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照相机面临着同样的问题——无论雪球是在室内还是室外，如何将它表现为白色。照相机控制胶片曝光程度的仪表包含了两个假设。第一个假设是光照的一致性：在阳光下、树荫中或灯泡下均是一致的。当这个假设被违背后，拍快照者会很失望。站在蔚蓝天空下的阿姨，拍摄出来的效果很可能会像一团漆黑的剪影，因为照相机被它所见到的场景迷惑了：它见到的是整个被阴影给笼罩住的阿姨的脸，以及被阳光照射得明亮无比的蓝天。第二个假设是景物一般来说是中度灰色的。如果你随意拼凑一堆物体，它们的多种颜色和光亮度通常会平均化为一种中度的灰色阴影，它会反射18%的光。照相机“估计”它在看一个一般的景物，就曝了刚刚足够量的光，使得景物中光亮度范围的中值呈现为胶片中的中度灰。比中间范围淡的小色块表现为浅灰和白；较深的小色块，表现为深灰和黑。但当假设错误，景物事实上并没有平均表现为灰色时，照相机就被欺骗了。黑色丝绒上的黑猫照片呈现为中度灰，雪地上的北极熊呈现为中度灰等。熟练的摄影师会分析一个景物如何与一般景物不同，并使用各种技巧来进行弥补。一个原始但有效的方式是，带一张标准的中度灰色卡（它能准确地反射18%的光），将它挨近物体，将对光仪表对准这张卡片。照相机对真实世界的假设就这样得到了满足，它对于周围照明度水平的估计（从卡片反射的光再除以18%即可得到）也确定会是正确的。
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埃德温·兰德（Edwin Land）是偏光过滤器和宝丽莱·兰德易拍得相机的发明人，他也遭到了这个问题的挑战，这个问题在彩色摄影中格外令人头疼。灯泡的光是橘黄色的；荧光灯的光是橄榄色的；太阳光是黄色的；天空的光是蓝色的。我们的大脑设法解析出了照明色彩的因子，就像它解析出照明强度因子一样，在所有这些光下，都能正确地辨别物体的颜色。而照相机不行。除非它们发出自己闪光灯的白光，否则它们在表现室内景物时呈现一种厚重、似乎生锈的色调，表现有阴影的景物时像呈现浆状蓝色等。一个见多识广的摄影师会购买特殊的胶卷或是在镜头上加一个滤光镜做光补偿，优秀的实验室技术人员能够在冲印照片时修正颜色，但易拍得相机显然做不到这点。因此兰德产生一个基于实际应用的需要，就是如何去掉照明的强度和色彩，我们称之为色彩恒常性问题。
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不过兰德还是一个自学成才的、卓越的知觉科学家，他对大脑是如何解决这个问题心怀好奇。他建立了一个色彩知觉实验室并提出了一个充满智慧的色彩恒常性理论。他的观点被称为视网膜层次理论，为知觉者提出了几个假设。第一个假设是地球的照明系统是波长的丰富混合。这一法则的例外情况是钠汽灯，即停车场里设置的节能灯。它发出很窄的波长范围，我们的知觉系统无法解析出因子来，因此汽车和脸都被染上了一抹令人感觉阴森森的黄色。第二个假设是视域中亮度和色彩的逐渐变化很可能源自于景物被照亮的方式，而猝然变换则很可能是由于到了边界，即一个物体的终结和另一个物体的开始。为了让事情变得简单些，兰德对人们和他的模型在由二维矩形块组成的人造世界中进行了测试，他称那个世界为蒙德里安，以纪念荷兰著名画家。在一个光从侧面照过来的蒙德里安世界里，一边的一块黄色小块反射的光会与另一边一个相同黄色小块反射的光很不相同。但人们把它们都看作是黄色的，而视网膜层次模型去除了边到边之间光的梯度，所以也同样把它们看作是黄色的。
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视网膜层次理论是个很好的开端，不过实践证明，它过于简单了。一个问题是将世界设定为一个蒙德里安式的大平面的这个假设本身。回到图4-15中埃德尔森的图画，那就是锯齿形的蒙德里安平面。视网膜层次模型会处理所有鲜明边界之类的东西，将左图中边缘1阐释为类似右图中的边缘1。但对你来说，左边的看上去像不同颜色的两条之间的分界，右边的则像同一根条被折叠，而一部分在阴影中。这种差异出于你对三维形状的解释。你的形状分析器将蒙德里安平面弯成了分隔房间的屏风，但视网膜层次模型还是把它们看作同样的旧棋盘。很显然，它缺失了什么东西。
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缺失的东西就是阴影部分倾斜的效果，也就是将某一个实际场景变成一个影像的第三条法则。正对光源的平面会反射回许多光，因为光正照在平面上就弹了回去。与光源角度几乎平行的平面反射的光要少得多，因为绝大多数光擦过平面继续它的轨迹。如果你的位置离光源比较近，当平面正对你时，你的眼睛能捕捉到更多的光（相比于平面几乎在你的侧面时）。你会看到用手电筒直照一张灰纸片与侧着照这张纸片之间的差异。
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我们的阴影分析器又是如何反向运用这条法则，根据平面反射光的数量来计算平面的倾斜度的呢？结果绝不仅仅是估算平板的倾斜度。许多物体，如立方体和宝石都是由倾斜平面组成的，所以恢复其斜度是一种确定其形状的方式。事实上，任何形状都可以被认为是由数百万个小平面组成的雕刻物。即使当平面是光滑弯曲的，可以理解为每个“小面”都缩成了点，阴影法则同样适用于离开每个点的光。如果这条定律可以被反向运用，我们的阴影分析器就可以通过记录每点切面的倾斜度，而理解平面的形状了。
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不幸的是，一小块反射的给定数量的光可能来自正对光的深暗平面，也可能来自光源角度很小的明亮平面。所以，如果不做额外的假设，是没有简便方法来恢复光从平面反射的角度的。
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第一个假设是平面的光亮度是一致的：假设世界是由石膏做的。当平面颜料涂抹不均匀时，这条假设就违背了，我们的阴影分析器也就被愚弄了。情况就是如此。绘画和摄影照片是最明显的例子。一个不太典型的例子是动物伪装中的反隐蔽。许多动物兽皮的光亮度从背部到肚皮是逐渐变化的，这样就抵消了光照在它们身上产生三维立体形状上的效果。这使得动物看起来变得扁平化，令捕食者脑中做出假设、根据阴影分析形状的设备更加难以检测到目标物。化妆也是一个例子。稍谙化妆之道，涂抹皮肤的化妆品就会令观察者感觉看到形神俱佳的理想形状。鼻子两侧的深红色使它看上去似乎与光呈现更浅的角度，这令鼻子看起来显得更窄。上嘴唇上的白粉底起到相反的作用：嘴唇看起来更加丰满，像是以更好看的撅嘴形状阻截了迎面而来的光。
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这些必须从光影现象来推断物体形状的分析系统，还必须对世界做出其他的假设才行。世界上的平面由数千种材料组成，光以非常不同的方式从它们倾斜的平面弹回来。褪光平面像粉笔或无光纸一样遵循简单的法则，大脑的阴影分析器往往推测世界就是褪了光的。而有古木光泽的、毛绒的、有凹陷的以及有刺条的表面则随着光产生其他更奇怪的效果，它们能够愚弄眼睛。
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一个著名的例子是满月。它看上去像个扁平的盘子，不过，当然它是个球体。我们毫无障碍地可以根据阴影部分看到其他的球体，比如乒乓球，任何不错的艺术家也都能用炭笔画一个球。月亮的问题在于，它上面密密麻麻布满了各种大小的环形火山口，绝大多数小得从地球上看都看不到，它们组合在一起形成了平面，其效果与我们阴影分析器中想当然的理想褪光平面大不相同。满月的中心正对着观察者，所以它应该是最亮的，不过它有些坑洼和裂缝，其裂壁是斜对着地球观察者的视角的，这使得月球中心显得更暗。月亮周围边缘附近的平面与视线斜掠而过，应当显得更暗，但其峡谷壁呈现的角度刚好正对着观察点并反射回很多光，这使得周边显得更亮了。对于整个月亮来说，平面的角度和环形山侧面的角度相互抵消了。所有的部分都反射回了相同数量的光，所以眼睛就把它看作是一个盘子。
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如果我们不依赖这其中任何的分析器，我们将会啃树皮并跌落悬崖。每个分析器都做出假设，但这些假设往往与其他分析器相冲突。角度、形状、材质、光照——它们都聚拢到一起，但我们设法把它们整理清楚，并看到一个形状，具有一种颜色，呈现一个角度，使用一种光照。诀窍是什么？
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埃德尔森与心理学家阿历克斯·彭特兰德（Alex Pentland）在一个比喻中使用了他的锯齿形幻象。你是一个设计师，必须要建一个看上去就像图4-15中右图那样的舞台布置。你去了一家作坊，那里的专业人员为戏剧舞台演出搭建场景。一个是灯光设计师，另一个是画师，第三个是金属板工人。你给他们看了图，请他们搭建一个像图一样的场景。实际上，他们需要做视觉系统所做的工作：给定一幅图像，弄明白东西的布置和能够呈现出这样效果的光照。
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专业人员有许多种方法能够满足你的要求。每种几乎都能够单独奏效。画师只需在一个扁平金属板上画出平行四边形的布置，然后请灯光设计师用一束探照灯照亮即可（见图4-16）。
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图4-16 画师的方法
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灯光设计师可以取一张空白板，然后安装9盏设置好的聚光灯，每盏都有特殊的灯罩和滤光器，目的就是为了在白板上投映出9个平行四边形，图4-17显示了其中6盏聚光灯。
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图4-17 灯光师的方法
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金属板工人可以将一些金属弄弯成特殊的形状，当它被照亮并从合适的角度看时，就呈现出图4-18的图像。
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图4-18 金属板工人的方法
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最后，这个形状还可以由众专业人员合作而得之。画师在一个方块金属板的中央画出一条，金属板工人将它弯成锯齿形，灯光设计师用一束光来照亮这件作品。当然，这就是一个人在解释这幅图时所做的。
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我们的大脑就像这个比喻中的舞台设计师一样，同样面临着由于丰富性带来的困扰。一旦我们允许一个心智“专家”假设颜料涂抹的平面，它就能够将图像中的所有东西都解释为绘画：世界看起来将会是一幅错视画的杰作。类似地，大脑里的照明专家会告诉我们，世界是一部电影。因为这些解释不大令人满意，所以心智应当设法阻止专家们那样做。一种方式是，强迫它们坚持它们的假设，是什么就呈现什么（颜色和照明是均匀的，形状是规则的和平行的），但这样太极端了。世界不总是晴朗日子里的一堆方块；有些时候它确实有复杂的颜色和照明，而且我们能看到。我们不想让专家们否认，世界可以是复杂的。我们想让它们呈现出世界中原本拥有的那么多复杂性，不多也不少。现在的问题是如何让它们去做。
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