Оптические иллюзии, обманы зрения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Кафедра оптико-электронных приборов и систем

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Введение в специальность»

«Оптические иллюзии, обманы зрения»

Выполнил студент гр. № 1310

Фокин Д.К.

Проверил Ассистент каф. ОЭПиС

Алёхин А.А.

Санкт-Петербург 2014



Оглавление

Введение

Глава 1. Иллюзии, связанные с особенностью строения глаза

1.1 Астигматизм

1.2 Слепое пятно

1.3 Иррадиация

1.4 Эффект последействия (памяти) сетчатки

Глава 2. Иллюзии, связанные с особенностью восприятия зрительной информации

2.1 Восприятие целого и части

2.2 Переоценка вертикальных линий

2.3 Меняющийся рельеф и перспектива

2.4 «Невозможные» фигуры

2.5 Иллюзии, связанные с обработкой информации

2.6 Иллюзии цветового зрения

2.7 Парейдолические иллюзии

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Моя работа посвящена разнообразным оптическим иллюзиям, с которыми мы можем столкнуться в повседневной жизни. В своем реферате я постараюсь классифицировать разнообразные оптические иллюзии, дать объяснение причин их возникновения, и, естественно, проиллюстрирую каждую из них. Актуальность данной работы в том, что оптические иллюзии доказывают нам несовершенство нашего зрительного аппарата, либо неточность истолкования полученной визуальной информации, и их изучение позволит нам в будущем избежать многих ошибок, связанных с визуальным восприятием и получать более точную информацию из окружающего мира.



Глава 1. Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза

Глаз человека представляет собой сложный, с точки зрения механики, орган, который снабжен всем необходимым для наблюдения внешнего мира. И, к сожалению, он обладает определенными недостатками, связанными с особенностью своего строения. Эти недостатки способствуют получению искаженной информации, которую наш мозг принимает за действительную.

1.1 Астигматизм

Астигматизмом глаза называется его дефект, обусловленный несферической формой роговой оболочки и иногда несферической формой поверхностей хрусталика. При наличии этого дефекта не происходит точечного фокусирования лучей, параллельно падающих на глаз, вследствие различного преломления света роговицей в различных сечениях. При сильном астигматизме человек видит четко, например, только вертикальные линии, а горизонтальные видит расплывчато, или наоборот. В существовании астигматизма, и в принципе вызываемой им оптической иллюзии можно убедиться, посмотрев на рисунке 1.

Рисунок 1 Пример доказательства астигматизма глаза

Смотря в центр заштрихованного круга можно увидеть, что однотонная штриховка квадрантов этого круга кажется не одинаково яркой. Глаза у большинства людей подвержены астигматизму в той или иной степени, но глаза, совершенно свободные от этого недостатка, у людей встречаются редко

1.2 Слепое пятно

Можно убедиться в наличии слепого пятна, рассматривая рисунок 2. Необходимо закрыть левый глаз и пристально смотреть правым на фигуру, изображенную слева, держа рисунок на расстоянии 15-20 см от глаза. Через некоторое время изображение, расположенное справа, перестанет быть видимым.

Рисунок 2 Пример доказательства слепого пятна

Чем же объясняется данная иллюзия? Сетчатая оболочка глаза в том месте, где в глаз входит зрительный нерв, не имеет светочувствительных окончаний нервных волокон. Следовательно, изображения предметов, приходящиеся на это место сетчатки, не передаются мозгу. Казалось бы, слепое пятно должно мешать нам видеть весь предмет, но в обычных условиях мы этого не замечаем. Почему? 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 предметов невольно заполняются образами соседних частей, находящихся в поле зрения. Если, например, при рассматривании черных горизонтальных линий некоторые участки изображения этих линий на сетчатке одного глаза придутся на слепое пятно, то мы не увидим разрыва этих линий, так как другой наш глаз восполнит недостатки первого. Даже при наблюдении одним глазом наш рассудок возмещает недостаток сетчатки, и исчезновение некоторых деталей предметов из поля зрения не доходит до нашего сознания. Слепое пятно достаточно велико, однако при обычных условиях видения подвижность наших глаз устраняет этот недостаток сетчатой оболочки.

1.3 Иррадиация

иллюзия глаз астигматизм иррадиация

Явление иррадиации заключается в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся больше, чем они есть на самом деле, и как бы захватывают часть темного фона. Причина в следующем: когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, как бы раздвигаются границы этой поверхности (вследствие рассеяния света), и поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров; она как бы простирается через края окружающего ее темного фона. Эффект иррадиации сказывается тем сильнее, чем хуже глаз сфокусирован на объекте. На рисунке 3 показан пример иррадиации. В данном примере черный квадрат кажется меньше белого квадрата, хотя их размеры одинаковы.

Рисунок 3 Пример иррадиаци

Еще один интересный пример иррадиации. Если смотреть вблизи на рисунок 4, то можно увидеть изображение Альберта Эйнштейна. Но если смотреть на этот рисунок с расстояния нескольких метров, то кажется, что на нем изображена Мэрилин Монро.



Рисунок 4 Эйнштейн/Мэрилин Монро

Явление иррадиации очень часто встречается в жизни. В темной одежде люди кажутся тоньше, чем в светлой. Смотря на солнце через крону березы, листья кажутся нам меньше, чем они есть на самом деле. Смотря на молодой серп луны, нам кажется, его радиус больше радиуса самой луны.

1.4 Эффект последействия (памяти) сетчатки

Суть данной оптической иллюзии заключается в том, что наша сетчатка, под действием солнечных лучей, на некоторое время сохраняет на себе полученное нашим глазом изображение. Эффект тем сильнее, чем выше цветовая контрастность и яркость наблюдаемого рисунка.

Приведем пример подобной иллюзии. Смотрите, не отрываясь, в течении тридцати секунд на рисунок 5. После переведите взгляд на однотонную, светлую поверхность (потолок, стена и т.п.).

Рисунок 5 Иисус

Что вы видите? Готов поспорить, что вы видите перед глазами изображение Иисуса, хотя на самом деле на поверхности, на которую обращен ваш взор, ничего не изображено.

Почему же изображение, оставшееся на сетчатке, отличается от исходного (черные области стали белыми, белые - черными)? Оказывается, что изображение, которое получается на сетчатке, состоит из так называемых «дополнительных цветов». Для каждого цвета имеется такой другой цвет, оптическое смешение с которым дает цвет ахроматический (белый или серый), именно такой цвет и остался на сетчатке после просмотра изображения.



Глава 2. Иллюзии, связанные с особенностью восприятия зрительной информации

Обманы зрения, представленные в данной главе, являются не дефектом глаза как оптического прибора, а скорее следствием психофизиологического этапа зрительного восприятия. Причина неточного, искаженного впечатления кроется в определенных правилах обзора объекта, неправильном истолковании поступающей зрительной информации, достоверность которой мы запросто можем проверить с помощью различных измерительных приборов, либо же в некоторых еще не известных нам законах работы сетчатки и мозга, соединяющего отдельные раздражающие импульсы в общую картину.

2.1 Восприятие целого и части

Очень многие обманы зрения обусловлены тем, что мы воспринимаем видимые нами фигуры и их части не отдельно, а всегда в некотором соотношении с окружающими их другими фигурами, некоторым фоном или обстановкой. В этом разделе иллюзии связаны с восприятием целого и части, и их можно разделить на пять групп.

1) От «целого» к «части»

К примеру, сравнивая две фигуры, одна из которых действительно меньше другой, мы ошибочно воспринимаем все части меньше фигуры меньшими, а все части большей - большими («целое больше - больше и его части»). Общая причина появления таких иллюзий в том, что наш мозг имеет «тенденцию» определять расстояние не между краями предметов, а между самими предметами. Доказательством этому служит иллюзия, наблюдаемая на рисунке 6.



Рисунок 6 Равнобедренный треугольник АВС

Создается впечатление, что длина AC превышает длину AB (в связи с тем, что треугольники в левой части фигуры меньше, чем в правой части), хотя, на самом деле, их длины равны, в чем легко можно убедиться с помощью линейки.

2) От «части» к «целому»

Встречаются случаи иллюзий того же рода, о которых говорилось в предыдущей части, с той только разницей, что суждение о зрительном образе идет в обратном направлении: не от «целого» к «части», а от «части» к «целому». Пример такой иллюзии приведен на рисунке 7.

Рисунок 7 Сравнение размеров кружка и параллелограмма

Поместится ли кружок между линиями AB и CD? На первый взгляд, кажется, что поместится, а на самом деле диаметр кружка больше расстояния между этими линиями.

3) Закон контраста

При восприятии фигур в целом и отдельных их частей зрительные иллюзии могут иметь место вследствие общепсихологического закона контраста (не путать с контрастом яркости или с цветовым контрастом), то есть обстановки, окружения этих частей и их взаимосвязи с другими частями фигуры. Пример такой иллюзии можно увидеть на рисунке 8.

Рисунок 8 Иллюзорное несоответствие размеров внутренних кругов

Создается впечатление, что внутренний круг слева больше правого внутреннего круга. Это связано с тем, что при сравнении размеров внутренних кругов учитываются размеры окружающих их внешних кругов.

4) Ассимиляция

Оптические иллюзии, причина которых кроется в уподоблении одной части фигуры другой. Смотря на рисунок 9, кажется, что каждая левая фигура больше каждой правой, хотя все фигуры одинаковы.

Рисунок 9 Иллюзия разных размеров фигур

Глаз обладает отчетливым зрением лишь на очень небольшом участке сетчатки, в области, называемой желтым пятном. Фиксируя, например, какое-нибудь слово на печатной странице, мы с трудом можем прочесть соседнее слово, а дальше совсем ничего не разбираем (если наши глаза неподвижны). Поэтому зрение - это в сущности обозревание. Наш взгляд постоянно перемещается. Это порождает порой иллюзии, подобные приведенной на рисунке 10.

Рисунок 10 Иллюзия наклона букв

На данной иллюстрации буквы кажутся наклонными, хотя на самом деле они стоят вертикально по отношению к горизонтальным линиям рамки рисунка.

5) Слияние с окружением

Причина данной иллюзии кроется в неспособности зрительного аппарата иногда выделить определенный объект из общего фона из-за сложности обстановки, уподобления частей этого самого объекта частям окружающего его фона.

Рисунок 11 Трудность в выделении объекта из общего фона

Так, например, на рисунке 11 очень трудно сразу выделить квадрат, хотя он там и имеется (на правой фигуре он выделен более толстыми линиями).

2.2 Переоценка вертикальных линий

Человек обладает способностью точнее определять на глаз горизонтальные расстояния, чем вертикальные. Это связано с тем, что передвижение глаза в вертикальной плоскости требует большего мышечного усилия, нежели аналогичное передвижение в горизонтальной плоскости, а так как мышечное напряжение может выступать в качестве мерила пути, то вертикальные расстояния кажутся нам больше равных им горизонтальных.

Пример такой иллюзии можно увидеть на рисунке 12. Смотря на него, кажется, что высота CD фигуры больше ее основания AB, хотя AB=CD.



Рисунок 12 Иллюзорное несоответствие длин АВ и DC

К рассматриваемой группе иллюзий близко примыкают иллюзии заполненного пространства. Заполненное пространство, по которому глаз скользит горизонтально, удлиняется. На рисунке 13 создается впечатление, что правая фигура «B» уже и выше (взгляд скользит по вертикали) левой фигуры «А». На самом деле и «А», и «В» - правильные заштрихованные квадраты.

Рисунок 13 Горизонтальный и вертикальный заштрихованные квадраты

Рисунок 14 Различное восприятие одинаковых горизонтальных линий

Так же, возможны случаи неправильного восприятия и сравнения горизонтальных линий. На рисунке 14 левые черточки кажутся более длинными, чем правые, хотя те и другие имеют одинаковую длину. Точно так же площадь правой фигуры кажется большей, хотя на самом деле их площади равны.

2.3 Меняющийся рельеф и перспектива

Некоторые интересные обманы зрения обусловлены изменением видимого нами рельефа или глубины рисунка. Возникновение этих иллюзий связано, с одной стороны, с явлениями аккомодации и конвергенции глаз, то есть с их способностью видеть предметы на разных расстояниях и со способностью воспринимать пространство по яркости предметов, по их теням и по числу промежуточных объектов. С другой стороны, эти иллюзии возникают и в процессе осмысливания видимого (попытке представить расположение двухмерных объектов в трехмерном пространстве). Огромная роль в исправлении пространственного восприятия принадлежит мозгу.

На рисунке 15 изображен пример иллюзии, связанной с аккомодацией глаз. Каждый правый куб нам кажется больше левого, хотя все три куба одинаковы. Мы путаемся, потому что сходящиеся линии мы воспринимаем как намек на глубину пространства.

Рисунок 15 Иллюзия перспективы

Рисунок 16 Лестница/Ниша/«Гармошка» из бумаги



А вот на рисунке 16 пример иллюзии, связанной с конвергенцией глаз. Присмотритесь. Вы можете увидеть здесь лестницу, либо нишу, либо «гармошку» из плоскости бумаги.

Явление видимой сходимости параллельных линий вдали (полотно железной дороги, шоссе и т.п.) называется перспективой. Чтобы изобразить на рисунке некоторую часть пространства, заполненную предметами, и чтобы этот рисунок производил впечатление действительности, необходимо уметь пользоваться законами перспективы. Перспективное восприятие пространства, выработанное многовековой эволюцией зрения, человек переносит и на рассматриваемые им картины и фотографии, на которых изображены разно удаленные предметы. И несоблюдение перспективы порождает различные оптические иллюзии.

Чтобы убедиться в существовании подобного рода оптических иллюзий и понять их сущность, взглянем на рисунок 17. Вследствие несоблюдения правил перспективы фигура старика, идущего впереди, кажется намного выше фигуры мальчика, идущего сзади, хотя фигуры одинаковы.

Рисунок 17 Нарушение правил перспективы

Данная иллюзия объясняется тем, что мы привыкли к тому, что чем дальше расположен объект, тем меньшим по размерам он нам кажется. И наш мозг, представляя реальный размер объекта, учитывает этот факт и мысленно увеличивает размер фигуры старика.

2.4 «Невозможные» фигуры

Очень интересные оптические иллюзии, вызванные попыткой нашего сознания представить видимое изображение в реальности, относятся к классу так называемых «невозможных» фигур. Такие фигуры являются проекцией на двухмерную плоскость обычного трехмерного объекта. Но, при внимательном их рассмотрении создается впечатление, что таких фигур просто не может существовать в реальности.

Рисунок 18 Трехбалочник Роджера Пенроза

Пример «невозможной» фигуры можно увидеть на рисунке 18. Это трехбалочник Роджера Пенроза, треугольная фигура, составленная из трех балок, нарисованных по правилам перспективы. Но противоречивые соединения этих балок вызывают иллюзию невозможности фигуры.

Конечно, «невозможные» фигуры могут существовать в реальности, ведь вполне реально подобрать такой трехмерный объект, который при проецировании на плоскость даст нам в результате «невозможную» фигуру. И данный вид иллюзии заключается лишь в неправильной конвертации нашим сознанием двухмерного объекта в трехмерный.



2.5 Иллюзии, связанные с обработкой информации

Бывают и иллюзии, которые возникают во время переработки зрительной информации. Человек, при наблюдении какого либо объекта, ищет необходимую форму, цвет или другой отличительный параметр объекта, основываясь на его окружении, полученных ранее знаниях, опыте. Это свойство избирательности называется феноменом перцептивной избирательности. Пример подобной иллюзии можно увидеть на рисунке 19.

Рисунок 19 Пример различной обработки визуальной информации

Символ в центре - это буква или цифра? Рассматривая горизонтальный ряд, состоящий из букв, в центре мы увидим «В» - к такому выводу мы приходим, принимая ряд за буквенный. Но, если посмотреть на вертикальный ряд, окажется, что это не буква «В», а цифра 13 - к такому выводу мы приходим, принимая ряд за порядок цифр.

Подобного рода иллюзии обусловлены более высоким уровнем обработки поступающей зрительной информации, когда характер решаемой задачи определяется знаниями и опытом, полученными в окружающем мире.



2.6 Иллюзии цветового зрения

Наш глаз обладает замечательной способностью различать цвета, благодаря так называемым колбочкам и палочкам. Это светочувствительные элементы, благодаря которым происходит восприятие света и цвета. Причем колбочки отвечают за зрение в условиях хорошей освещенности, палочки же наоборот, приспособлены к условиям низкой освещенности. Вследствие этого чувствительность к цвету у каждого элемента своя. Колбочки чувствительнее к длинноволновому участку видимого спектра (красный, оранжевый, желтый цвета), палочки же чувствительнее к коротковолновому участку спектра (синий, фиолетовый цвета). Оптические иллюзии цветового зрения возникают при переходе от дневного зрения к сумеречному и являются результатом смещения максимума относительной видимости.

Например, при дневном освещении, красный мак и василек (изображенные на рисунке 20) кажутся нам по яркости близкими друг к другу. Но в сумерках, мак нам будет казаться совершенно темным, а василек более светлым.

Рисунок 20 Красный мак и синий василек



О насыщенности или яркости цвета объекта мы ошибочно судим по яркости фона или по цвету других, окружающих его предметов. Действует закон контраста яркостей: цвет светлеет на темном фоне и темнеет на светлом. На рисунке 21 представлен пример подобной иллюзии.

Рисунок 21 Иллюзия различной яркости сегментов А и В

На представленном рисунке кажется, что область «В» светлее области «А», хотя их цвет и яркость одинаковы.

Еще одна причина иллюзий цветового восприятия кроется в хроматическом контрасте, когда цвет наблюдаемого нами объекта изменяется в зависимости от того, на каком фоне мы его наблюдаем. Пример такой иллюзии можно увидеть на рисунке 22.

Рисунок 22 Пример «подкрашивания» объекта на цветном фоне



Все серые квадраты, находящиеся внутри разноцветных квадратов, имеют одинаковый цвет и близкую друг к другу яркость. Но, в связи с хроматическим контрастом, нам кажется, что они подкрашены в какой-либо цвет, являющимся «дополнительным цветом» к их фону (о «дополнительном цвете» говорилось в разделе 1.4), фоном в данном примере являются разноцветные квадраты. Из вышесказанного можно сделать вывод, что данная иллюзия частично обусловлена работой нашего глаза как оптического прибора.

2.7 Парейдолические иллюзии

Причина возникновения подобного рода иллюзий в огромном историческом опыте. Парейдология была одним из инструментов выживания древнего человека. В ходе эволюции у человека выработался механизм, позволявший по одному лишь мимолетному взгляду, либо в условиях очень плохой освещенности, считывать пол человека, его эмоции и другие характеристики. Парейдология помогала определять, кто идет ему на встречу - друг или враг. Данная способность распространилась не только на определение людей, но и других различных знакомых нам объектов. И мы научились этому настолько хорошо, что можем различать эти объекты даже там, где их нет.

В отличии от других иллюзий этой главы, где иллюзорное восприятие достигалось намеренно, парейдолические иллюзии возникают при рассматривании реальных объектов. Такую иллюзию легко навязать многим людям, если контуры рисунка действительно напоминают тот или иной известный человеку объект при внимательном рассмотрении.

Чтобы окончательно понять, что из себя представляют парейдолические иллюзии, взглянем на рисунок 23.



Рисунок 23 Мнимое «лицо»

Очень легко увидеть на данном изображении лицо некоего удивленного существа, похожего на человека. В действительности же, это лишь два болта и вырез. Наше сознание, при обзоре данного изображения, выделило черты, напоминающие черты человека и сделало вывод о его существовании, хотя, с другой стороны, мы понимаем, что его там нет.

Рисунок 24 Читаемый, несмотря на явные ошибки, текст



Именно благодаря парейдологии мы способны прочитать текст на рисунке 24. В каждом слове этого текста буквы стоят в хаотичном порядке, сохранены лишь местоположения первой и последней буквы. Наш мозг, во время наблюдения за объектом, воспринимает его целиком, основываясь на составляющих его деталях. И в данном рисунке, во время чтения текста он делает вывод о смысле каждого слова, основываясь на первой, последней, и на содержащих его буквах.



Заключение

В своей работе я показал, что существует большое количество разнообразных оптических иллюзий, разъяснил принцип действия каждой из них. Очевидно, что все они могут поспособствовать получению нами искаженной информации из внешнего мира. Но, также, их можно использовать и во благо себе. Я узнал, что оптические иллюзии могут возникать как вследствие несовершенства нашего зрительного аппарата, так и вследствие неверного истолкования нашим мозгом полученной зрительной информации (а иногда и по обеим причинам сразу).

Оптические иллюзии часто встречаются в реальном мире. Так, например, явление иррадиации мешает астрономам наблюдать за звездами и планетами, переоценка вертикальных линий может испортить работу архитекторам и строителям. Свойство слияния с окружением позволяет нам создавать маскировочные халаты, знание правил перспективы позволяет нам рисовать действительно реалистичные картины.

Оптические иллюзии простираются во многие области нашей жизни, и знания их правил позволит нам не только избежать неточности информации, но и использовать ее во благо себе.



Список используемой литературы

1. И.Д. Артамонов., Иллюзии зрения., - М.: «Наука», 1969 г.

2. О. Рутерсвард., Невозможные фигуры. - М.: «Стройиздат», 1990 г.

3. http://illuzi.ru/node/633#ill_info - Сайт, посвященный оптическим иллюзиям.

4. http://proglaza.ru/stroenieglaza/setchatka.html - Строение сетчатки глаза человека.

5. http://www.lookatme.ru/mag/how-to/inspiration-howitworks/201921-pareidolia - Парейдолические иллюзии.

Размещено на Allbest.ru