Многие иллюзии объясняются строением глаза человека и его ограниченными возможностями. Так много дорожных аварий происходит в сумерках на перекрестках, где висят светофоры, когда перестраивается работа зрительного аппарата, или ночью, когда водители принимают свет светофора за свет обычного фонаря.
Подобрав правильный рисунок на обоях, мы можем зрительно расширить небольшую комнату. Выбрав нужную расцветку ткани, можно скрыть недостатки своей фигуры. Хотя зрительная иллюзия -это не всегда игра света и тени или естественное восприятие данного объекта.
Существует много специально выдуманных оптических головоломок, создающих потрясающие эффекты!
Зрительные искажения
Иллюзии часто приводят к совершенно неверным количественным оценкам реальных геометрических величин. По теории относительного размера воспринимаемый размер зависит не только от размера на сетчатке, но и от размеров остальных объектов в поле зрения, которые мы наблюдаем одновременно.
Иллюзия Геринга (иллюзия веера)
Прямые, на самом деле, параллельны.Иллюзия Вундта (1896)
Линии в центре, в действительности, параллельны.
Иллюзия кафе "Wall"
Параллельны ли горизонтальные линии?
Красные линии - прямые, хотя и кажутся изогнутыми.
Иллюзия Перельмана
Буквы на самом деле параллельны друг другу
Иллюзия У. Эренштейна (W. Ehrenstein, 1921)
Синие квадраты кажутся нарисованными неровно
Узор как бы изгибается во внутрь?
Все квадраты не самом деле не искажены.
Иллюзия Дж. Фрейзера (Fraser, 1908)
Круги или спирали?
Смотрите в центр на чёрную точку - цветные пятна должны исчезнуть:
Смотрите не отрываясь на крестик. Увидели зелёные пятна? А ведь ничего зелёного тут нет.
Обман зрения!
Иллюзии с черно-белыми негативами
Череп
Эта старинная иллюзия знакома многим. Смотрите на черный крестик в глазнице черепа примерно полминуты. Затем переведите взгляд на светлый лист бумаги, светлую стену, потолок, и вы увидите белый череп с темными провалами на месте глаз, носа, рта. Чем дальше будет от вас поверхность, тем большего размера череп вы будете наблюдать.
Горящая лампа
То же, что и с черепом. Тридцать секунд внимательно рассматриваете черную лампу в самом центре, затем переведите взгляд на белую стену и лампа зажжется.
Английская королева Елизавета II
То же, что и с предыдущими картинками. Смотрите тридцать секунд в центр картинки, а затем на белую поверхность. Изображение "проявится".
Иллюзии с цветными негативами
Американский флаг
Опять внимательно смотрим на точку в центре картинки в течение тридцати секунд, затем на белую поверхность и обнаружваем там американский флаг правильной расцветки.
Флаг Бразилии
Флаг Малайзии
Флаг Франции
Флаг Канады
Флаг Индии
Флаг Италии
Флаг Великобритании
Иллюзии движения
Смотрите на неподвижные изображения и они начнут двигаться. Смотрите на одинаковые движущиеся мячи и вы увидите, что они разного размера. Одно и тоже вращающееся изображение может вращаться в разные стороны, или даже совершать колебательные движения.
Фрактальная иллюзия
Возникает иллюзия, что рисунок пульсирует
Круги вращаются?
Иллюзия кофейных зёрен
Восприятие размера
Иллюзии часто приводят к совершенно неверным количественным оценкам реальных геометрических величин. Оказывается, что можно ошибиться на 25% и больше, если глазомерные оценки не проверить линейкой. Глазомерные оценки геометрических реальных величин очень сильно зависят от характера фона изображения. Это относится к длинам (иллюзия Понцо), площадям, радиусам кривизны. Можно показать также, что сказанное справедливо и в отношении углов, форм и так далее.
об оптических иллюзиях, которые часто можно наблюдать в продуктах.
За годы работы дизайнером продуктов я нашел множество визуальных аспектов, которые меня сильно удивляют. Я написал эту статью, чтобы помочь вам понять причины, почему некоторые из этих повседневных трюков оставляют вас озадаченными. Вы могли не понять этого сначала, но многие из методов работы с интерфейсами, логотипами или иллюстрациями являются оптическими иллюзиями. Без дальнейших объяснений рассказываю вам об 11 оптических иллюзиях, с которыми часто сталкиваются визуальные дизайнеры.
1. Иллюзия деления треугольника пополам
Выравнивание треугольника по центру тяжести
Иконки могут быть обманчивыми, особенно те, в которых есть сложная геометрия и необычные пропорции. Не все иконки в наборе симметричны, идеальны с точки зрения пикселей или сохраняют постоянное соотношение сторон. Некоторые из них требуют прямого вмешательства, особенно иконка Play.
При размещении треугольника в прямом или изогнутом контейнере, он может казаться не на своем месте. Причина этого явления заключается в иллюзии деления треугольника пополам. Центр массы треугольника вычисляется на основе его минимальной ограничивающей рамки. Поэтому если вы поместите точку точно по центру равностороннего треугольника, она будет казаться не на своем месте.
Которая версия математически центрирована?
Существует две теории этой занимательной иллюзии:
- Неправильное масштабирование по постоянству. Иллюзия содержит элементы перспективы, которые увеличивают в нашем восприятии размеры более удаленных объектов, например, равносторонний треугольник может восприниматься как плоская картинка дороги в перспективе, когда верхняя вершина уходит в бесконечность, а нижнее основание выглядит как ближняя часть дороги.
- Центр гравитации/центр области. Если зрителя просят найти точку середины, в конечном счете они найдут центр тяжести с равным распределением частей над ним и под ним. Центр тяжести равностороннего треугольника лежит ниже его середины, и существуют доказательства того, что люди выбирают в качестве центра нечто среднее между этими точками.
Чтобы треугольник внутри рамки выглядел оптически центрированным, вам нужно найти центр тяжести треугольника, вычислив точку пересечения линий, соединяющую каждую вершину с серединой противоположной стороны. Вы можете использовать эту формулу:
Шучу, эта статья не посвящена геометрии (но формула все равно верна). Центр тяжести может быть расположен на 1/3 расстояния от каждой стороны до противоположной вершины. Этот метод можно применить и к другим формам.
2. Вертикальная горизонтальная иллюзия
Это прямоугольник? Это самолет? Нет… это квадрат?!
Квадраты являются фундаментальными блоками любой системы дизайна. Их можно найти в карточках материального дизайна, пинах на Pinterest и снимках Dribbble.
Если вы перетаскиваете квадрат в Sketch, вам приходится иногда дважды проверить, что стороны равны. В квадрате вертикальные стороны кажутся длиннее, чем горизонтальные, как в прямоугольнике. Но на самом деле это идеальный квадрат. Эта иллюзия известна как вертикальная горизонтальная иллюзия.
Изображение в этом посте Facebook имеет соотношение сторон 1:1
Интересно, что люди разных полов и из разных культур воспринимают эту иллюзию по-своему. Люди, которые живут в развитых городах, как правило, демонстрируют большую восприимчивость, чем люди, живущие в сельских районах.
3. Полосы Маха
Размещение оттенков одного цвета по соседству было распространенным дизайнерским трендом во время плоского дизайна. Если присмотреться, вы можете заметить тень на краях каждого контрастного оттенка. Эта иллюзия известна как полосы Маха. На картинке нет никаких теней, просто наши глаза так воспринимают это изображение.
Техническое объяснение этого эффекта заключается в латеральном торможении, из-за которого темные участки кажутся более темными, а светлые ещё более светлыми. Хотя этот эффект довольно незаметен в мире визуального дизайна, полосы Маха могут стать настоящим препятствием для стоматологов. Рентгеновский анализ зубов создает полутоновые изображения, используемые для анализа аномальных отклонений. Полосы Маха могут привести к ложноположительному диагнозу, если они не были идентифицированы.
4. Иллюзия Геринга
Оно живое!
Вы когда-либо натыкались на логотип с очень тонкими линиями или крохотными точками на фоне, который будто движутся или пульсируют при скроллинге? А как насчет просмотра видео с волнистыми линиями на фоне? Эта иллюзия возникает из-за эффекта наложения, муарового эффекта, который наблюдается при перемещении двух наложенных друг на друга сеток. В этом случае иллюзию создают изображение и пиксели на мониторе.
Это довольно интересный эффект, хотя он и не является оптической иллюзией в полной мере. Пример с логотипом Sonos использует комбинацию муарового узора, иллюзии Геринга и воображаемого движения.
5. Сетка Германна
Появляться или не появляться, вот в чем вопрос.
Эта иллюзия довольно популярна, её можно наблюдать в разметке, содержащей сетку из квадратов на контрастном фоне. Если вы смотрите на любой квадрат, вы можете увидеть точки на пересечении линий, которые исчезают, если вы пытаетесь посмотреть на них напрямую.
На пересечении линий появляются серые точки
Причина этого эффекта связана с латеральным торможением. то есть способностью возбужденного нейрона тормозить соседние нейроны.
6. Иллюзия одновременного контраста
Если два объекта одного цвета разместить на фонах разной контрастности, объекты будут выглядеть, как будто они разного цвета. Контраст – это король мира визуального дизайна, и этот эффект может отличаться для некоторых людей.
Текст на разных сторонах имеет одинаковый цвет
К сожалению, пока точно не выяснены причины этой иллюзии, но существует несколько теорий, одна из которых – латеральное торможение.
7. Иллюзия Манкера-Уайта
Эта иллюзия довольно проста, но, тем не менее, занимательна. При взгляде на GIF выше фиолетовые блоки слева кажутся светлее, чем фиолетовые блоки справа. Но на самом деле они отражают одинаковое количество света.
Причина иллюзии Манкера-Уайта… вы догадались, латеральное торможение.
8. Акварельная иллюзия
Иногда я добавлял к объекту границу и задумывался, не сменил ли я цвет фона. Если вы присмотритесь, то заметите, что светлые части приобретают еле заметный оттенок цвет рамки. Но на самом деле светлые области являются белыми.
Это визуальное явление, известное как акварельная иллюзия, зависит от сочетания яркости и контрастности контура, которое приводит к эффекту распространения цвета.
Белый цвет внутри кнопки словно приобретает легкий оттенок цвета границы.
Я признаю, что эта иллюзия вводила меня в ступор несколько раз, и мне приходилось проверять цвет при помощи палитры.
9. Иллюзия Ястрова
Размер имеет значение?
Работа над иллюстрацией или логотипом требует нарезки различных форм. Эта иллюзия возникает при работе с изогнутыми объектами. Кажется, что два элемента имеют разный размер, но при более тщательном изучении они оказываются одинаковыми. Безумно, да?
Благодаря этой иллюзии мы воспринимаем одинаково изогнутые края разными
Как это возможно? Нет определенного объяснения тому, почему мы воспринимаем эти предметы как объекты разного размера. Одно из объяснений заключается в том, что мозг озадачен разницей в размере между большим и меньшим радиусами. Другими словами, из-за короткой стороны длинная сторона кажется длиннее, а из-за длинной стороны короткая сторона кажется ещё короче.
10. Иллюзия Корнсвита
Как и иллюзии Маха и одновременного контраста, иллюзия Корнсвита использует градиент и центральную линию, чтобы создать впечатление того, что одна сторона изображения темнее другой. Но на самом деле они одинаковы! Вы можете понять это, когда секции расположены параллельно.
1.Введение 1
2.Понятие оптической иллюзии 4
3.Виды иллюзий 5
4.История открытий 11
5.Заключение 12
6.Литература 13
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время, несмотря на развитие науки и техники, человек продолжает пользоваться своими субъективными оценками по всем направлениям. Конечно, если это касается нематематических наук, то в этом нет ничего плохого, но когда речь идет об оценках, при ошибке в которых, может произойти непоправимое, то тогда следует забыть об интуиции и воспользоваться измерительными приборами. Это, безусловно, касается так называемой оценки «на глаз». Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Их известно очень большое количество и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Вот два жизненных случая: В Калифорнии есть гора, о которой местные автомобилисты говорят, что она обладает магнитными свойствами. Дело в том, что на небольшом участке дороги длиной 60м у подножья этой горы наблюдаются необыкновенные явления. Участок этот идет наклонно. Если у автомобиля, едущего вниз по наклону, выключить мотор, то машина катится назад, т.е. вверх по наклону, как бы подчиняясь «магнитному притяжению» горы. Это поразительное свойство горы считалось установленным настольно достоверно, что в соответствующем месте дороги красуется даже доска с описанием феномена. Нашлись, однако, люди, которым показалось сомнительным, чтобы гора могла притягивать автомобили. Для проверки произвели нивелировку этого участка дороги. Результат получился неожиданным: то, что все принимали за подъем, оказалось спуском с уклоном в 2 градуса. Такой уклон может заставить автомобиль катиться без мотора на очень хорошем шоссе. Иллюзией зрения объясняются также рассказы путешественников о реках, вода в которых течет вверх по уклону. Привожу выписку об этом из книги одного физиолога, профессора Бернштейна «Внешние чувства»: «Во многих случаях мы склонны ошибаться при суждении о том, горизонтально ли данное направление, наклонено ли оно вверх или вниз. Идя, например, по слабо наклоненной дороге и видя на некотором расстоянии другую дорогу, встречающуюся с первой, мы представляем себе подъем второй дороги более крутым, чем на самом деле. С удивлением убеждаемся мы затем, что вторая дорога вовсе не так крута, как мы ожидали». Это объясняется тем, что мы принимаем дорогу, по которой идем за основную плоскость, к которой относим наклон других направлений. Мы бессознательно отождествляем ее с горизонтальной плоскостью и тогда, естественно, представляем преувеличенным наклон другого пути. Этому способствует то, что мышечное наше чувство совсем не улавливает при ходьбе наклонов в 2-3 градуса. На улицах Москвы, Киева и других холмистых городов часто приходится наблюдать иллюзию, о которой говорит ученый - физиолог. Еще любопытнее другой обман зрения, которому случается поддаваться в неровных местностях: ручей кажется нам текущим в гору! При спуске по слабо наклонной дороге, идущей вдоль ручья, который имеет еще меньшее падение, т.е. течет почти горизонтально, нам кажется, что ручей течет вверх по уклону. В этом случае мы тоже считаем направление дороги горизонтальным, так как привыкли принимать ту плоскость, на которой стоим, за основу для суждения о наклоне других плоскостей. Поэтому, чтобы люди допускали меньше ошибок, безоговорочно доверяя своим глазам, им необходимо учитывать некоторые особенности своего зрительного аппарата.
ПОНЯТИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ИЛЛЮЗИИ
Оптической иллюзией называется несоответствующее действительности представление видимого явления или предмета вследствие особенностей строения нашего зрительного аппарата. Попросту говоря - это неверное представление реальности. (Важно отметить, что здесь не имеются в виду несоответствия, которые связаны с индивидуальными нарушениями зрения, например, с дальтонизмом.)
Почему возникают оптические иллюзии? Зрительный аппарат человека - сложно устроенная система со вполне определенным пределом функциональных возможностей. В нее входят: глаза, нервные клетки, по которым сигнал передается от глаза к мозгу, и часть мозга, отвечающая за зрительное восприятие. В связи с этим выделяются три основные причины иллюзии:
1) наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;
2) при нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию;
3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.
Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом.
По происхождению оптические иллюзии делятся на три вида:
естественные, или созданные природой (например, мираж);
искусственные, или придуманные человеком (например, фокус “левитация” или, как говорят в народе, “летающая дама”;
смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком (например, известные иллюзионные картинки, модель миража).
Между естественными и искусственными иллюзиями есть существенное различие. Если иллюзия придумана человеком, то она обязательно имеет конструктивный секрет и после сообщения его наблюдателю во многом теряет свою загадочность. Естественные же и смешанные иллюзии не изменяют силы своего воздействия, независимо от того, знает наблюдатель их секрет или нет.
Нужно отметить, что оптические иллюзии рождаются не обязательно в результате игры света и тени. Так, в основе уже упомянутой иллюзии «летающая дама» лежит хитроумная механическая конструкция.
ВИДЫ ИЛЛЮЗИЙ
Иллюзии зрения
Оптические иллюзии, или Алгебра невозможного.
Известно, что наше зрение несовершенно и иногда мы видим не то, что существует в действительности. Но тот факт, что огромное большинство людей получают иногда одинаковые ошибочные зрительные впечатления, говорит об объективности нашего зрения и о том, что оно, дополняемое мышлением и практикой, дает нам относительно точные сведения о предметах внешнего мира. С другой стороны, тот факт, что разные люди в процессе зрительного восприятия обладают различной способностью ошибаться, иногда видят в предметах то, чего другие не замечают, говорит о субъективности наших зрительных ощущений и об их относительности.
Говоря в общем о причинах зрительных иллюзий (ошибок, обманов), следует, во-первых, указать, что иногда они появляются вследствие специально созданных, особых условий наблюдения, например: наблюдение одним глазом, наблюдение при неподвижных осях глаз, наблюдение через щель и т.п. Такие иллюзии исчезают при устранении необычных условий наблюдения.
Во-вторых, подавляющее большинство иллюзий зрения возникает не из-за оптического совершенства глаза, а из-за ложного суждения о видимом, поэтому можно считать, что обман здесь возникает при осмысливании зрительного образа. Такие иллюзии исчезают при изменении условий наблюдения, при выполнении простейших сравнительных измерений, при исключении некоторых факторов, мешающих правильному восприятию.
Наконец, известен ряд иллюзий, обусловленных и оптическим несовершенством глаза, некоторыми особыми свойствами различных анализаторов, участвующих в зрительном процессе (сетчатка, рефлексы нервов).
К иллюзиям зрения не относятся оптические фокусы и загадочные привидения, создаваемые при помощи зеркал, проекционных аппаратов и других технических устройств, а также интересные оптические явления, иногда наблюдаемые в природе (миражи, северные сияния). Появление последних обусловлено оптическими свойствами земной атмосферы. Во всех этих случаях наш глаз ошибается потому, что его умышленно обманывают или при помощи технических приспособлений, или за счет особого состояния Среды между глазом и объектом наблюдения. Также не являются иллюзиями восприятия обманы зрения, возникающие у некоторых людей в сумерках и темноте, когда недостаточное освещение затрудняет работу глаз и создает особое настроение и искажения ощущений в результате близорукости, дальнозоркости, дальтонизма и других дефектов зрительного аппарата, не характерных для большинства людей.
Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза
Слепое пятно. Наличие слепого пятна на сетчатой оболочке глаза впервые открыл в 1668 г. известный французский физик Э.Мариотт. Дело в том, что сетчатая оболочка глаза в том месте, где в глаз входит зрительный нерв, не имеет светочувствительных окончаний нервных волокон. Поэтому изображения предметов, приходяшихся на это место сетчатки, не передаются в мозг и, следовательно, не воспринимаются. Слепое пятно, казалось бы, должно мешать нам видеть весь предмет, но в обычных условиях мы этого не замечаем. Во-первых, потому что изображения предметов, приходящиеся на слепое пятно в одном глазу, в другом проектируются не на слепое пятно; во-вторых, потому, что выпадающие части предмета невольно заменяются образами соседних частей или фона окружающими этот предмет (на рисунке исчезающая фигура заменяется белым фоном).
Иррадиация. Явление иррадиации (по-латыни - неправильное излучение) состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется значительно большим относительно черного квадрата на белом фоне.
Иллюзии при движении объекта
При движении объекта наблюдения встречается также ряд зрительных иллюзий, которые обусловлены некоторыми свойствами нашего зрительного аппарата. Например, если круг с окрашенным сектором привести во вращение, то весь круг нам кажется окрашенным. Это можно объяснить способностью нашего глаза в течение долей секунды удерживать зрительное впечатление, хотя видимый предмет уже исчез из вида.
Существует иллюзия, которую можно назвать спиралью Плато, а если проще - эффект волчка. Если диск со спиралью (волчок) вращать по часовой стрелке, то после продолжительного фиксирования её глазом у нас возникает впечатление стягивания всех ветвей спирали к центру; при вращении спирали в обратном направлении мы видим расхождение спиралей в обратном от центра к периферии. Если после длительного рассматривания движущейся спирали взглянуть на неподвижные предметы, мы увидим их движение в обратном направлении. Так, например, если после длительного наблюдения за местностью из окна движущегося поезда или за водой из окна движущегося парохода мы переведем взгляд на неподвижные предметы внутри поезда или парохода, то нам покажется, что они тоже движутся, но в обратном направлении. Эти иллюзии связаны с последовательными движущимися образами.
На свойстве нашего глаза в течении 0,1 секунды “видеть” то, что уже исчезло основан кинематограф: при смене 24-х кадров в секунду и при перекрытии окна проектора в момент смены кадра особым экраном (обтюратором) наш глаз не замечает этой смены и воспринимает не движение ленты, а более медленное движение фигур, проектируемых на экран. Телевидение также использует закон зрительного впечатления. В этом случае на люминесцирующем экране электронно-лучевой трубки приемника электронный луч, с очень большой скоростью, как бы “рисует” изображение видимой нами картины, двигаясь по горизонтальным строкам и от строки к строке смещаясь по вертикали. Вследствие большой скорости перемещения электронного луча от верхней части экрана строчками до нижней его границы, мы не замечаем этого движения, а воспринимаем изображение в целом.
Иллюзии цветового зрения
Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета. Одно из явлений - явление смещения максимума относительной видности при переходе от дневного зрения к сумеречному - состоит в том, что при сумеречном зрении (при низких освещенностях) не только понижается чувствительность глаза к восприятию вообще, но и что в этих условиях глаз обладает пониженной чувствительностью к цветам длинноволнового участка видимого спектра (красные, оранжевые), но зато обладает повышенной чувствительностью к цветам коротковолновой части спектра (синие, фиолетовые). Красный мак и василек на рисунке при дневном освещении кажутся по яркости близкими друг к другу. В сумерках мак кажется совершенно темным, а василек более светлым.
Иногда при рассматривании цветных объектов мы также встречаемся с ошибками зрения или иллюзиями. Во-первых, иногда о насыщенности цвета мы ошибочно судим по яркости фона или по цвету окружающих его предметов. В этом случае действуют также закономерности контраста яркостей: цвет светлеет на темном фоне и темнеет на белом. Во- вторых, существует понятие собственно цветовых контрастов, когда цвет наблюдаемого нами объекта изменяется в зависимости от того, на каком фоне мы его наблюдаем. Иллюзии этого рода нам встречаются в следующих видах. Черный круг на рисунке кажется слегка красноватым на зеленом фоне, когда мы прикрываем рисунок тонкой прозрачной бумагой, то иллюзорный красный цвет становится ещё более заметным (стирается резкость границ и уменьшает разницу в яркости поля и фона и тем усиливает проявление эффекта). Аналогично черный круг на красном будет казаться зеленоватым, на фиолетово-голубом фоне - зеленовато-желтым и на голубом - медно-красным.
Другим видом цветовой иллюзии является то, что некоторые цвета воспринимаются как “выступающие”, а другие как “отступающие”. Этот факт наглядно иллюстрирует приводимый рисунок. Рассматривая левую фигуру, мы склонны думать, что это усеченная пирамида, обращенная вершиной к нам. А вот на левой мы скорее представим себе туннель с выходным отверстием вдали. “Выступающими” цветами обычно кажутся цвета красно-оранжево-желтые (или “теплые”), а “отступающими” кажутся цвета зелено-синие (или “холодные”).
Иллюзии восприятия размера
Ещё во времена античности людей приводил в замешательство тот факт, что на горизонте луна и солнце кажутся больше, чем когда они находятся высоко в небе. Этот обман зрения получил название иллюзии луны. Весь эффект состоит в том, что наличие земли создает впечатление, что луна у горизонта находится дальше, чем луна в зените, так как заполненное пространство между наблюдателем и горизонтом создает впечатление большей протяженности, чем незанятое пространство между наблюдателем и небом над головой. Поэтому нам кажется, что луна на горизонте выглядит больше, чем взошедшая луна.
Мы вообще привыкли, что все удаляющиеся к горизонту предметы уменьшаются на сетчатке по своим линейным размерам: люди, поезда, облака, самолеты... “Если бы мы увидели аэроплан, поднявшийся над горизонтом за дальней деревней, такого же размера, как видим его над головой, он показался бы больше самой деревни и, вероятно, представлял бы ужасающее зрелище”, - пишет известный английский физик Уильям Брэгг в книге “Мир света”. Так и луна: приближаясь к горизонту, она должна была бы уменьшаться в размерах, как самолет, этого властно требует опыт. А так как “возле горизонта” означает для наших “бессознательных умозаключений”, что луна стала дальше, чем когда находилась над головой, надо что-то делать с фактом углового постоянства углового размера диска. Вот и получается психологически, что диск стал крупнее. Иначе, удаляясь, он никак не мог бы оставаться того же углового размера. И мы видим луну огромной!
Портретные иллюзии
Многим приходилось видеть так называемые загадочные, как бы живые, портреты, которые всегда смотрят на нас, следя за нашими передвижениями и обращая глаза туда, куда мы переходим. Это объясняется тем, что зрачки глаз на портрете помещены в середине разреза глаз. Именно такими мы видим глаза, смотрящие на нас, когда же глаза смотрят в сторону, мимо нас, то зрачок и вся радужная оболочка кажутся нам находящимися не на середине глаза, а смещенными в бок. Когда мы отходим в сторону от портрета, зрачки, конечно, своего положения не меняют - остаются посреди глаз, а так как все лицо мы продолжаем видеть в прежнем положении по отношению к нам, то нам и кажется, что портрет повернул голову и следит за нами.
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ
Впервые исследование в области оптических геометрических иллюзий было сделано физиком Оппелем. Затем было более 200 научных работ на эту тему, где все авторы пытались найти свое объяснение этой проблеме. Каждый ученый долго разыскивал свою теорию на этот счет, однако, видимо, никто так и не догадался, что эти иллюзии, скорее являются правилом, нежели исключением и что эти особенности зрения и восприятия накладывают свой отпечаток на всю нашу повседневную жизнь, а не только на отдельные картинки. С особенностями зрения были очень хорошо знакомы древние греки - расстояние между колоннами Парфенона были разными, а зрителями воспринимались как одинаковые - иллюзия. Но один архитектор, более близкий нашему времени спроектировал здание с очень высокой точностью, а когда его построили, то оказалось, что если наблюдать спереди, то линия крыши вогнута наружу, если сбоку, то - вовнутрь. Все расстояния были четко промерены, но неточности не нашлось - особенности человеческого зрения. Иллюзия. Как одну из задач этой научной работы мы попытались классифицировать наиболее известные оптикогеометрические иллюзии и объяснить возможность появления некоторых из них.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
90% информации приходит в наш мозг через глаза. Даже если человек живет без розовых очков, он не всегда сможет реально оценить увиденную ситуацию. Так устроен наш глаз. Зная особенности зрения, человек может анализировать получаемую картинку, понимать, когда глаза его обманывают, а когда изображение полностью реально.
Подобные знания могут существенно облегчить жизнь, избавив от неприятностей, связанных со зрительными обманами. Помогут лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов (светофор).
Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных их видов, причин и возможных последствий необходимо каждому человеку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Википедия
2. Учебник по физике 11 класс. Издательство Просвещение.
- Перевод
Глубока ли кроличья нора?
Сколько минут вам потребуется, чтобы понять в чем фишка?
Фрэнсис Бэкон в 1620 году разделил источники человеческих ошибок, стоящих на пути познания, на четыре группы, которые он назвал «призраками» или «идолами» (лат. idola).
- «Призраки рода» проистекают из самой человеческой природы, они не зависят ни от культуры, ни от индивидуальности человека. «Ум человека уподобляется неровному зеркалу, которое, примешивая к природе вещей свою природу, отражает вещи в искривлённом и обезображенном виде».
- «Призраки пещеры» - это индивидуальные ошибки восприятия, как врождённые, так и приобретённые. «Ведь у каждого, помимо ошибок, свойственных роду человеческому, есть своя особая пещера, которая ослабляет и искажает свет природы».
- «Призраки площади (рынка)» - следствие общественной природы человека, - общения и использования в общении языка. «Люди объединяются речью. Слова же устанавливаются сообразно разумению толпы. Поэтому плохое и нелепое установление слов удивительным образом осаждает разум».
- «Призраки театра» - это усваиваемые человеком от других людей ложные представления об устройстве действительности. «При этом мы разумеем здесь не только общие философские учения, но и многочисленные начала и аксиомы наук, которые получили силу вследствие предания, веры и беззаботности». [Wikipedia ]
1. Иллюзия Сечения Треугольника
Выравнивание треугольника на основе центроида (барицентра).
Иконки могут быть обманчивыми, особенно со сложной геометрией и нечетными пропорциями. Не все значки в наборе симметричны, пиксельно идеальны или же содержат совместимые пропорции. Некоторые иконки требуют прямого вмешательства, а в первую очередь, эта устрашающая кнопка воспроизведения.
Помещение треугольника внутри изогнутого или прямого резервуара может сделать элемент оптически неуместным. Причина этого - эффект, известный как иллюзия сечения треугольника . Центр масс треугольника рассчитывается на основе его минимального ограничивающего прямоугольника . Поэтому, если вам нужно поместить точку ровно по середине по высоте равностороннего треугольника, то оптически она появится гораздо выше.
Какой вариант центрирован математически?
Существуют две теории для этой захватывающей иллюзии:
- Неверное масштабирование констант . Иллюзия содержит перспективные сигналы, которые увеличивают воспринимаемый размер более отдаленных объектов, например, равносторонний треугольник может восприниматься как плоская картина дороги, наблюдаемая в перспективе, с верхней вершиной, лежащей на бесконечности и нижней основе, воспринимаемой в качестве ближайшей части дороги.
- Центр тяжести . Если наблюдателя попросят найти точку в середине, все закончится тем, что он найдёт центроид, который имеет равные площади выше и ниже его. Центроид равностороннего треугольника находится значительно ниже точки в середине, и имеются доказательства того, что наблюдатели делают выбор, который является компромиссным.
Чтобы треугольник внутри контейнера был оптически центрирован, необходимо найти центроид (барицентр) треугольника, вычислив точку пересечения линий, соединяющих каждую вершину со средней точкой противоположной стороны. Вот формула, которую можно использовать:
Формула для нахождения центроида треугольника.
Центроид может находиться на 1/3 расстояния от каждой стороны до противоположной вершины. Этот метод также может быть применен ко многим другим формам.
2. Вертикально-горизонтальная Иллюзия
Вертикально-горизонтальная иллюзия.
Квадраты являются фундаментальными строительными блоками любой системы проектирования. Их можно увидеть в картах материального дизайна, постах на Facebook, картинках в Pinterest и сообществе Dribble.
После перемещения квадрата в эскиз, иногда стоит посмотреть дважды, чтобы увидеть, каждая ли из сторон имеет равные пропорции. Если вы посмотрите достаточно внимательно, то увидите, что вертикальные стороны кажутся длиннее, чем горизонтальные. Как будто квадрат на самом деле прямоугольник! Но, на самом деле, это идеальный квадрат 1:1. Это и называется вертикально-горизонтальной иллюзией .
Изображение поста на Facebook - это квадрат 1:1.
Действительно увлекательно то, что восприятие этой иллюзии зависит от культуры и пола. Люди, живущие в развитых городах, как правило, проявляют большую восприимчивость, чем люди, живущие в сельских районах. Это объясняется тем, что жители сельских районов, как правило, привыкли жить в круглых домах.
3. Полосы Маха
Полосы Маха.
Размещение оттенков одного цвета рядом друг с другом было распространенным трендом в эпоху плоского дизайна. Взглянув внимательно, вы, возможно, заметили ложную тень, появляющуюся между гранями каждой контрастной тени. Эта иллюзия известна как «Полосы Маха ». Ни одна тень не была добавлена в изображение, так просто воспринимают наши глаза.
Тени появляются между гранями каждого ряда.
Техническое объяснение возникновения этого эффекта связано с побочным торможением, означающим, что более темная область ложно кажется еще более темной, а более светлая - еще более светлой.
Хотя этот эффект довольно незаметен в мире графического дизайна, доказать его влияние возможно - он может стать реальной помехой для стоматологов. Рентгеновские лучи создают изображения в оттенках серого, используемые для анализа аномальных отклонений интенсивности. Полосы Маха могут обеспечить ошибочно-позитивный диагноз, если его правильно не выявить.
4. Иллюзия Геринга
Иллюзия Геринга.
Вы когда-нибудь сталкивались с логотипом, содержащим очень тонкие линии или фоновое изображение с крошечными точками, которые двигаются или пульсируют, пока вы скроллите? Если да, то это из-за эффекта зеркальных частот, называемый Муаровый узор , где две модели сетки накладываются друг на друга, порождая ложные движения .
Прокрутите вверх и вниз, чтобы почувствовать эффект вибрации.
Это очень крутой эффект, хотя Муар не является оптической иллюзией как таковой, он представляет собой интерференционную фигуру. Пример логотипа Sonos использует сочетание шаблонов Муар , иллюзию Геринга и иллюзорные движения . Эта сенсорная техника достаточно популярна в искусстве «Оп-арт ».
5. Сетка Германа
Сетка Германа.
Иллюзия сетки Германа довольно популярна, и её можно увидеть в макетах, которые содержат сетку квадратов, размещенных на высоком контрастном фоне. Если вы посмотрите прямо на любой квадрат, то увидите призрачный шарик на пересечении соседних квадратов. Но если будете смотреть на само пересечение - шарик исчезнет.
Причиной такого эффекта является побочное торможение. Проще говоря, возможность возбужденного нейрона понижать соседние нейроны в последнем направлении.
6. Контрастная Иллюзия
Контрастная иллюзия.
Размещение двух объектов одного цвета на разных контрастных фонах может привести к тому, что они будут казаться разных цветов. Этот феномен известен как контрастная иллюзия . Считается, что Контраст - это король , но не все воспринимают его одинаково.
Цвет текста совершенно одинаковый на обоих сторонах, однако таковым не кажется.
К сожалению, нет устоявшейся теории о том, почему эта иллюзия происходит, но зато многие исследования спекулируют, почему же. Одна из причин - побочное торможение , которое ответственно за Сетку Германа и Полосы Маха.
7. Иллюзия Манкера-Уайта
Иллюзия Манкера-Уайта.
Эта иллюзия довольно незначительна, но тем не менее увлекательна. Глядя на гифку выше, фиолетовые блоки слева кажутся светлее, чем справа. Но было выявлено, что оба блока фактически отражают одинаковое количество света.
Причина иллюзии Манкера-Уайта … как вы уже догадались… побочное торможение.
8. Иллюзия Акварели
Иллюзия Акварели.
Бывали случаи, когда я добавлял границу к объекту, а затем задавался вопросом: «Когда я также изменил цвет фона?». Если присмотреться, то можно заметить, что бледная область приобретает гораздо более светлый оттенок из-за цвета границы. Сильно удивитесь, если я скажу, что та светлая область на самом деле белая?
Это визуальное явление, известное как иллюзия акварели , зависит от сочетания яркости и цветового контраста контурных линий.
Белая область внутри кнопки, кажется, вбирает в себя небольшой оттенок в зависимости от цвета границы .
9. Иллюзия Джастроу
Иллюзия Джастроу.
Эта иллюзия возникает при работе с криволинейными объектами. Кажется, что эти два элемента отличаются по размеру, но при ближайшем рассмотрении, они, на самом деле, одного размера.
Эта иллюзия проявляется в процессе создания, потому что некоторые идентично изогнутые грани могут выглядеть меньше, чем другие .
Как это возможно? Что ж, это известно, как иллюзия Джастроу , и нет никакого конечного объяснения, почему мы воспринимаем сегменты по-разному. Одно из объяснений заключается в том, что наш мозг не видит разницы в размерах большого и маленького радиуса. Другими словами, из-за короткой стороны длинная кажется длинной, и наоборот.
10. Иллюзия Корнсвита
Иллюзия Корнсвита.
Помимо иллюзии контраста и иллюзии Полос Маха,
Городская научно-практическая конференция
школьников и учащейся молодежи
Научное общество учащихся «Открытие»
МОУ «Лицей №1656»
Направление: ФИЗИКА
Оптические иллюзии
Выполнили: Грицай Дмитрий,
Колесов Дмитрий
9 класс МОУ «Лицей № 166»
Руководитель:
Пужульс Ирина Николаевна,
учитель физики высшей
МОУ «Лицей № 1656 »
г.Томск – 2007
Введение ...........................................................................................................3
Глава I . Объяснение оптических иллюзий с точки зрения
физики, биологии, психологии.
1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.......................................5
1.2. Психология зрения....................................................................................5
1.3. Физическая оценка окружающего...........................................................6
Глава II
2.1. Воображение и реальность......................................................................7
2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения..............................8
Глава III . Оптические иллюзии.
3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни… 11
3.2. История открытий ……………………………………………………..12
3.3. Классификация оптических иллюзий ……………………………..12-15
3.3.1. Иллюзия пересечения ………………………………………………..12
3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва» …………………………………..13
3.3.3. Иллюзия искривления ……………………………………………….13
3.3.4. Иррадиация ………………………………...………………………...14
3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета ………………………......15
Заключение …………………………………………………………………16
Научная литература ………………………………………………………17
Введение.
В настоящее время, несмотря на развитие науки и техники, человек продолжает пользоваться своими субъективными оценками по всем направлениям. Конечно, если это касается нематематических наук, то в этом нет ничего плохого, но когда речь идет об оценках, при ошибке в которых, может произойти непоправимое, то тогда следует забыть об интуиции и воспользоваться измерительными приборами. Это, безусловно, касается так называемой оценки «на глаз».
Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Их известно очень большое количество и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Вот два жизненных случая:
В Калифорнии есть гора, о которой местные автомобилисты говорят, что она обладает магнитными свойствами. Дело в том, что на небольшом участке дороги длиной 60м у подножья этой горы наблюдаются необыкновенные явления. Участок этот идет наклонно. Если у автомобиля, едущего вниз по наклону, выключить мотор, то машина катится назад, т.е. вверх по наклону, как бы подчиняясь «магнитному притяжению» горы. Это поразительное свойство горы считалось установленным настольно достоверно, что в соответствующем месте дороги красуется даже доска с описанием феномена.
Нашлись, однако, люди, которым показалось сомнительным, чтобы гора могла притягивать автомобили. Для проверки произвели нивелировку этого участка дороги. Результат получился неожиданным: то, что все принимали за подъем, оказалось спуском с уклоном в 2 градуса. Такой уклон может заставить автомобиль катиться без мотора на очень хорошем шоссе.
Иллюзией зрения объясняются также рассказы путешественников о реках, вода в которых течет вверх по уклону. Привожу выписку об этом из книги одного физиолога, профессора Бернштейна «Внешние чувства»: «Во многих случаях мы склонны ошибаться при суждении о том, горизонтально ли данное направление, наклонено ли оно вверх или вниз. Идя, например, по слабо наклоненной дороге и видя на некотором расстоянии другую дорогу, встречающуюся с первой, мы представляем себе подъем второй дороги более крутым, чем на самом деле. С удивлением убеждаемся мы затем, что вторая дорога вовсе не так крута, как мы ожидали».
Это объясняется тем, что мы принимаем дорогу, по которой идем за основную плоскость, к которой относим наклон других направлений. Мы бессознательно отождествляем ее с горизонтальной плоскостью и тогда, естественно, представляем преувеличенным наклон другого пути.
Этому способствует то, что мышечное наше чувство совсем не улавливает при ходьбе наклонов в 2-3 градуса. На улицах Москвы, Киева и других холмистых городов часто приходится наблюдать иллюзию, о которой говорит ученый - физиолог. Еще любопытнее другой обман зрения, которому случается поддаваться в неровных местностях: ручей кажется нам текущим в гору!
При спуске по слабо наклонной дороге, идущей вдоль ручья, который имеет еще меньшее падение, т.е. течет почти горизонтально, нам кажется, что ручей течет вверх по уклону. В этом случае мы тоже считаем направление дороги горизонтальным, так как привыкли принимать ту плоскость, на которой стоим, за основу для суждения о наклоне других плоскостей.
Поэтому, чтобы люди допускали меньше ошибок, безоговорочно доверяя своим глазам, им необходимо учитывать некоторые особенности своего зрительного аппарата.
Цели работы:
1. Объяснить природу возникновения оптических иллюзий.
2. Объяснить с точки зрения биологии, психологии и физики возможность их появления.
3. Классифицировать оптические иллюзии.
4. Показать применение особенностей нашего воображения на примере невозможных фигур.
Задачи:
1. Изучить литературу.
2. Освоить методику анализа и синтеза.
3. Выделить существенные признаки рассматриваемых иллюзий.
4. Сгруппироватьиллюзии содинаковыми существенными признаками.
5. Сделать выводы.
Научная новизна:
Была проведена классификация оптических иллюзий.
Глава I . Объяснение оптических иллюзий
с точки зрения физики, биологии, психологии.
1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.
Глаз человека - сложнейший оптический прибор, с помощью которого человек воспринимает 90% окружающей нас жизни. Астроном и физик Иоган Кеплер в 19 веке рассмотрел устройство глаза с точки зрения оптики. Он показал, что на глазном дне формируется изображение окружающих предметов. По законам оптики такое изображение должно быть перевернутым. Именно поэтому перевернутым видит мир новорожденный младенец. Но постепенно мозг начинает переворачивать изображение и привыкает к этому. Интересно, что, если человек будет долго продолжать носить очки, переворачивающие изображение, то мозг опять поставит его «на ноги». А вот линзу, подобную хрусталику глаза люди не создали и по сей день. Ведь он может, становясь, то более выпуклым, то менее «наводить резкость» на ближние и дальние предметы. Но, если этот механизм нарушается, то у человека появляется, либо дальнозоркость, либо близорукость, поэтому ему в таком случае приходится носить очки.
Дно, на которое попадает и формируется изображение в уменьшенном виде, передает изображение сетчатке, которая воспринимает его. Между хрусталиком и сетчаткой лежит прозрачное стекловидное тело, похожее на студень. Благодаря тому, что внутри сетчатки есть зрительный пурпур, выцветающий под действием света, мы можем его воспринимать. Сетчатка состоит из клеток, называемых палочками и колбочками. Благодаря палочкам мы воспринимаем черно-белое изображение. Колбочки различают цвет: одни - синий, другие - зеленый, третьи - красный. Все остальные цвета являются для человеческого глаза смешанными.
1.2. Психология зрения.
Вместе с тем известно, что изображение, попав нам в глаз и дойдя до сетчатки по специальным мозговым каналам, попадает в головной мозг, где и формируется. При этом импульсы зрительной системы ничем не отличаются от импульсов нервных клеток носа, кожи уха. Мозг воспринимает их сообщения зрительными образами только потому, что знает, откуда они пришли. Там человек и представляет изображение. Но почему мозг способен представить изображение. Этим вопросом с недавнего времени занимается психология.
Мозг человека, помимо восприятия, мышления, памяти и ряда других психических процессов имеет особенную форму психики, присущую исключительно людям - воображение.
Ни в чем другом, кроме воображения, не проявляется идеальный и загадочный характер психики. Можно предполагать, что именно воображение, желание понять и объяснить привлекло внимание к психическим явлениям в древности, поддерживало и продолжает его стимулировать в наши дни. Что же касается загадочности этого феномена, то она состоит в том, что до сих пор нам почти ничего ни известно о механизме воображения, в том числе о его анатомо-физиологической основе. Даже то, в каком отделе головного мозга локализовано воображение, науке не известно.
Благодаря воображению человек творит, разумно планирует свою деятельность и управляет ею. Почти вся человеческая материальная и духовная культура является продуктом воображения и творчества людей, а какое значение эта культура имеет для психического развития и совершенствования вида «гомосапиенс», мы все уже достаточно хорошо знаем. Воображение выводит человека за пределы его сиюминутного существования, напоминает ему о прошлом, открывая будущее. Обладая богатым воображением, человек может «жить» в разном времени, что не может позволить себе никакое другое живое существо в мире. Прошлое зафиксировано в образах памяти, произвольно воскрешаемых усилием воли, будущее представлено в мечтах и фантазиях.
Воображение во многом помогает человеку в тех случаях жизни, когда практические действия или не возможны, или затруднены, или просто нецелесообразны (бесполезны).
От восприятия воображение отличается тем, что его образы не всегда соответствуют реальности, в них есть элементы фантазии, вымысла. Если воображение рисует сознанию такие картины, которым ничего или мало чего соответствует в действительности, то оно носит название фантазии.
1.3. Физическая оценка окружающего.
Физика, в свою очередь, является точной наукой, поэтому, чтобы не вгрызаться в полемику - фантазия важнее и нужнее или реальность, скажем, что и реальность несет немаловажную роль. Человек видит все вокруг себя в уменьшенном размере, воспринимает только солнечные лучи. Из биологии известно, что глаз - орган неидеальной точности. На глаз влияют мышцы различной силы, у сетчатки глаза есть некоторая кривизна, оба глаза расположены горизонтально, в них есть слепые пятна, да и вообще: область бинокулярного зрения у человека мала и видит он только перед собой, в то время как муха со своими фасеточными глазами способна видеть и сзади и воспринимать более 300 изображений в секунду!
Поэтому доверие такому варианту субъективной оценки как «на глазок», особенно в физике, не оправданно. Следовательно, то, что есть на самом деле, мы воспринимаем с искажениями.
Глава II . Особенности человеческого воображения.
2.1. Воображение и реальность
Воображение может быть четырех основных видов: активное, пассивное, продуктивное и репродуктивное. Сталкиваясь с оптическими иллюзиями, люди без воли обманывают свой разум, чаще всего даже не замечая этого и, лишь прибегнув к помощи измерительных приборов, обнаруживают несоответствие. Некоторое время назад вы смогли убедиться в этом. Посмотрите на рисунок 1: на нем две перпендикулярные друг другу палочки, которые пересекаются.
Они равны, но кажется что вертикальная заметно длиннее горизонтальной. Когда наблюдателей просили нарисовать на самом деле равные палочки, то от реальных размеров результат отличался на 33%! Образы пассивного воображения возникают помимо воли и желания человека. Но никакая фантазия не способна изобрести нечто такое, что не было бы человеку известно, следовательно: человек сознательно будет изображать эти палочки с несоответствием в 33%, так как уверен в своей правоте и, даже узнав об ошибке, он и в дальнейшем будет ее совершать, ведь именно в таком виде они будут для него равными, к тому же это закоренелая привычка, избавиться от которой практически невозможно.
Как было написано выше, именно благодаря воображению человек способен творить. Но чаще всего, импульсом творческого процесса является активное (усилием воли), продуктивное (сознательное конструирование без воспроизведения созданного до…) и репродуктивное (копирование) типы воображения.
Гораздо реже таким толчком служит пассивное воображение. Хотя известно на примере поэзии, как автор непроизвольно сочиняет стихи, при этом стремится найти возможность записи новой рифмы, чтобы не потерять ее. Говорят: появилось вдохновение. Кроме того, творческий процесс, начинаясь, как правило, с волевого усилия, т.е. с акта воображения, постепенно настолько захватывает автора, что воображение становится спонтанным, и уже не он творит образы, а образы владеют и управляют художником, и он подчиняется их логике.
2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения.
Поэтому появилась цель подробнее рассказать об особом виде иллюзий и рисунков: невозможные фигуры и объекты. Первую невозможную фигуру создал в 1934 году шведский художник Оскар Ройтерсверд, изобразив девять кубиков в особом порядке (рис.2).
Перу Ройтерсверда принадлежат сотни вариантов. Три из них, в том числе кубики, были воспроизведены на серии почтовых марок, выпущенных в Швеции в 1982 году.
Но, пожалуй, самая известная из невозможных фигур - это треугольник Пенроуза, (рис.3) опубликованный в 1958 году в «Британском психологическом журнале» Л. и Р. Пенроузами.
Они основывались на рисунке Ройтерсверда. Присмотревшись к треугольнику, мы видим, что все три угла этой рамы являются прямыми, хотя ясно, что этого быть не может. Здесь вступают в конфликт между собой усвоенные нами с детства правила изображения предметов на плоском листе бумаги.
Еще больше подливает масла в огонь конфликта между воображением и здравым смыслом - чертеж, показывающий, как можно сделать треугольник Пенроуза (рис.4).
Как вы видите для этого нужно всего то три деревянных кубика и три брусочка, соединенных палочками, как показано здесь или клеем - и готово!
Несмотря на всю простоту этого треугольника, можно нарисовать невозможную фигуру из меньшего количества элементов. Обратите внимание на этот пример из двух брусков (рис.5): справа они лежат друг на друге, а слева - рядом друг с другом.
Поняв принцип рисования простых невозможных фигур, можно рисовать и более сложные. Обратите внимание на эту трапецию (рис.6) - принцип ее рисования заключен в том, что углы её, если к ним приглядеться, на самом деле прямые, аналогично углам в невозможном треугольнике Пенроуза.
А этот кубик (рис.7) примечателен тем, что, если вспомнить из геометрии его определение - все грани равны между собой, это совсем не кубик, хотя три средние грани, образующие перевернутый значок «Мерседеса», равны, но остальные, видимые нам шесть граней, нет. Вот объяснение его невозможности.
Известны фигуры, в которых пропадает один элемент или промежуток между элементами. Они близки по принципу начертания к «полуторабрусковым» рисункам. Попытайтесь сосчитать количество брусков на этом рисунке 8.
Неверно предполагать, что «невозможность» - удел лишь геометрических фигур. Такими эффектами пользовались и продолжают пользоваться художники сюрреализма, футуризма и ряда других направлений в живописи.
Вот продукт воображения некоего художника (рис.9). Это невозможный камертон, от которого исходит вполне нормальная тень, от которой отходят вполне нормальные, звуковые волны.
Как известно, к телескопу часто прикрепляют меньшую телескопическую трубу, так называемый искатель, позволяющий более или менее точно навести основной телескоп на тот участок неба, который мы хотим рассмотреть. Тогда сколько дополнительных подзорных труб пристроено к этому телескопу (рис.10).
И, если вы их обнаружите, где, собственно, основная-то труба!?
Вилка Дьявола (рис. 11) была таковой названа одним из увидевших за «феномен» превращения из четырехугольника с двумя отходящими прямоугольными параллелепипедами в трехштырьковую вилку с цилиндрическими концами.
Но на самом деле принцип вилки Дьявола очень прост - элементарен. Как известно, у части прямоугольного четырехугольника сбоку видно лишь три грани, а у цилиндра при наблюдении сбоку - две линии завершения, следовательно - три плюс три и разделить на два - три цилиндрика.
По принципу «вилки Дьявола» нарисовано множество картинок на другие темы и сюжеты. К примеру, на этой картинке (рис.12) три человечка слева несут три трубы, а два справа им помогают нести два... бруска.
А на этой картинке (рис.13) использованы свойства тени и, конечно, эффект исчезновения элемента.
Глава III . Оптические иллюзии.
3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни
Ряд очень важных особенностей человеческого зрения позволил нам создавать изображения на плоскости, а воспринимать в объеме. А ведь это обман зрения. Смешение цветов на холсте мы бы восприняли пятнами, и картина была бы для нас множеством клякс на бумаге. Поэтому, то, что мы видим на картине лишь иллюзия повседневности.
3.2. История открытий.
Впервые исследование в области оптических геометрических иллюзий было сделано физиком Оппелем. Затем было более 200 научных работ на эту тему, где все авторы пытались найти свое объяснение этой проблеме. Каждый ученый долго разыскивал свою теорию на этот счет, однако, видимо, никто так и не догадался, что эти иллюзии, скорее являются правилом, нежели исключением и что эти особенности зрения и восприятия накладывают свой отпечаток на всю нашу повседневную жизнь, а не только на отдельные картинки. С особенностями зрения были очень хорошо знакомы древние греки - расстояние между колоннами Парфенона были разными, а зрителями воспринимались как одинаковые - иллюзия. Но один архитектор, более близкий нашему времени спроектировал здание с очень высокой точностью, а когда его построили, то оказалось, что если наблюдать спереди, то линия крыши вогнута наружу, если сбоку, то - вовнутрь. Все расстояния были четко промерены, но неточности не нашлось - особенности человеческого зрения. Иллюзия. Как одну из задач этой научной работы мы попытались классифицировать наиболее известные оптикогеометрические иллюзии и объяснить возможность появления некоторых из них.
3.3. Классификация оптических иллюзий.
3.3.1. Иллюзия пересечения.
Вновь обратимся к картинке, на которой изображены горизонтальная и вертикальная линии (рис.1). Как было замечено - горизонтальная линия кажется гораздо короче вертикальной, если не прибегать к помощи измерительных инструментов. Одной из причин такой ошибки является пересекающая вертикальная линия. Причина нашей ошибки в том, что у человека есть бинокулярное зрение - серединка от общей картины, воспринимаемой глазами; по мере удаления от середины взгляда зрение перестает быть таким же четким, как в радиусе бинокулярного. Поэтому взгляд человека «приковывается» к пересекающей линии, а то, что левее и правее падает за радиус наиболее четкого зрения. Горизонталь поделена надвое, поэтому и кажется меньше, попадая в слабые фланги рисунка.
В результате получаются очень большие ошибки, но утешает одно - они возникают лишь тогда, когда экспериментатор довольствуется только оценкой на глаз, не прибегал к помощи масштабной линейки.
3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва».
Рис.14
Иллюзия, которую вы сейчас наблюдаете (рис. 14) известна вот уже более ста лет. К концам двух равных по длине линий пририсованы стрелки, к одной - расходящиеся в разные стороны, к другой - сходящиеся навстречу друг другу. Правая линия кажется короче левой. Наиболее ярко такая иллюзия проявляется, если стрелки делят точно пополам, но нижняя кажется намного длиннее верхней. После того, как наблюдатель нарисовал «действительно равные» линии, то несоответствие с реальностью составило 33%. Все дело в том, что стрелки направления служат в одном случае как ложное удлинение, а в другом - укорачиванием. Стрелки, направленные навстречу друг другу, являются «продолжением» вертикальной линии, а стрелки, идущие в разных направлениях, наоборот - «ограничителями» длины.
3.3.3. Иллюзия искривления.
С искривлением прямых существует множество всевозможных иллюзий. На этой картинке (рис.15) из-за заднего плана создается впечатление, что эти линии вовсе не параллельные линии, а дуги.
Рис.15
В данном случае визуальное искривление связано в первую очередь с задним планом. Дело в том, что, если вы заметили, на первый план как бы выходят не две линии, а пятно с исходящими от него лучами. Пятно «приковывает» бинокулярное зрение, и две линии выходят за его пределы. У глаз есть еще одно очень интересное свойство: прямые линии под пестротой цветов становятся дугообразными. Обратите внимание на эту картинку: на ней через каждую вертикальную кривую изображена прямая, но под действием черных и белых зигзагов и чередованием кривых и прямых, кажется, что здесь-то прямого ничего нет.
Известно, что черные и белые цвета могут вызывать у человека множество иллюзий - так устроена сетчатка. Поэтому существует множество способов игры со слабостями зрения. На этой картинке (рис.16) создается впечатление искривленных горизонтальных линий потому, что смещены между собой черные и белые квадратики.
На самом деле горизонтальные линии параллельны.
3.3.4. Иррадиация.
Уже более века известно, что на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и темных областей, свет от ярко освещенных участков как бы перетекает на темные участки. Это называется иррадиацией. Наблюдать такое последствие контраста можно на этом рисунке 17.
На пересечении белых линий, между черными квадратами образуются так называемые вспышки серого цвета.
Темные предметы всегда кажутся меньшими светлых предметов того же размера. Если рассматривать одновременно черный круг и белую окружность одинаковых размеров на светлом фоне, то площадь окружности будет нам казаться на 20% больше площади круга.
В темной одежде люди кажутся тоньше, чем в светлой. Солнце на закате образует «выемку» в линии горизонта.
Иррадиация зависит только от несовершенства нашего зрительного аппарата.
3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета.
У человеческого мозга есть одно потрясающее свойство сравнения. Так, говоря о величине слона, мы мысленно сравниваем его с другими объектами, и он кажется нам гигантским. Но мало кто из людей видел синего кита в полный размер. Но, если сравнивать синего кита со слоном, то слон покажется глазу величиной с собаку. Этим объясняется еще один тип зрительных иллюзий.
Посмотрите на эти кружки (рис.19). Вам ясно видно, что правый кружок заметно меньше левого, но на самом деле это не так.
Оба кружка по размеру одинаковы. И виною этой иллюзии является все то же сравнение. Левый объект окружают круги большего диаметра, чем левого и из-за этого создается впечатление, что правый кружок больше. В реальной жизни ребенку воспитатель в детском саду кажется гигантом, но дети растут и, когда ребенок станет такого же роста, как и воспитатель, он перестанет ему казаться таким.
У треугольника (рис.20) в этом параллелограмме стороны АВ и АС равны, хотя под действием внешних объектов создается впечатление, что АВ длиннее.
Заключение.
В этой работе были рассмотрены и изучены особенности зрительного аппарата, благодаря которым возникают оптические иллюзии, с точки зрения физики, биологии и психологии. Были найдены и прочитаны статьи на эту тему. В работе были сделаны попытки классифицировать на несколько основных типов оптические иллюзии. Было выяснено, что виною их возникновения являются не только особенности глаза, но и головного мозга. Поэтому эту проблему нельзя изучать однобоко, пользуясь лишь физикой.
Хочется напомнить еще раз: искажения зрения, о которых было написано выше, присуще каждому из нас. Поэтому ошибки, связанные с ними присущи как простым смертным, так и профессионалам-художникам, архитекторам и многим другим. Помните: наши глазомерные оценки геометрических величин находятся в непосредственной зависимости, как от физических параметров, так и от психологических особенностей.
Даже в самых серьезных научных работах и проектах можно допустить ошибку, которая может привести к ужасным последствиям, пользуясь даже в малой доле оценкой на глаз.
Научная литература.
1. Аксенова М., Измайлова С. Энциклопедия для детей. Том Биология. М.,
«Аванта+» 1994. с.29.
2. Перельман Я.И. Занимательная механика. 1979, с.123.
3. Перельман Я.И. Занимательная физика. М. 1981, с.73.
4. Иванов П.С. Журнал «Наука и жизнь». М. 1989, № 4, с.116.
5. Трайтака Д.И. Биология. Справочные материалы. М., «Просвещение» 1994,
6. Рассел К., Картер Ф. Улучши свой интеллект. Минск, «Попурри» 1996, с.45.