在垂直光照不对称下的凝视感知

面部光线方向为何重要

当你直视别人的眼睛时，你大概率会认为自己能准确判断他们的注视方向。但落在脸上的光线会悄然扭曲这种判断。本研究探讨自上或自下照到面部的光如何改变我们解读凝视的方式，以及大脑如何进行补偿，使诸如对视等社交线索在日常生活中仍然基本可靠。

眼睛与光线如何协同工作

我们的眼睛结构简单却很有效：黑色的虹膜和瞳孔被更亮的巩膜所包围。当眼球旋转时，眼白与暗区的相对分布会发生变化，向大脑提供关于注视方向的线索。问题在于，阴影和高光也会模拟这些变化。从某侧或从上方/下方来的光会使眼白的某些部位变暗，从而微妙地欺骗视觉系统，让人误以为目光发生了移动，即使眼球事实上处于相同位置。

在不同光照下测试凝视

研究者使用精细的三维面部模型来控制眼睛朝向与光源位置。受试者在显示器上观看灰度人脸，并仅报告每张脸是否与他们对视。在第一个实验中，面部分别从上方、下方或正前方照明，同时眼睛略微向上、向下、向左或向右移动。来自上方的光会使人们倾向于判断面部注视稍高的位置，因此他们更容易把略向下的眼位当作对视。来自下方的光则产生相反的偏移：面部看起来更向下，且对视判断整体上变得不那么精确，尤其是在垂直凝视方向上。

窥探大脑“校正”系统

在第二个实验中，研究团队考察大脑是否利用更广泛的面部明暗分布来补偿眼部误导性的阴影。他们制作了复合面孔，仅眼部区域从上方或下方照明，而其余面部则看起来像是正面光照。在这种不一致条件下，相同的眼部阴影变化比在眼部与全脸共享一致光源的自然照明面孔中导致更大的凝视感知偏移。基于这一比较，作者估计当存在整张脸的阴影信息时，视觉系统会“减弱”大约四分之三由光照引起的扭曲，利用该上下文使凝视感知相对稳定。

比较熟悉与不熟悉的光照

日常环境通常以上方光为主，不论是太阳还是天花板灯，因此自下而上的照明会让面孔看起来怪异或不熟悉。第三个实验考察我们的校正机制是否在更自然的上方光条件下更有效。实验中，面孔在水平方向移动眼睛，而光源位于左上、右上、左下或右下。再次发现，光源方向会将感知凝视朝远离光源的方向偏移，但当全脸的明暗模式与眼部区域匹配时，这一效应被大幅削弱。令人意外的是，大脑利用面部阴影来修正因光照造成的扭曲的能力，对于自下照明的面孔与自上照明的面孔同样强。

这对日常对视意味着什么

总体而言，本研究表明光照方向确实会影响我们判断他人注视的方向：自下照明的面孔倾向于显得更向下看，对视判断也变得更嘈杂。然而，我们的感知并非轻易受骗。大脑会自动读取面部更广泛的阴影与高光分布，以推断光源方向并校正眼部中许多误导信息。这种精细调整的“感知恒常性”使我们在从明亮的阳光、昏暗的房间到戏剧化照明的不同场景间切换时，仍能保持对他人凝视方向的大致可靠判断。

引用: Bowers, T., Palmer, C.J. Gaze perception under vertical asymmetries in illumination. Sci Rep 16, 13443 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43770-8

关键词: 凝视感知, 面部感知, 光照方向, 视觉恒常性, 社会视觉