为什么镜面成像是左右反而不是上下反（从前置摄像头说起）

通常，镜面的“左右反”被描述为：你在镜子前用右手写字，而镜子中的你正在用左手写字。为什么镜面成像给人感觉左右反而不是上下反呢？回顾高中物理，镜中像的形成是由于反射的光被人眼接收，而人以光沿直线传播的经验在脑中形成镜面后的虚像。似乎这并没有解释清楚虚像为什么会“反”，在哪个方向上“反”。

这两天在调试android前置摄像头，今天基本完成，期间想到了这个问题，昨晚终于搞懂……现在努力把思路记下来。

这个问题其实去年在面试题中就有看到过，当时没有完全想清楚，前天看了人人网上的一个帖子，更加迷惑了。

先从摄像头说起，我调的是全智开发板的facing front camera，在解决照相水平翻转问题（problem和solution见链接）时，如下矛盾困扰着我：

1，在不对摄像头预览图做任何修改的情况下，摄像头只是忠实地向屏幕渲染它所看到的画面。

2，把物体从平板电脑的底面和顶面伸向摄像头，看到的是正像，从侧面伸过去，看到的是倒像。就好像摄像头知道我会横屏使用设备而不是竖屏一样！因为上下和左右这两条轴是不平衡的。

所以，并不“认识”平板电脑的方向的摄像头，对“上下轴”和“左右轴”产生了不平等的处理。

昨天下午我不停地想象将一个后置摄像头从机器上拿下来，分别从侧面和上下面将其旋转成前置摄像头的情景，以及翻转放置在台式电脑上的家用摄像头的情景，用了几个小时才想通。原来，摄像头和机器对两个轴都是“公平”的，但摄像头在机器上的位置确实不“自然”。就是说，当前它固定在机器上的位置并不是唯一“正确”的位置，将它旋转180°，它仍然正确（其实1~360每一个角度都“正确”）。旋转180°之后，上下成像倒立，左右却不会倒了，此时竖屏使用平板电脑成为更“舒适”的选择。延伸下去，家用电脑上的家用摄像头，旋转180°也是“正确”的咯？可它在屏幕上呈现像绝对是“反”的：地板会跑到屏幕上方，天花板会到屏幕下方去。等等，这样一来，左右就“正”了，无论你把头从摄像头左侧还是右侧伸过去，屏幕上的成像都是与你的头同方向的。所以，家用摄像头的这个倒置的角度也是“正确”的摆放位置，只要你愿意抛弃“天花板在‘上’、地板在‘下’”的观念。

说到重点了，我们之所以会认为“镜面成像是左右反而不是上下反”是因为“绝对上下”的观念根深蒂固。在地面上，我们把重力方向定义为“下”，重力的反方向定义为“上”，而左右的方向（即水平轴）就基于上下轴（重垂线）而存在。然而，就一面简单的镜面来说，左右轴和上下轴只不过是这样一组向量：他们互相平行且同时垂直于镜面法线。而这样的向量组合有无数组，只要在镜面上过同一点画十字架即可，有多少十字，就有多少组这样的向量。

想象一只生活在深海（不是海底也不是海面，为了抛弃上下的概念）中的章鱼，不不，不是海绵宝宝中的章鱼哥，而是一只完全伸展开他的触手的章鱼，像一朵百合花一样，现在他的“上手”拿着刀，“下手”拿着叉子，这时他照了照镜子，发现它自己拿刀的成了“下手”，拿叉子的成了“上手”。这只章鱼还有很多对触手，本文试图说明的是，“它的每一对触手在镜面中都可以是反的”。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　章鱼照镜

什么是“反”？不管是人还是章鱼，他们认为镜子中的自己左右或是上下“反”的时候，都在潜意识里做了一件事：把镜子里的虚像拉出来与真实的自己“重合”（实际上像是反的，无法真正重合）。重点就是潜意识中的这个“拉”的动作：1、如果它包含了一个旋转，并且是（绕着重垂线）水平旋转，得到的就是虚像与我“左右反”的结论；2、如果是（绕着水平轴）垂直旋转，就得到，虚像与自己“上下反的结论”；3、如果你的潜意识比较直接，直接把它拉过来而不旋转，那么你得出的就是虚像与自己“前后反”的结论。归纳这三个拉的动作，它们都将虚像沿着镜面法线的方向往实像处移动了X，X为实像中心点（显然，这个点是不存在的，因为人体或是章鱼都不是数学上“点对称”的几何体，可见我们的潜意识的工作还是粗糙的）与镜面的距离，且分别做了旋转（情况1，沿过中心点的重垂线旋转180°；情况2，沿过中心点的水平线旋转180°；情况3，不旋转）。

                        情况1

　　　　　　　　　　情况2

　　　　　　　　　　　　情况3

所以你可以知道，在无数种“重合”方式中，这三个动作并不具备特殊性，你现在可以在意识中（而不是潜意识）将虚像沿任意轴旋转任意角度，只不过这些情况下的“重合”令你的“本我”感到更加不适罢了。网上很多人说，镜面中的像是“前后反”，显然他们指的是，在你的潜意识不做“旋转”只做“移动”的工作的情况下，虚像与实像的这种重合后的“反”的景象。

恐怕到这里，有些人还是难以抛弃“绝对上下”的观念，而这恰恰解释了为什么人们大多数人认为镜面成像是左右反了。

在三维空间里抛弃“头为上，脚为下”的绝对方向的观念我用了2天左右的时间。想到高中时读《时间简史》和《果壳中的宇宙》，曾试图抛弃“绝对时间”的观念。看来智商缺乏保养，一直记得幼儿园老师说过，脑袋像机器，太久不用也会生锈哟。