Cíclope: problemas de percepción de profundidad

Supuestamente, los pájaros (los que tienen los ojos a los lados de la cabeza) compensan la visión monocular con movimientos rápidos de la cabeza, sus cerebros unen imágenes desde múltiples ángulos en una sola imagen en 3D.

De http://www.ducks.org/conservation/waterfowl-research-science/a-birds-eye-view

Otra forma en que las aves compensan la visión monocular es el movimiento rápido de la cabeza. Al mover la cabeza rápidamente de lado a lado, las aves pueden observar un objeto con un ojo desde dos ángulos diferentes en rápida sucesión. Esto crea una imagen tridimensional y mejora en gran medida la percepción de la profundidad. Aunque es difícil de ver en los patos, este comportamiento se puede observar fácilmente en un ganso que retrocede cuando el ave gira la cabeza de un lado a otro para juzgar la distancia, la ubicación y el momento de su aterrizaje.

Tus cíclopes (¿cíclopes?) podrían hacer lo mismo. Podían asentir con la cabeza a medida que avanzaban, como si estuvieran bailando con música interna. Esto no les impediría disfrutar también de la música interna. O podrían balancear la cabeza de un lado a otro como un encantador de serpientes. O gíralos de izquierda a derecha, como si dijeras constantemente que no. Hay muchos movimientos de cabeza que podría hacer su cíclope, todos los cuales cambian la posición del ojo y permiten imágenes en 3D. Te animo a probarlos todos en presencia de amigos, posiblemente con un ojo de cíclope pegado a tus anteojos. Decide cuál es la mejor opción para tu mundo.

A pesar de la excelente respuesta de Will, me siento obligado a responderme a mí mismo, ya que había hecho esta pregunta solo un par de días antes en biología y la pregunta también me entusiasmó. Nuestro cuerpo está diseñado para tener múltiples controles para ayudarnos. Piensa en todas las personas ciegas de un ojo en el mundo. Todos ellos pueden caminar fácilmente y juzgar la profundidad debido a varios controles que tenemos:

Distancia focal: si intenta mirar algo muy cerca de usted y luego algo muy lejano, notará que su visión se vuelve un poco borrosa ya que su ojo debe volver a enfocar. Un solo ojo podría decir la distancia de un objeto al juzgar cuánto tiene que volver a enfocar para ver un objeto.

Conocimiento previo: si conoce la altura de algún objeto, puede usarlo para adivinar relativamente su distancia y los objetos que lo rodean.

Velocidades relativas: los objetos más cercanos se mueven más rápido que los objetos más lejanos y esto se puede usar para juzgar la velocidad. Por ejemplo, cuando un automóvil viene hacia usted, a la distancia parece que va lento. Sin embargo, cuando te alcanza, (visualmente) se mueve muy rápido. Tu cerebro combina el cambio en la velocidad y el tamaño del objeto para juzgar su profundidad.

Perspectiva: Las rectas paralelas convergen a una distancia del infinito. Nuestro cerebro usa esto instintivamente para medir la profundidad. Por ejemplo, un camino se estrecha a medida que se aleja de ti. Tu cerebro usa esto automáticamente para decirte que el camino se está alejando de ti.

Hay incluso más formas en que nuestro cerebro registra tales cosas que se pueden encontrar aquí , como me mostró Krause.

Pero... nada es perfecto. Por supuesto, un cíclope puede ser engañado. Sin embargo, también pueden hacerlo los humanos, como vemos con las innumerables ilusiones ópticas que a los artistas a menudo les gusta dibujar. Una ilusión óptica interesante es una Sala Ames de la que me enteré recientemente. Engaña tu percepción de profundidad y puede ser algo interesante de investigar.

¡Gran pregunta!

Los seres humanos tienen alrededor de dos docenas de métodos diferentes para juzgar la distancia a un objeto . Solo dos de ellos ( esteropsis , el desplazamiento relativo de un objeto contra el fondo y convergencia , la cantidad de desplazamiento hacia adentro necesario para centrar el objeto en el campo de visión de ambos ojos) dependen de tener dos ojos.

Su cíclope tiene las siguientes técnicas para juzgar la distancia a un objeto:

• Acomodación : la cantidad de cambio focal necesario para enfocar el objeto. Si su cíclope tiene el estereotipo de un solo ojo enorme, será mucho mejor que los humanos para juzgar la distancia de esta manera.
• Paralaje de movimiento : el grado en que un objeto se mueve contra el fondo cuando el cíclope mueve la cabeza.
• Perspectiva aérea : para objetos distantes, este es el grado en que el objeto cambia de color como resultado de los efectos atmosféricos.
• Tamaño: la distancia a un objeto de un tamaño conocido se puede determinar por lo pequeño que parece.

Además, hay alrededor de una docena de técnicas (perspectiva, oclusión, tamaño relativo, etc.) para determinar la distancia relativa de dos objetos.

Para cualquier persona interesada, para explicar la respuesta de Will, se descubrió en 2011 que las aves usan algo llamado flujo óptico para determinar la distancia.

En la visión por computadora, el flujo óptico rastrea el movimiento aparente de los puntos a medida que un observador se mueve a través de una escena. Esta imagen rastrea la posición de puntos similares entre dos cuadros en un video. Observe que los puntos más alejados parecen no moverse tanto. Se supone que los puntos que no cambian tanto entre fotogramas están más alejados.

En el experimento, se hizo volar un pájaro entre dos paredes. Las paredes tenían rayas verticales u horizontales. Al moverse a través de este pasillo, la pared con las rayas verticales pasaría más allá del observador, lo que permitiría el seguimiento del flujo óptico. Sin embargo, las paredes con franjas horizontales no parecerían cambiar mientras el pájaro volaba; en la naturaleza, esto significaría que el objeto está muy lejos (como vimos antes en la descripción del flujo óptico).

Se encontró que las aves siempre volaban en el medio cuando ambas paredes ( A ) tenían rayas verticales (ambos ojos podían usar seguimiento de flujo óptico). Sin embargo, cuando una pared tenía rayas horizontales ( B y C ), el pájaro volaba mucho más cerca de la pared con estas rayas horizontales. Dado que el patrón no parecía cambiar a medida que el pájaro se movía por el pasillo, el pájaro asumió que la pared estaba más lejos de lo que estaba.

Para aquellos interesados, el nombre del artículo es Optic Flow Cues Guide Flight in Birds. También hay un video que los muestra volando.

tl; dr Para responder a la pregunta original, los objetos que están más cerca parecen moverse más que los objetos que están más lejos. El seguimiento de flujo óptico sería absolutamente un método viable para que un cíclope (o cualquier animal con visión monocular) lo use para rastrear la distancia.

Hay muchas opciones para la percepción de profundidad sin visión binocular, pero los camaleones son probablemente tu mejor modelo para un cíclope. A diferencia de la mayoría de los animales, los camaleones tienen una separación entre su punto nodal, el punto donde se cruzan las líneas que conectan los puntos en la escena y los puntos correspondientes en la imagen, y el centro de rotación, el punto alrededor del cual gira el ojo. Esto significa que, a medida que un camaleón mueve su ojo, las imágenes en su retina se mueven más si están más cerca, lo que les permite determinar la distancia de los objetos.

A diferencia de las aves y las serpientes, que solo pueden lograr la percepción de profundidad moviendo toda la cabeza hacia adelante y hacia atrás, un camaleón, o un cíclope, puede lograr la percepción de profundidad moviendo solo el ojo.

Como alguien que médicamente carece de percepción de profundidad, puedo asegurarle que hay varias formas en que su cerebro aprende a compensar automáticamente:

La escala de los objetos distantes se compara con la escala "conocida" de dichos objetos para obtener aproximadamente la distancia.
En largas distancias, el desenfoque atmosférico es un factor real.
Los objetos superpuestos pueden dar una buena idea de la distancia relativa.
Las líneas divergentes/convergentes proporcionan perspectiva.

Verdaderamente, ¿cómo funciona su percepción de profundidad cuando ve algo en una pantalla plana que fue filmado con un 'ojo' (cámara)? ¡Realmente no es tan debilitante como podría pensarse!

Modele un aspecto de su vista sobre lo que usan los murciélagos y los delfines para la ubicación del eco. La vista humana normal es completamente pasiva. Los ojos solo reciben luz. La ecolocalización está activa. Se emite un pulso y se mide el tiempo de vuelo desde el regreso del pulso. Haz que tu cíclope emita una luz breve, brillante, posiblemente infrarroja o ultravioleta, cada vez que parpadee o entrecierre los ojos.

Esto podría incorporarse como parte de la acción o la trama. A medida que el cíclope recoge la enorme roca y se prepara para lanzarla, comienza a parpadear cada vez más rápido a medida que acumula datos de distancia. Sus objetivos previstos se agitan cada vez más a medida que saben que la roca se les acerca. También como contramedida, aquellos que luchan contra los cíclopes podrían llevar un frasco de luciérnagas hiperluminiscentes cuyas emanaciones confunden la percepción de profundidad de los cíclopes.

Agregando a lo que la gente ha dicho sobre el alojamiento: en luz brillante, nuestras pupilas se contraen. Esto aumenta la profundidad de campo y hace que la acomodación sea menos útil para juzgar la distancia. Nuestra respuesta tecnológica a esto son las gafas de sol. Reducen la intensidad de la luz, lo que hace que las pupilas se dilaten, lo que reduce la profundidad de campo, por lo que tus ojos deben enfocarse cuidadosamente en lo que estás mirando. Su gente Cyclops podría tener "anteojos de sol" biológicos incorporados en su ojo. Además, podría tener su retina muy sensible a la luz, muchos bastones. Esto reduciría su agudeza visual, por lo que su ojo se agrandaría para compensar (como los ojos de un calamar gigante). Usando la biología de la Tierra, esto limitaría la visión del color de la gente de Cyclops.

Las serpientes tienen un problema con la percepción de profundidad que resuelven moviendo la cabeza de un lado a otro mientras miran a su presa para tener una idea de qué tan lejos están. Cuando un encantador de serpientes 'encanta' a una serpiente, el baile de la serpiente es en realidad ellos tratando de averiguar qué tan lejos está el encantador de serpientes para poder atacarlos. El encantador de serpientes también se mueve de lado a lado, lo que evita que la serpiente se dé cuenta de qué tan lejos está y ataque. La ejecución del instrumento no hace más que hacer que parezca que el encantador está hipnotizando a la serpiente con música. De todos modos, los cíclopes podrían calcular la distancia de la misma manera balanceándose de lado a lado y sus enemigos podrían evitar el ataque de manera similar al encantador de serpientes.

Como adulto que solo tiene un ojo que funciona, su respuesta es Sí, evitaría por completo la 'percepción de profundidad' como la mayoría de los humanos la conocen. Puedo decirles que, al no haber conocido nunca la visión estereoscópica, se habrán adaptado a las mismas formas que yo uso, ya sea para navegar en una habitación llena de gente, conducir un automóvil o atrapar un frisbee... tamaño comparativo, profundidad de campo, muchos de los otros métodos mencionados en las excelentes respuestas anteriores.

Hay muchos humanos que solo tienen el uso de un ojo (incluido yo mismo), pero no luchan significativamente con la percepción de profundidad. Hay muchas formas de juzgar la profundidad además de usar múltiples ojos con una línea de base entre ellos. El tamaño, las líneas paralelas, las sombras, la decoloración (dispersión) son solo algunas de las muchas técnicas que todos los humanos usan inconscientemente junto con la biangulación. Las personas con un solo ojo se ven obligadas a confiar más en estas otras técnicas, pero las situaciones en las que está observando sin referencia para ayudar a su juicio y la profundidad de campo en realidad son muy limitadas. De acuerdo, tal vez ser piloto no sea aconsejable, pero más allá de eso. Además, los dispositivos de alcance no son infrecuentes y podrían integrarse fácilmente en cosas como aviones (que estoy seguro de que ya lo son).

Me gustaría pensar que los cíclopes no tienen problemas con las percepciones de profundidad porque sus ojos tienen múltiples lentes o iris; bastante seguro de que la construcción de sus ojos sería diferente. Uno tiene que preguntarse por qué la naturaleza favorecería a una criatura tuerta. Si el ojo único es solo una extraña mutación, entonces debería haber alguna propiedad sorprendente que permita a la especie sobrevivir.

Sin embargo, podrías convertirlos en una especie que vive en ambientes con poca luz. Hay algunos cefalópodos con ojos grandes que hacen esto. Si hicieras esto, podrías hacer de la visión un sentido secundario y no preocuparte por su capacidad de ver a larga distancia. Solo pídales que escuchen su camino usando la ecolocalización y luego examinen lo que está inmediatamente frente a ellos con sus ojos como microscopios.