当时的困境
睁开眼就看得见，这件事太平常，以致很难想到它需要解释。可只要问一句「看见的时候，眼睛和物体之间发生了什么」，古代的学者就分成了几派，而且每一派都卡在一个自己解决不了的地方。
数学家的答案：眼睛往外发光。 约前 300 年，欧几里得在《光学》里假定，从眼睛射出一束束直线「视线」，组成一个顶点在眼中的圆锥，视线碰到什么就看见什么。这套设定几何上极好用：物体张的角越大看起来越大，远处的平行线看起来会聚，都能当作定理证出来。他甚至用视线之间有空隙来解释为什么掉在地上的针要找一会儿才看得见。2 世纪的托勒密把分立的视线改成连续的「视流」，但方向不变，仍是从眼睛出去。
自然哲学家的答案：外物进入眼睛。 古希腊原子论者说，物体表面不断剥落极薄的像，飘进眼里。难处显而易见：一座山的像怎么缩进小小的瞳孔？亚里士多德在《论灵魂》里换了个说法，没有什么东西飞过来，而是物体的颜色使中间透明的空气发生变化，这种变化一直传到眼睛。医生盖伦则把两边折中：眼里的灵气出去，把空气变成一件伸到物体上的感觉工具。
问题在于，这两套答案各缺一半。据科学史家林德伯格的概括，数学家有几何没有物理，说不清视线是什么东西、怎么能一眨眼就伸到星星上；哲学家有物理没有几何，说不清一个完整的形状怎样不走样地进入眼睛。9 世纪巴格达的肯迪写了一部《论视觉》批评欧几里得，提出了后来至关重要的一步：发光的物体上每一点都向四面八方辐射，而不是整块物体一起发出一个整像。但肯迪自己仍然站在发出说一边。
还有一个看似不相干的谜题，藏在托名亚里士多德的《问题集》里：阳光穿过方形的缝隙，落在地上为什么是圆的？日偏食时，树叶间漏下的光斑为什么都成了月牙？像是怎样从小孔里「走」出来的，同样没有人讲得清楚。
洞见时刻
约 11 世纪头几十年，在开罗著书的伊本·海什木写成了七卷《光学之书》。前三卷讲直接视觉，它做的事可以概括成一句：把肯迪的「每一点都在辐射」和欧几里得的视锥接在一起，但把箭头反过来。关于成书年代，一说是约 1011–1021 年，另一说据校订其拉丁译本的史密斯放在 1028–1038 年，本页年份只取约数。
光从物体来
他先论证视觉是外面的光作用于眼睛：直视太阳眼睛会痛，盯过强光再移开视线，眼前还留着残像，这些都是眼睛在「承受」什么的迹象。对发出说，他的论证大意是：就算眼睛真的发出了什么，它碰到物体之后，也还得有东西从物体回到眼睛，视觉才能完成；既然最后总要靠回来的东西，发出去的那一趟就是多余的。
于是他的图景是：被照亮的物体上，每一点都向四面八方射出光和颜色，其中一部分落进眼睛。
为什么需要一个「选择」
这一步立刻带来麻烦。物体上的每一点都向整个眼睛表面射来光线，眼睛表面的每一点也都收到来自物体所有点的光线。如果每条光线都起作用，眼里得到的只能是一团混在一起的光，而不是一个有形状的像——这正是入射说在海什木之前一直说不圆的地方。
海什木的解法是加一条选择规则：从物体每一点射来的无数条光线中，只有一条是垂直射入眼球各层表面的。按他设想的眼球结构，这些表面大致同心，这条垂线穿过去不发生折射，直指眼球中心；其余斜射的光线都会偏折、变弱，不参与清晰的视觉。这样一来，物体上的每一点恰好对应眼中的一点，所有这些垂线合起来，正好是一个以眼球中心为顶点的圆锥——欧几里得的视锥原样保留，只是光在里面倒着走。
感受这个像的，在他看来是晶状体（中世纪叫「冰状体」）的前表面。他还得解决一件事：这些垂线在眼球中心会交叉，交叉之后像就倒了。他设想光在到达中心之前、在晶状体后表面发生折射，改道进入视神经，像因此一直是正的。这一步是为了让眼里的像与看到的世界方向一致而加上去的，后来被证明是错的。
在此之上，他还用大量篇幅论证：光落进眼睛只是开始，辨认颜色、估计远近与大小、认出熟人，都要靠比较与推断，由心智完成。
暗室里的蜡烛
光线各走各的、互不干扰，是这套点对点方案能成立的前提。《光学之书》第一卷描述了一个实验：在一间暗室的墙上开一个小孔，孔外并排点几支蜡烛，室内对面的墙上出现几个对应的光斑；挡住一支蜡烛，只有一个光斑消失，而它在孔的另一侧、与那支蜡烛正相对。结论是：不同光源的光穿过同一个孔，彼此不相混，各自沿直线走。
小孔投像这件事古人早有记录。《墨经》说「景到，在午有端」，意思是光穿过一个点，影像就倒了过来；北宋沈括也在《梦溪笔谈》里写过窗隙中的倒影。海什木在另一篇短文《论日食的形状》里讨论了日偏食时小孔投出的月牙，用逐点作图说明孔越小，像越接近光源的形状。据林德伯格 1968 年的研究，这是对《问题集》那个谜题最接近正确的一次处理，但他没有把它推到一般情形。
拿什么去「考验」
《光学之书》与此前的光学著作最不一样的，是反复出现的一个词：iʿtibār。英译者萨布拉译作「考验」或「实验」，中世纪的拉丁译者则译成 experimentum，并把做这件事的人称为 experimentator。书里说到光沿直线传播，就教读者拿一根直管对准物体，挡住管口物体就消失；说到光彼此不混，就摆出暗室与蜡烛。论证之后，总要有一件能让别人照着摆出来、亲眼核对的事。这个做法，比书中任何一条具体结论走得都远。
涟漪效应
拉丁欧洲的四百年
不晚于 1200 年，《光学之书》被译成拉丁文，题为《论视觉》，作者署名 Alhacen。13 世纪下半叶，英格兰的罗吉尔·培根在 1267 年的《大著作》第五部里大段取材于它，波兰的维特洛写了一部十卷的《透视学》，坎特伯雷的佩卡姆写了供大学用的《普通透视学》。这三部书成了此后三百年欧洲大学讲光学的底本。
不过据林德伯格 1967 年的研究，拉丁作者接受的并不是纯粹的入射说。培根认为眼睛也发出「种相」，与物体来的种相相会，视觉才完整；他把海什木、欧几里得与亚里士多德调和在一起，这种折中一直延续下去。1572 年里斯纳在巴塞尔把海什木与维特洛的书合印成《光学宝库》，这就是开普勒后来读的那一版。
与此同时，暗室从一个论证工具变成了一件仪器。天文学家用它观测日食而不伤眼睛；1558 年那不勒斯的德拉·波尔塔在《自然魔法》里介绍暗箱，后来的版本又在小孔上加了透镜，得到明亮清晰的像，并把眼睛比作暗箱。据林德伯格，他仍把晶状体当作受像的地方，没有再往前一步。
开普勒：像在视网膜上
1600 年夏天，开普勒在格拉茨用暗箱观测一次日偏食。第谷曾据类似的观测断定，日食时月亮的视直径比平时小；开普勒要弄清这是真的，还是小孔本身造成的假象。
答案在 1604 年的《维特洛补遗》第二章：小孔投下的像，是光源上每一点经过孔各投下一个「孔形」的光斑，所有光斑叠在一起的结果。设孔的直径为 ，屏离孔 ，光源的角直径为 ，像的直径大约是
太阳的 约为半度，即 0.0093 弧度。屏在一米外时 约 9 毫米：孔只有一两毫米，像就基本是太阳的圆形；孔是一扇方窗，像就成了方形，边缘带着太阳的模糊。《问题集》里的谜题由此解开，第谷看到的「月亮变小」也不过是孔径把像的边缘抹宽了。据林德伯格，意大利的毛罗利科此前也独立得到了这一解释，但他的书迟至 1611 年才出版。
同一部书的第五章「论视觉方式」把这一套搬进了眼睛。开普勒把眼睛当作一台装了透镜的暗箱：瞳孔是孔，晶状体是透镜，它的作用不是感受，而是把从物体每一点射来的整束光——不只是那一条垂线——重新会聚到眼底的一点上；感受像的是视网膜。他在书中点名称赞巴塞尔的医生普拉特：普拉特 1583 年已经主张视觉靠视网膜完成，开普勒说他对晶状体的看法「好得多，虽然也没完全说中」。
这个像是倒的，左右也是反的。开普勒没有像海什木那样设法把它扳正，而是接受它。据克龙比的英译，他说像怎样在大脑里被「正过来」，属于自然哲学家的事，光学管到视网膜为止。同一章里，他还用光线会聚在视网膜前面或后面，解释了近视与老花，以及凹透镜、凸透镜的眼镜为什么有用。
眼底真有一幅倒像，很快就被亲眼看到了。耶稣会天文学家沙伊纳在 1619 年的《眼》里描述了剥去动物眼球后壁、隔着薄膜看到外面景物的倒像；1637 年笛卡尔在《折射光学》第五讲里写了同样的实验，用的是刚死去的人或牛的眼睛。
断裂还是延续
开普勒推翻了什么、继承了什么，科学史家的看法不一。据林德伯格 1987 年的文章，开普勒的问题框架——光从物体每一点来，要在眼中建立点对点的对应——完全是海什木的，他只是换了一个更好的办法达到同一目的，因此他是这一传统的完成者。据史密斯 1998 年的文章，变化要深得多：开普勒把落在视网膜上的「画」（pictura）与我们感知到的「像」（imago）分开，光学从此只研究前者，至于看见是怎么回事，被划出了光学之外，这与海什木把光学当作一门完整的视觉理论已是两回事。
如果没有它
每一台相机都是暗箱。镜头把景物上每一点射来的光会聚到传感器上的一点，这正是开普勒描述眼睛的方式；手机里那块几毫米见方的感光芯片，就坐在当年暗室的墙壁所在的位置。没有「光从物体每一点射来、各走各的直线」这个前提，透镜设计里的光线追迹连第一步都无从开始。
眼镜与验光。把视力不好理解成「光会聚在视网膜前面或后面」，才谈得上配多少度的镜片。今天验光单上的球镜度数，就是需要补上的会聚能力。
视觉的两个半边。开普勒把「眼底的像」和「看见」分开以后，前一半成了几何光学与眼科学，后一半成了神经科学与知觉心理学。海什木书中关于心智判断、错觉、月亮在地平线附近显得更大的那些讨论，在这后一半里找到了继承者。
做给别人看的证据。一条结论之后跟着一套可以照做的装置，是《光学之书》留下的最长久的东西。它不是凭空出现的——托勒密也量过、也做过——但海什木把它写成了光学论证的常规写法，并随着拉丁译本进了欧洲的大学。