来说不仅仅是专业的兴趣，他说：“我很高兴让别人惊讶。”
Erica Klarreich是位于加利福尼亚伯克利的数学和科学作家。她的工作出现在2010年和2011年的卷中最好的数学写作。
本文最初发表于2014年11月的“幻想”问题。
