Umelcov, filozofov a psychológov dlho trápil každodenný fakt trojdimenzionálneho videnia. Samotná štruktúra oka umožňuje utvárať optický obraz na dvojdimenziálnom povrchu, na sietnici. Takýmto mechanizmom môžeme určovať smer, z ktorého prichádzajú svetelné vlny, ale nemôžeme nejakým zrejmým spôsobom zisťovať vzdialenosť viditeľného predmetu od oka. Problém je zobrazený na obrázku, ktorý ukazuje, ako sa viaceré body v zrakovom poli premietajú na sietnicu. Svetlo prichádzajúce z rôznych smerov, dopadá na rôzne sietnicové plochy a tak ho môžeme rozlíšiť. Avšak keďže všetky body ležiace v tom istom smere sa premietajú na tú istú sietnicovú plochu, ako môže jednotlivec povedať, ktorý bod je bližší a ktorý je vzdialenejší od oka?

Odpoveď na túto otázku sa snažili vedci nájsť v experimentoch so zvieratami, kedy je možné sledovať nejakú motorickú odpoveď (napr. skok), ktorou je možné určiť vzdialenosť (napr. šírku medzery v dráhe). Pri experimentoch s ľuďmi je reakciou slovná odpoveď alebo ekvivalent určený inštrukciami. Cieľom bolo zistiť, ktoré premenné riadia odpoveď. Laboratórne štúdie zrakového vnímania hĺbky sa zaoberali väčšinou S (stimul) premennými, ktoré sú znakmi alebo indikátormi vzdialenosti nejakého predmetu. Nazývame ich kľúčmi hĺbky alebo vzdialenosti. Avšak objavovanie a vyhodnocovanie týchto kľúčov so sebou prináša isté problémy. Nemôžeme len požiadať pozorovateľa, aby nám povedal, aké kľúče použil, keď posudzoval, či jeden predmet je ďalej ako druhý. Je to preto, že to obyčajne nevie povedať a môže dokonca tvrdiť, že nepotrebuje žiadne kľúče, pretože vidí vzdialenosť predmetu priamo.

Vnímanie priestoru sa uskutočňuje za súčinnosti zrakového a pohybového analyzátora, pričom dominantnú úlohu má zrakové vnímanie. Ide o vnímanie priestorových vzťahov vnímaných objektov, či sú od istého bodu vľavo, vpravo, hore alebo dolu. Priestorové vnímanie zahrňuje aj vnímanie veľkosti a hĺbky a významnú rolu pri ňom hrá skúsenosť.

Schopnosť vnímať hĺbku sa zdá byť čiastočne vrodená. Toto dokázali Gibsonová a Walk (1960) pri pokuse s úzkou štrbinou a dierou prekrytou sklom. Na okraj vizuálnej diery položili dojča a jeho mama ho volala, aby prišlo k nej cez sklo. Väčšina dojčiat odmietla ísť na sklo a radšej zostali na “bezpečnej” strane, čo ukazovalo, že sú schopné vnímať hĺbku. Keďže išlo o deti vo veku 6-14 mesiacov, ktoré už majú mnohé zrakové skúsenosti, pokus zopakovali s čerstvo narodenými zvieratami, napr. práve vyliahnutými kurčatami, ktoré reagovali podobne. Okrem toho sa ukázalo, že v priebehu prvého mesiaca života človeka sa dieťa dokáže otočiť, aby sa vyhlo predmetu mieriacemu priamo na neho, ale nereaguje na objekty, ktoré k nemu mieria v takom uhle, ktorý nezapríčiní kolíziu (Ball, Tronick 1971). Preto sa zdá, že časť našej schopnosti vnímať hĺbku je vrodená.

Kľúče používané pri vnímaní hĺbky a priestoru môžu využívať skutočnosť, že človek pozoruje svet dvoma očami súčasne, tzv. binokulárne kľúče, alebo ide o kľúče, ktoré je možné využívať aj pri pozorovaní predmetov jedným okom, tzv. monokulárne kľúče.

• binokulárne kľúče: konvergencia, binokulárna disparita a horopter
• monokulárne kľúče: akomodácia, relatívna veľkosť, interpozícia, vzdušná perspektíva, gradient štruktúry, tienenie (Woodvorth-Schlossberg), lineárna perspektíva, pohybová paralaxa (Sarmány-Schuller a kol.)

Keďže naše oči sú vzdialené od seba cca 7 cm, každá retina dostáva mierne odlišné obrazy. Keď potom mozog porovnáva tieto dva obrazy, rozdiel retinálnej disparity poskytuje dôležitý kľúč hĺbky. Ak držíme palec tesne pred nosom, rozdiel medzi obrazmi, ktoré prichádzajú na retinu, je veľký. (Je to možné pozorovať, ak na palec pozeráme najprv len jedným a potom len druhým okom.) Pri väčšej vzdialenosti (napr. keď máme natiahnutú ruku) je tento rozdiel menší.

Výrobcovia 3-D filmov simulujú túto disparitu tak, že filmujú dvoma kamerami vzdialenými od seba niekoľko centimetrov. Potom sa tieto dva mierne odlišné obrazy premietajú súčasne na plátno a ak sa na to pozeráme špeciálnymi okuliarami, ktoré dovoľujú vidieť ľavému oku len to, čo nasnímala ľavá kamera, a naopak, vytvorí sa 3-D efekt. Tento efekt simuluje retinálnu disparitu, ako by sme ju vnímali, ak by sme pozorovali túto scénu v priestore.

Druhý binokulárny kľúč na vnímanie hĺbky je konvergencia. Vyplýva z vlastností trojuholníka.

Ak sa pozorovateľ pozerá priamo smerom k predmetu a konverguje svoje oči tak, aby dostal jednotné videnie, tým, že dostane obraz predmetu na foveu každého oka. Má potom dočinenia s trojuholníkom, pričom jeho základňou je fixná medziočná vzdialenosť a priľahlými uhlami sú miery konvergencie pravého a ľavého oka alebo suma týchto mier, čo je uhol konvergencie. Ako sa predmet približuje, vnútorné rovné svaly sa kontrahujú viac. Kinestetické impulzy s týchto svalov vedené spätnou väzbou do mozgu poskytujú kľúč na vnímanie hĺbky. Aj keď tento kľúč nie je dosť presný, aby udával absolútnu vzdialenosť, môže jednotlivcovi umožniť povedať, ktorý z dvoch predmetov je ďalej.

Zrkadlový stereoskop umožňuje meniť konvergenciu bez toho, aby sa zmenil hociktorý iný kľúč, stačí iba pohnúť obrázkami laterálne v ich rámoch. Očakávalo sa, že zväčšujúca sa konvergencia spôsobí, že sa zobrazený predmet bude zdať bližší. Wheatstone urobil tento experiment v roku 1852 a Judd ho s iným typom aparátu zopakoval v roku 1897. Obaja zistili očakávaný sekundárny účinok, zmenšenie zdanlivej veľkosti so zväčšujúcou sa konvergenciou, kým sietnicová veľkosť ostáva konštantná. Ale posudky o vzdialenosti boli protichodné a dvojzmyselné. Wheatstone nezistil nijaké zdanlivé zmenšenie vzdialenosti predmetu počas skutočného pohybu obrázkov a ako výsledok toho zväčšovanie konvergencie, ale po skončení presunu sa predmet zdal bližší.

Výsledky stereoskopických experimentov, možno overiť jednoduchým experimentom s poštovou známkou. Umiestnime 2 identické známky asi v sedemcentimetrovej vzdialenosti na stole tak, aby boli v jednej rovine. Fixujeme hrot ceruzky a približujeme ju stále viac k očiam, vychádzajúc z prostriedku vzdialenosti medzi známkami. Udržiavame túto fixáciu a všimneme si, že známky sa zbližujú. Potom uvoľníme konvergenciu a necháme známky rozísť sa, až kým ich nefixujeme normálne.

Význam dvojitých obrazov ako kľúčov vnímania hĺbky zdôraznil Hering, ale neskorší bádatelia ho niekedy prehliadali. Fakt, že niektoré osoby ich nemôžu pozorovať, asi pre silnú dominanciu jedného oka , nie je argumentom proti ich funkcionálnej dôležitosti.

Aby sme dostali jasný obraz predmetu, musí byť očný aparát zaostrený na vzdialenosť predmetu. Oko zaostruje na predmet zmenou konvexnosti a hrúbky šošovky. Túto zmenu nazývame akomodáciou a vykonáva ju ciliárny sval. Ak je predmet relatívne vzdialený (2 a viac metrov), je sval uvoľnený, keď sa predmet stále približuje, sval sa stále viac a viac zmršťuje, spôsobujúc tak, že sa šošovka stáva konvexnejšou. Ak zaostríme pohľad na veľmi blízky predmet, môžeme zistiť pocit napätia v oku. Očné osi sú nastavené na nekonečno a pri malých vzdialenostiach sa zbiehajú.

Ak sú dva rovnako veľké predmety od seba vzdialené, predmet, ktorý je bližšie vytvára na sietnici väčší obraz ako predmet, ktorý je ďalej.

Nemožnosť videnia za roh je zaiste jedným z elementárnych faktorov zrakovej skúsenosti a faktom, ktorému sa malé dieťa naučí v živote veľmi skoro. Naučí sa, že jeden predmet môže byť skrytý za iným, a že skrytý predmet je ďalej. Keď je vzdialenejší predmet prekrytý iba čiastočne, môže ich spoločná kontúra ukázať, ktorý z nich je vpredu. V určitých situáciách je interpozícia jediným spoľahlivým kľúčom na určenie relatívnej vzdialenosti. Prechod Venuše je jasný dôkaz, že táto planéta je medzi zemou a slnkom.

Je tendencia predpokladať osvetlenie zhora výsledkom takmer univerzálnej skúsenosti, alebo je to azda vrodené prispôsobenie na túto charakteristiku prostredia? Možno vypestovať kurčatá od času vysedenia v klietkach tak, že dostáva všetko osvetlenie zdola cez drôtenú sieťovanú podlahu, kým vrch a boky sú pokryté čiernym plátnom a misky na kŕmenie sú zo skla. Hess použil tieto kurčatá ako experimentálnu skupinu, kým kontrolnú skupinu tvorili kurčatá navyknuté na svetlo zhora. Zhotovil realistickú fotografiu rozsypaného zrna a upevnil ju v skúšobnej klietke. Na jednej polovici obrazu malo každé zrnko tieň pod sebou, ako pri osvetlení sponad hlavy, ale na druhej polovici boli tiene nad zrnkami. V 7. týždni veku chcelo veľa kurčiat zobať nakreslené zrnká a prakticky všetky, ktoré zobali, volili najprv zrnká podľa osvetlenia, v ktorom boli vypestované. Tie, ktoré boli zvyknuté na svetlo zdola, vyhľadávali zrnká s tieňmi navrchu. Druhý experiment s týmito skupinami, skúšaný po 1- 6 týždňoch bol menej úspešný a zdalo sa, že prispôsobenie na osvetlenie zdola bolo celkovo ťažké – akoby osvetlenie zhora bolo viac v súlade s prirodzenosťou kurčiat.

Parlaxa je vo všeobecnosti zmena smeru nejakého predmetu, ktorá vyplýva zo zmeny polohy pozorovateľa. Pri pohybovej paralaxe získame dojem relatívneho pohybu v rámci zrakového poľa. Ak sa pohybujeme, zdá sa nám, že stojace predmety v našom okolí sa tiež pohybujú. Ak napríklad cestujeme vlakom, a budeme sa pozerať na určitý bod, napr. strom, bude sa nám zdať, že predmety, ktoré sú pred týmto stromom (fixačným bodom), sa pohybujú dozadu. A čím sú tieto predmety bližšie, tým sa budú pohybovať rýchlejšie. Objekty za fixačným bodom sa naopak budú pohybovať v našom smere a ich rýchlosť bude menšia, čím ďalej bude tento objekt.

Relatívny význam jednotlivých kľúčov vnímania hĺbky sa mení vzhľadom na scénu, ktorú pozorujeme, ale experimentátorov vždy zaujímalo, ktoré kľúče majú dominantnejšie postavenie medzi ostatnými. Priťahovali ich hlavne dva z nich - akomodácia a konvergencia, pretože tieto fyz0iologické procesy sa zdali byť zrejmými a jasnými činiteľmi pre výskum. Všeobecne sa predpokladalo, že jednotlivec prispôsobuje akomodáciu a konvergenciu, kým nezíska ostrý a jednotný obraz predmetu a potom posudzuje jeho vzdialenosť na základe napätia z očných svalov. Či sa tieto kľúče používajú pri vnímaní by sa dalo experimentálne dokázať jedine v prípade odstránenia všetkých ostatných kľúčov. Základným takýmto experimentom bol Wundtov experiment s niťou. Pozorovateľ sa pozeral cez krátku rovnú trubicu do miestnosti, na vzdialenom konci bola hladká osvetlená stena. Nebolo vidieť nič okrem jednej nite, zavesenej zhora a zaťaženej tak, aby visela vertikálne cez prostriedok zorného poľa. Nevidel ani vrch, ani spodok iba strednú časť nite. Úlohou pozorovateľa bolo pozorovať vzdialenosť nite a po odvrátení sa posúdiť, či je niť posunutá ďalej alebo bližšie. Keď bol pozorovateľ obmedzený na používanie jedného oka, mohol po určitom nácviku zrovnať dve vzdialenosti nite s rozdielovým prahom asi 7 percent. Dvoma očami zistil, že úloha je oveľa ľahšia a jeho rozdielový prah sa znížil na 2 percentá. Wundt uzatváral, že pocity konvergencie dané pre binokulárnom videní poskytovali jemnejší kľúč, než samotné pocity akomodácie, ktoré sú dané v monokulárnom videní.

Ball W., Tronick E.: Infant responses to impending collision: Optical and real. Science 1971; 171:818-820.

Gibson E.J., Walk R.D.: The “visual cilff.” Scientific American 1960;(Apr):64-71.

Myers D.G.: Psychology. 2nd edition. New York : Worth Publishers, Inc. 1989, 623 s.