Экспериментально реферативный проект Всегда ли мы видим то что мы видим

«Иллюзии восприятия, или всегда ли мы видим то, что видим»

Автор: Пыркова Юлия

Ученица 11 класса

Научный руководитель:

Сморчкова Наталья Егоровна

учитель математики

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................................... .3

Глава 1.

1.1. Иллюзии зрительного восприятия………………………..………………………..…4

1.2. Перспектива - геометрическая основа живописи, позволяющая «обмануть зрение»…………………………………………………………………………………..… .5

Глава 2. Оптико-геометрические иллюзии

2.1. Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза ……………………….....…. 7

Иллюзии восприятия размера …………………………………………………..….… 7

Нарушение перспективы…………………………………………………………….... 8

Явление иррадиации…………………………………………………………………...10

Иллюзии восприятия движения…………………………………………………...…. 10

Иллюзии кино и телевидения………………………………………………….……... 11

Иллюзии переработки информации………… ……………………… …….…………12

Целое и часть …………………………………………………………………..…… …13

Переоценка вертикальных линий…………………………………………….…….….15

2.2. Влияет ли культура на восприятие иллюзий? ……………………………...………..16

Заключение………………………………….…………… …....17

Список литературы ………………………………………………...17

Приложения

Приложение 1. Использование зрительных иллюзий в архитектуре……………………...18

Приложение 2. Использование зрительных иллюзий в дизайне…………………….…….20

Приложение 3. Коллекция зрительных иллюзий …………………………………….……..23

Введение.

мы изучаем такой предмет, как геометрия. Это наука со своим специфическим методом познания мира, так как она изучает форму и взаимное расположение фигур в пространстве. Это то пространство, которое окружает нас. Посмотрим вокруг. Все предметы (тела) в окружающем нас мире имеют три измерения, хотя не у всех можно указать длину, ширину, высоту. Мир, в котором мы живем, наполнен геометрией домов и улиц, гор и полей, творения природы и человека. Представители естественных наук, в частности физиков и астрономов всегда волновала надежность визуальных наблюдений. Мы привыкли доверять собственному зрению, однако оно нередко обманывает нас, показывая то, чего в действительности не существует. В такие моменты мы сталкиваемся со зрительными иллюзиями - ошибками зрительного восприятия. Ученые и художники создали немало обманчивых картинок, наглядно демонстрирующих, сколь ограничены возможности человеческого глаза

Рассмотрим несколько примеров зрительной иллюзии. Первая отображает иллюзию объема на плоском асфальте.

На втором, представлена картинка, на которой предметы расположенные ближе к нам кажутся меньше, чем те, что дальше от нас, на самом же деле они совершенно одинаковы.

На третьем рисунке легко может показаться, что линии искривлены, но это опять всего лишь иллюзия - линии параллельны!

Смотрите в центр рисунка 4 и подвигайте головой вперед назад. Окружности на рисунке превратятся в движущиеся спирали. Пульсирует картинка? Чтобы ещё усилить эффект, смотря в центр рисунка, подвигайте головой вперед-назад.

рисунок 1.

рисунок 2.

рисунок 3.

рисунок 4.

Почему так происходит? Почему один и тот же предмет, видимый невооруженным глазом, вблизи кажется крупнее, чем когда мы смотрим на него издалека? Почему, чтобы разглядеть детали висящей на стене картины, мы подходим к ней ближе? Почему "убегающие" вдаль параллельные рельсы кажутся пересекающимися в воображаемой точке? Ответы на эти и другие "почему" мы постарались найти в нашей работе.

Поэтому объектом нашего исследования являются зрительные иллюзии, а предметом - изучение причин иллюзий.

Цель работы: объяснить причины возникновения зрительных иллюзий.

Гипотеза: зрительные иллюзии можно объяснить с помощью законов геометрии.

Задачи исследования:

1. изучить теоретический материал по данной теме.

2. провести опыты, связанные со зрительными иллюзиями, и объяснить их с точки зрения геометрии.

3. найти примеры использования оптических иллюзий.

4. разработать рекомендации по использованию иллюзий в современной жизни.

Методы исследования: изучение литературы, сопоставление существенных признаков, доказательство, анализ, сравнение, обобщение.

Глава 1

1.1. Иллюзии зрительного восприятия

Мы воспринимаем окружающее нас как данность: солнечный луч, играющий бликами на поверхности воды, переливы красок осеннего леса, улыбку ребенка... Мы не сомневаемся, что реальный мир именно таков, каким мы его видим. Но так ли это на самом деле? Почему иногда зрение нас подводит? Как мозг человека интерпретирует воспринимаемые объекты? Ответы на эти и многие другие вопросы мы попытаемся раскрыть в нашей работе.

Иллюзорен ли видимый мир? Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению, но мало кто задумывается о том, как именно это происходит. Чаще всего глаз считают похожим на фотоаппарат или телекамеру, проецирующую внешние объекты на сетчатку, которая является светочувствительной поверхностью. Мозг "смотрит" на эту картинку и "видит" все, что нас окружает. Однако не все так просто.

Во-первых, изображение на сетчатке перевернуто.

Во-вторых, из-за несовершенных оптических свойств глаза, таких как абберация, астигматизм и рефракция, картинка на сетчатке расфокусирована или размазана.

В-третьих, глаз совершает постоянные движения: скачки при рассматривании изображений и при зрительном поиске, мелкие непроизвольные колебания при фиксации на объекте, относительно медленные, плавные перемещения при слежении за движущимся объектом. Таким образом, изображение находится в постоянной динамике.

В-четвертых, глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку. Так что же "видит" мозг?

Поскольку человек обладает бинокулярным зрением, то фактически он видит два размытых, дергающихся и периодически исчезающих изображения, а значит, возникает проблема совмещения информации, поступающей через правый и левый глаз.

Следует отметить еще один парадокс нашего зрения. Представьте себе инженера, перед которым поставлена задача создать прибор, отображающий световую информацию о внешнем мире. Как бы он расположил светочувствительные элементы? Скорее всего они были бы ориентированы по направлению к падающему свету. Инженер по имени "Природа" ориентировал наши светочувствительные элементы - палочки и колбочки сетчатки - не "лицом", а "спиной" к падающему свету. Зачем? Таких вопросов возникает достаточно много при анализе исследований зрительного восприятия. Существует много научных направлений, которые, используя различные экспериментальные методики, пытаются понять, каким образом мы воспринимаем окружающий мир. Один из самых интересных способов изучения - исследование зрительных иллюзий.

1.2. Перспектива - геометрическая основа живописи,

позволяющая «обмануть зрение»

С давних пор люди пытались объёмные тела изобразить на плоскости так, чтобы их сразу можно было отличить от плоских, чтобы чувствовалась глубина пространства. Была разработана научная теория перспективы, позволяющая «обмануть зрение». Перспектива - это очень просто. Это чистая геометрия. Так что же, овладев геометрией перспективы, каждый может стать художником? К сожалению, нет. Математически точная перспектива - это еще не живопись, а только чертеж, какой бы он не был точный и красивый.

Перспектива - это только геометрическая основа живописи. Hо эта основа мертва, до тех пор пока художник не вложит в нее частичку своей души, и не сделает ее живописью. При этом в чем-то можно и поступиться геометрией (что часто и делают художники) во имя жизни самого искусства живописи.

Наука и искусство, словно нити холста, переплетались в полотнах мастеров Возрождения. Живопись переходила в начертательную геометрию, а геометрия - в искусство. Пространство картины было не только симметрично, но и метрично. Всякий раз художник старался не просто показать глубину пространства картины, но как бы вычислить эту глубину. Вот почему ренессансные художники так любили изображать квадраты плиток пола и кессоны (квадратные углубления потолка, представляющие собой не что иное, как систему координат на плоскости. Вот почему живописцы Возрождения так любили изображать архитектуру, которая органически перерастала в архитектонику изображения.

Весомый вклад в развитие методов перспективных изображений внесли: итальянский зодчий Лоренцо Гиберти (1378-1455 гг.). Он перенес принципы живописной перспективы на пластическое изображение в виде рельефа (в церковных сооружениях). Итальянский теоретик искусств Леон Баттиста Альберти (1404-1472 гг.) обогатил художественно-технический опыт мастеров-профессионалов теоретической разработкой основ перспективы. Гениальный итальянский художник, ученый и инженер Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), обладая в совершенстве знаниями линейной перспективы, дополнил построением ее на цилиндрических сводах, положив начало панорамной перспективе. Как писал Леонардо да Винчи, «первое намерение живописца сделать так, чтобы плоская поверхность показывала тело рельефным и отделяющимся от этой плоскости». Художники хотели вызвать у зрителя ощущение пространства, находящегося за плоскостью картины. Последняя должна была играть роль своеобразного окна, в котором окружающий мир представал бы таким, каким мы его видим сквозь прозрачное стекло. Для этого необходимо было найти метод изображения объемных тел, который не только отражал бы их структуру и взаимное расположение в пространстве (в том числе удаленность от наблюдателя), но и учитывал бы механизмы работы человеческого глаза.

Разработанная в соответствии с особенностями зрительного восприятия, линейная перспектива позволяет изобразить видимый предмет наиболее реалистично. Глядя на картины, написанные в соответствии с ее законами, мы испытываем ощущение, что рассматриваем трехмерную сцену.

Как же создается столь поразительная иллюзия пространства? Вспомним, что чем дальше от глаза находится предмет, тем меньшим по величине он кажется. Учитывая эту особенность зрения, художник рисует на заднем плане предметы и человеческие фигуры меньших размеров, чем на переднем, создавая впечатление их разной удаленности и добиваясь тем самым глубины изображения. Сведения и приёмы построений, обуславливаемые потребностью в плоских изображениях пространственных форм, накапливались постепенно с древних времён. В течение продолжительного периода плоские изображения выполнялись как изображения наглядные. Постепенно накопившиеся отдельные правила и приёмы построения таких изображений были приведены в систему и развиты в труде французского учёного Монжа, изданном в 1799 году. Изложенный Гаспаром Монжем (1746-1818) метод - метод ортогонального проецирования - обеспечивал выразительность, точность и удобоизмеримость изображений предметов на плоскости

2.1. Оптико-геометрические иллюзии

Иллюзии - это искаженное, неадекватное отражение свойств воспринимаемого объекта. В переводе с латыни слово "иллюзия" означает "ошибка, заблуждение". Это говорит о том, что иллюзии с давних времен интерпретировались как некие сбои в работе зрительной системы. Изучением причин их возникновения занимались многие исследователи. Основной вопрос, интересующий не только психологов, но и художников, - как на основе двухмерного изображения, на сетчатке воссоздается трехмерный видимый мир.

Возможно, зрительная система использует определенные признаки глубины и удаленности, например, принцип перспективы, предполагающий, что все параллельные линии сходятся на уровне горизонта, а размеры объекта по мере его удаления от наблюдателя пропорционально уменьшаются. Мы не осознаем, насколько сильно изменяется проекция объекта на сетчатке по мере его удаления. Если посмотреть на рис. 1, то кажется, что оба изображенных на нем человека одинакового роста. Но если одного, стоящего в отдалении, поставить рядом с другим, находящимся на переднем плане, первый покажется карликом.

искажения восприятия размера

О

дна из самых известных оптико-геометрических иллюзий - иллюзия Мюллера-Лайера (см. рис. 2). Посмотрев на этот рисунок, большинство наблюдателей скажет, что левый отрезок со стрелочками наружу длиннее правого со стрелочками, направленными внутрь.

Впечатление настолько сильное, что, согласно экспериментальным данным, испытуемые утверждают, что длина левого отрезка на 25-30% превышает длину правого.

Еще один пример оптико-геометрических иллюзий - иллюзия Понцо (рис. 3) - также иллюстрирует искажения восприятия размера. Нижний отрезок кажется значительно больше верхнего. Было предложено множество теорий, объясняющих подобные искажения. Одна из наиболее интересных гипотез (Gregory, 1968; Day, 1972; Leibowitz et al. 1966) предполагает, что человек интерпретирует обе картинки как плоские изображения в перспективе. Стрелочки на концах отрезков, а также схождение косых лучей в одной точке создают признаки перспективы, и человеку кажется, что отрезки расположены на разной глубине относительно наблюдателя. Учитывая эти признаки, а также одинаковую проекцию отрезков на сетчатке, зрительная система вынуждена сделать вывод, что они разного размера. Те фрагменты рисунка, которые кажутся более удаленными, воспринимаются большими по размеру.

Значение перспективы для восприятия иллюзии Мюллера-Лайера иллюстрирует рис. 4. В повседневной жизни нас окружает множество прямоугольных предметов: комнаты, окна, дома, типичные очертания которых можно видеть на рис. 4а, 4б. Поэтому изображение, на котором линии расходятся, можно воспринимать как угол здания, расположенный дальше от наблюдателя, в то время как рисунок, на котором линии сходятся, воспринимается как угол здания, расположенный ближе. Аналогично можно объяснить иллюзию Понцо. Косые линии, сходящиеся в одной точке, ассоциируются либо с длинным шоссе, либо с железнодорожным полотном, на котором лежат два предмета. Зрительные шаблоны, сформированные таким "прямоугольным" окружением, и заставляют нас ошибаться при взгляде на рис. 2, 3. Но при введении в рисунок элементов ландшафта иллюзия исчезает.

Анализ предложенного объяснения оптико-геометрических иллюзий показывает, что, во-первых, все параметры зрительного образа взаимосвязаны, благодаря чему и возникает целостное восприятие, воссоздается адекватная картина внешнего мира. Во-вторых, на восприятие влияют сформированные повседневным опытом стереотипы, например, представления о том, что мир трехмерен, начинающие работать, как только в картинку вносятся признаки, указывающие на перспективу.

НАРУШЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Мы часто видим сходящиеся вдали параллельные линии (полотно железной дороги, шоссе и т.п.). Это явление называется перспективой. Чтобы изобразить на рисунке некоторую часть пространства, заполненную предметами, так, чтобы рисунок производил впечатление действительности, необходимо уметь пользоваться законами перспективы. Все линии на этом рисунке, идущие в действительности параллельно поверхности, должны быть изображены сходящимися в некоторой точке горизонта, называемой "точкой схода". Линии же, идущие под разными углами, должны сходится по ту или другую сторону "точки схода" тем дальше от нее, чем под большим углом к линии прямого зрения они проходят. Из этих точек особенно замечательной является точка, где сходятся линии, идущие под углом 45 градусов к линии прямого зрения; эта точка называется "точкой отдаления". Она замечательна тем, что если напротив неё поместить глаз на расстоянии равном расстоянию от "точки схода" до "точки отдаления", то рисунок производит впечатление объемности. Перспективное восприятие пространства, выработанное многовековой эволюцией зрения, человек переносит и на рассматриваемые им картины и фотографии, на которых изображены разноудаленные предметы. На рисунке коридор кажется объемным именно благодаря перспективе: коридор на нем уходит вглубь, а пол состоит из прямоугольников.

Примером того, как можно разрушить целостный образ объекта, служат так называемые "невозможные", противоречивые фигуры, картины с нарушенной перспективой (см. рис. 5б). "Невозможная" лестница Пенроуза (рис. 5а) и ее интерпретация в картине Эшера "Восхождение и спуск" хорошо это иллюстрирует. Посмотрите на рис. 5а и ответьте на вопрос: движется ли человек вверх? Каждый отдельный пролет лестницы говорит нам о том, что он поднимается вверх, однако, пройдя четыре пролета, он оказывается в том же месте, с которого начал свой путь. "Невозможная" лестница не воспринимается как единое целое, поскольку нет согласованности между отдельными ее фрагментами. Раз за разом мы следуем взором за ступеньками, ведущими вверх, пытаясь найти способ решения этой проблемы, и не находим его.

Интересные зрительные иллюзии имеют место при условиях видимого нами рельефа или глубины рисунка. Возникновение этих иллюзий связано со способностью глаза видеть предметы на разных расстояниях, 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. Мозг, воспринимая предмет, искажает видимое нами рельефное изображение. Примером тому служит приводимый рисунок: куб то кажется видимым сверху, то сбоку; раскрытая книга то кажется изображенной корешком к нам, то корешком от нас. Это происходит как по нашему желанию, так и непроизвольно и иногда даже наперекор нашему желанию.

Явление иррадиации

Какой из внутренних квадратов больше? Черный или белый?

Явление иррадиации 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.

Любопытно отметить, что зная о данном свойстве черного цвета скрадывать размеры, дуэлянты в XIX веке предпочитали стреляться именно в черных костюмах в надежде на то, что противник промахнется при стрельбе.

Иллюзии восприятия движения.

Если человек, сидя в вагоне поезда, фиксирует взгляд на пейзаже за окном, ему кажется, что объекты, находящиеся ближе точки фиксации, движутся на него, причем настолько быстро, что ему порой не удается различить детали. А предметы, расположенные на заднем плане, т.е. за точкой фиксации, движутся вместе с наблюдателем достаточно медленно. Это явление называется двигательным параллаксом.

Существуют динамические иллюзии, возникающие при использовании этого явления для плоских изображений. На рис. 6 мы видим кружки разных размеров. Но если большие кружки будут быстро двигаться вправо, а маленькие медленно влево, то наблюдателю покажется, что плоская картинка превращается в объемную: большие кружки кажутся нам более близкими, чем маленькие.

Еще одна динамическая иллюзия - автокинетическое движение. Если вы смотрите на светящуюся точку в темной комнате, то можете наблюдать удивительное явление. Эксперимент предельно прост: нужно зажечь сигарету и положить ее в пепельницу. Непременные условия возникновения иллюзии - в комнате должно быть так темно, чтобы, кроме этого светового пятнышка, ничего больше не было видно. При этом взгляд нужно тщательно фиксировать на светящейся точке в течение нескольких минут. Вы, зная, что сигарета неподвижно лежит в пепельнице, через некоторое время вдруг обнаружите, что ее огонек перемещается, совершая размашистые движения, резкие скачки, описывает круги по комнате. Амплитуда движений может быть довольно большой. Причем понимание того, что это - иллюзия, никак не влияет на результаты наблюдения.

Гипотезы, объясняющие этот феномен движениями глаз, были опровергнуты экспериментами, в которых одновременно регистрировались движения глаз и отчет наблюдателя о том, в каком направлении перемещается световое пятно. Сопоставление полученных данных показало, что соответствия между реальными движениями глаз и видимым движением объекта не существует. Было предложено много гипотез, пытающихся объяснить автокинетическую иллюзию. Например, отсутствие других зрительных стимулов в поле зрения (И. Рок, 1980) или необычные корректирующие сигналы из центра управления движениями глаз для поддержания фиксации (Р.Л. Грегори, 1970). Однако ни одна из предложенных теорий не получила общего признания.

Иллюзии кино и телевидения

Но, пожалуй, величайшая зрительная иллюзия - это кино и телевидение. Мы можем каждый день смотреть телепередачи благодаря стробоскопическому эффекту, основанному на одном из важнейших свойств зрительной системы - инерционности. Наблюдателю в течение нескольких секунд предъявляют статичную светящуюся точку в одном месте экрана, а через 60-80 мс показывают ее в другом месте. Человек видит не два разных объекта, вспыхнувших в разных местах, а перемещение объекта из одного положения в другое. Зрительная система интерпретирует последовательные и связанные между собой изменения как движение. Именно благодаря этому эффекту мы видим на экранах не ряд быстро сменяющих друг друга кадров, а единую движущуюся картину.

Известно, что первые шаги кинематографа сопровождал курьезный эпизод: когда зрители увидели на экране приближающийся поезд, они вскочили и с криком убежали - им показалось, что он несется прямо на них. Этот феномен называется лумингом. Если человеку продемонстрировать световое пятно, которое вдруг начнет расширяться во все стороны, ему покажется, что оно движется прямо на него, а не увеличивает свой размер. Причем иллюзия будет настолько сильной, что заставит невольно отстраниться от экрана, как от объекта, представляющего угрозу. Нечто похожее можно увидеть, наблюдая за любителями компьютерных игр: кто-то наклоняется в сторону, пытаясь спрятаться от летящих в него пуль, кто-то отшатывается от несущегося в него огненного шара. Очевидно, что в случае, когда нет однозначной информации об изменении формы объекта, зрительная система предпочитает увеличение сетчаточного изображения трактовать как приближение объекта, а не как увеличение его размеров.

Иллюзии переработки информации

Некоторые иллюзии возникают в связи с переработкой поступающей информации. Человек иногда видит мир не таким, каков он есть на самом деле, а таким, каким хотел бы его увидеть, поддаваясь сформированным привычкам, потаенным мечтам или страстным желаниям. Он ищет нужную форму, цвет или другое отличительное качество объекта среди представленных во внешнем мире. Это свойство избирательности называется феноменом перцептивной готовности.

Посмотрите на рис. 7. Символ в центре - буква или цифра? Если рассматривать горизонтальный зрительный ряд, состоящий из букв, в центре будет "В" - к этому наблюдатель подготовлен буквенным рядом. Если смотреть на вертикальный ряд, окажется, что это вовсе не буква, а цифра 13 - к такому решению подтолкнули цифры.

Подобные иллюзии обусловлены более высоким уровнем обработки информации, когда характер решаемой задачи определяет то, что воспринимает человек в окружающем мире. Интересны особенности избирательности восприятия. Если сказать человеку: в этой книге есть твоя фамилия, - то он сможет, очень быстро пролистав страницы, найти упоминание о себе. Причем ни о каком прочтении текста речи не идет. Такими навыками обладают корректоры, непостижимым образом вычленяющие в тексте ошибки, незаметные обычному читателю. В данном случае речь идет о профессиональных навыках, приобретаемых в процессе деятельности.

Восприятие работает очень избирательно, когда дело доходит до значимых, слишком важных для нас событий. Например, человеческое лицо воспринимается по-особому. Негатив снимка лица практически не опознается, кажется совершенно неинформативным. Если геометрические объекты, в зависимости от того, как ложатся тени, могут казаться как выпуклыми, так и вогнутыми, то человеческое лицо выпукло всегда (даже маску невозможно увидеть вогнутой). Парадоксально восприятие перевернутого изображения лица (рис. 8) Если рассматривать две фотографии лиц, повернутые вверх ногами, кажется, что они не различаются: глаза, нос, губы, волосы - все идентично. Но, перевернув эти портреты, можно убедиться, что они абсолютно разные. На одном - спокойная и милая улыбка Джоконды, на другом - ужасная гримаса. Дело, видимо, в том, что человеческое лицо слишком значимо, его невозможно воспринимать в необычном ракурсе.

"Целое" и "часть"

Очень многие ошибочные зрительные впечатления обусловлены тем, что мы воспринимаемые нами фигуры и их части не отдельно, а всегда в некотором соотношении с окружающими их другими фигурами, некоторым фоном или обстановкой. К этому разделу относится, пожалуй, самое большое количество зрительных иллюзий, встречающихся в практике. Все они могут быть разделены на пять групп.

Во-первых, сравнивая две фигуры, из которых одна действительна меньше другой, мы ошибочно воспринимаем все части меньшей фигуры меньшими, а все части большой - большими ("целое больше - больше и его части"). Это обуславливается психологическим аспектом восприятия.

На двух других рисунках правые фигуры больше левых (фигуры в целом), однако отмеченные буквами части этих фигур равны отмеченным буквами частям левых фигур, хотя они и кажутся значительно крупнее. Это происходит потому, что свойства фигуры мы ошибочно переносим на её части.

Во-вторых, встречаются случаи иллюзий того же рода с той только разницей, что суждение о зрительном образе идет в обратном направлении: не от "целого" к "части", а от "части" к "целому". На рисунке диаметр круга кажется больше расстояния между линиями AB и CD; на самом деле он равен этому расстоянию.

В-третьих, при восприятии фигур в целом и отдельных их частей (линии, углы, отдельные детали) зрительные иллюзии могут иметь место вследствие так называемого общепсихологического закона контраста, т.е. обстановки, окружения этих частей и их взаимосвязи с другими частями фигуры. Вот пример: на рисунке слева круг, примыкающий ближе к сторонам острого угла, кажется больше, чем другой, тогда как их размеры одинаковы. На другом рисунке внутренний круг слева кажется больше правого внутреннего круга. Это объясняется не контрастом яркости или цветовом контрасте, который здесь ничтожно мал или вовсе отсутствует, а в особенностях восприятия фигуры и фона.

В-четвертых, известны иллюзии, причина которых кроется в уподоблении (ассимиляции) одной части фигуры другой. На приводимом рисунке прямая касательная ко всем кружкам разных радиусов кажется кривой, так как мы невольно уподобляем её верхней криволинейной границе. (Иллюзия С.Томпсона).

Наконец, следует указать на последнюю группу иллюзий, связанных со зрительным восприятием целого и части, причина которых кроется в неспособности зрительного аппарата иногда выделить часть из целого из-за сложности обстановки. Например, в беспорядке линий одного цвета, яркости и толщины не сразу можно выделить (распознать) какую-то определенную фигуру.

Переоценка вертикальных линий

В силу исторически накопленного опыта, с одной стороны, и благодаря расположению линии, соединяющей глаза человека в горизонтальной плоскости, с другой, человек обладает способностью точнее определить на глаз горизонтальные расстояния, чем высоту предметов. Поэтому большинство людей обладает способностью преувеличивать вертикальные протяженности по сравнению с горизонтальными, и это также приводит к иллюзиям зрения. Если предложить ряду лиц начертить вертикальную и горизонтальную линии одинаковой длины, то в большинстве случаев начерченные вертикальные линии будут короче горизонтальных.

Вертикальные параллельные линии при значительной их длине обычно кажутся в верхней части слегка расходящимися, а горизонтальные - сходящимися.

К рассматриваемой группе иллюзий относятся также иллюзии заполненного пространства. Заполненное пространство, по которому глаз скользит горизонтально, удлиняется. Так, например, на море все расстояния кажутся меньшими, так как беспредельный простор моря является пространством неподразделенным. Здания, украшенные фигурами и орнаментами, кажутся нам больше своей действительной величины.

Иллюзия Перельмана. На заполненном клетками фоне буквы кажутся наклонными. Но…
Буквы на самом деле параллельны друг другу

Линии на рисунке кажутся пересекающимися, на самом деле это параллельные прямые

2.2. Влияет ли культура на восприятие иллюзий?

Очень интересен вопрос о различиях восприятия иллюзий в различных культурах. Как будут восприниматься иллюзии в культурах, где признаки перспективы отличны от западной, где дома и комнаты прямоугольные, дороги длинные с параллельной разметкой?

Эксперименты проводились в племенах зулусов, живущих в Африке. Культура их весьма своеобразна: свои дома они строят не квадратными, а круглыми, двери тоже имеют округлую форму. Даже поля они распахивают не прямоугольными линиями, а закругленными. Можно сказать, что для зулусов характерна культура круга. У них спрашивали: какая же из линий длиннее в иллюзии Мюллера-Лайера? Оказалось, что они видят эту иллюзию лишь в очень малой степени - отрезки воспринимаются ими почти как равные. Выяснилось также, что и в других культурах, обедненных перспективой, восприятие зависит от особенностей окружения. Исследования проводились в племенах, живущих в густом лесу, где далекая перспектива отсутствует, поле зрения ограничено, нет сходящихся линий на горизонте. Оказалось, что, когда людей, привыкших к такому ограниченному обзору, выводили на открытые пространства, они неадекватно воспринимали размеры объектов, находящихся вдалеке. Они могли воскликнуть, глядя на стадо коров, пасущихся вдалеке: "Смотрите, какие там маленькие коровки...", - не учитывая того, что размеры предметов на расстоянии уменьшаются.

Тем не менее влияние культуры на восприятие иллюзий - вопрос спорный. Видят ли иллюзии животные? Оказывается, что они так же попадают под их воздействие, как и человек. Проводились эксперименты, направленные на изучение восприятия иллюзии Мюллера-Лайера рыбами и голубями. Голубей сначала учили различать длину отрезков. Если они выбирали более длинный отрезок, то им давали зерно. Вырабатывался условный рефлекс, и из двух вариантов они предпочитали тот, за который их вкусно накормят. Когда птицам предъявили картинку с двумя отрезками, то они, так же как и люди, выбирали тот, который кажется длиннее.

Выяснилось, что животные подвержены не только иллюзии Мюллера-Лайера. Они способны воспринимать стробоскопический эффект, а также явление луминга. Когда их помещали перед экраном и показывали расширяющееся световое пятно, они реагировали по-разному: крабы припадали к земле, лягушки отпрыгивали, черепахи прятали голову в панцирь, то есть все они пытались уклониться от пятна как от грозящей опасности. Можно предположить, что в основе восприятия иллюзий лежат врожденные зрительные реакции, связанные с физиологическими механизмами зрительных систем.

Человеку окружающий мир кажется стабильным и надежным, но восприятие может сыграть с ним злую шутку. Иллюзии - результат работы зрительной системы, некий тест. Очень часто люди видят то, что они хотят увидеть. Ищите иллюзии вокруг, и вы больше узнаете о себе.

Заключение

Материал, представленный в работе, расширяет кругозор учащихся, пополняет теоретические знания и объясняет многие оптические иллюзии с геометрической точки зрения. В процессе работы над темой «Иллюзии восприятия, или всегда ли мы видим то, что видим» мы:

1. изучили литературу по данному вопросу;

2. познакомились с различными видами и классификациями иллюзий;

3. рассмотрели оптические иллюзии с точки зрения геометрии;

4. провели тестирование на восприятие иллюзий и выявление тенденций в ответах учащихся;

и пришли к выводу: гипотеза о том, что зрительные иллюзии можно объяснить с помощью законов геометрии подтверждается частично.

Были выявлены следующие группы оптических иллюзий:

• Восприятие размера. Иллюзии часто приводят к совершенно неверным количественным оценкам реальных геометрических величин. Глазомерные оценки геометрических реальных величин очень сильно зависят от характера фона изображения. Это относится к длинам, площадям, радиусам кривизны.

• Иллюзии восприятия цвета. Уже около ста лет известно, что когда на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и темных областей, свет от ярко освещенных участков как бы перетекает на темные участки, это явление - иррадиации.

• Иллюзии движения. Неподвижное изображение кажется движущимся, из-за выбора формы и цветовой гаммы.

• Невозможные фигуры и объекты. При рассматривании таких рисунков каждая отдельная деталь кажется вполне правдоподобной, однако при попытке проследить линию, оказывается, что эта линия не существует. Наиболее известны невозможные фигуры в работах художника Мориса Эшера, фигуры Пенроуза, Рутерсварда, модели Эймса и т.д.

• Перевёртыши. Перевёртыш - вид оптической иллюзии, в которой от направления взгляда зависит характер воспринимаемого объекта.

• Иллюзии восприятия глубины - неадекватное отражение воспринимаемого предмета и его свойств. В настоящее время наиболее изученными являются иллюзорные эффекты, наблюдаемые при зрительном восприятии двухмерных контурных изображений. Мозг бессознательно видит рисунки только одно-выпуклые (-вогнутые). Восприятие зависит от направления внешнего (реального или позразумеваемого) освещения.

• Иллюзия Луны - зрительная иллюзия. Характеризуется тем, что воспринимаемый размер небесного тела больше при нахождении его низко над горизонтом, чем оцениваемый размер при нахождении высоко в небе.

Список литературы

1. Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. М., 1961

2. Демидов В. Как мы видим то, что видим. Изд. "Знание", М.,1987

3. Рок И. Введение в зрительное восприятие. Книга первая. М., "Педагогика",1980

4. М. Миннарт . "Свет и цвет в природе"

5. С. Толанский. Оптические иллюзии. - М.: Мир, 1967. - С. 128.

6. О. Рутерсвард. Невозможные фигуры. - М.: Стройиздат, 1990.

Ссылки на сайты с коллекцией изображений иллюзий

«Мир оптических иллюзий»

«Optical Illusions World» (англ.)

Коллекция оптических иллюзий и обманов зрения (англ.)

Невозможные фигуры в изобразительном искусстве.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Использование зрительных иллюзий в архитектуре

Идея исследования причин иллюзий, её использование в практической жизни не нова. Рассмотрим примеры того, как оптические иллюзии влияют на восприятие архитектурных сооружений и как создатели последних научились «бороться» с обманами зрения.

При взгляде снизу на высокие здания обычно создается впечатление, что в верхней части они уже, чем у основания, и немного отклонены назад. Один из приемов, позволяющих устранить возникающую иллюзию, предложил известный художник и архитектор эпохи Возрождения Джотто ди Бондоне. Когда ему было поручено строительство колокольни при соборе Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции, он спроектировал ее так, что вверху колокольня значительно шире, чем у основания (рис. 12). Это придало сооружению внушительный и в то же время величественный вид.

Считается, что подобными приемами пользовались еще древнегреческие зодчие. Например, они знали, что вертикальные и горизонтальные прямые при значительной длине издалека выглядят не параллельными, а слегка расходящимися и сходящимися соответственно. Чтобы колонны здания не «распадались», их слегка наклоняли к центру, а чтобы лежащая сверху и поддерживающая крышу горизонтальная балка (архитрав) не выглядела прогнувшейся книзу, ее центральную часть немного «сужали».

Много оптических поправок было внесено при строительстве одного из шедевров древнегреческого искусства Парфенона, храма богини Афины, построенного в V веке до н. э. (рис. 13). Укажем некоторые из них. Колонны Парфенона стоят не перпендикулярно его основанию, а немного наклонены внутрь, а их стволы утолщены в середине на 1,75 см. Благодаря этому, как отмечал известный римский архитектор и инженер Витрувий, храм производит впечатление прочного, как монолит, сооружения.

Оценить, насколько тонкими средствами был достигнут подобный эффект, можно по такому показателю: колонны отклонены от вертикали всего на 6 см, и если продлить их оси вверх, они пересекутся на высоте 2,4 км над землей!

Стволы колонн Парфенона сужаются кверху, теряя при этом в диаметре две пятых своей толщины. Тем самым создается иллюзия их большей высоты. Кроме того, угловые колонны шире остальных. Если бы они были такого же диаметра, то казались бы на фоне святилища храма тоньше. Таким образом, оказалась учтена еще одна зрительная иллюзия.

Архитрав в центре на 6 см уже, чем по краям. Стесанная по кривой линии балка издали выглядит абсолютно ровной. Парфенон стоит на слегка выпуклой каменной платформе: ее центральная точка возвышается над крайними точками на 22,8 см, (что составляет всего одну тысячную долю ее длин), ступени здания тоже слегка изогнуты. Подобные искривления помогли избежать иллюзии «провисания».

Наконец, скульптурные изображения на фронтоне храма были выполнены более рельефно, и это сглаживало визуальный эффект резкого уменьшения фигур, возникающий при взгляде снизу.

Огромное внимание к деталям в строительстве этого выдающегося памятника архитектуры свидетельствует о высоком мастерстве его создателей, пользовавшихся при возведении храма лишь самыми простыми инструментами: отвесами, угольниками, бечевками и т. п.

Храм богини Афины Парфенос в Афинах

(447 - 438 гг до н.э.)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Использование зрительных иллюзий в дизайне

Чтобы кардинально изменить пространство своей квартиры или загородного дома, совсем не обязательно сносить стены и перегородки. Порой бывает достаточно визуально «перекроить» пространство.

В арсенале профессионального дизайнера существует немало средств - оптических иллюзий, позволяющих виртуально раздвинуть стены и приподнять потолок.

Под оптическими иллюзиями архитекторы понимают изменения в зрительном восприятии размеров помещения, возникающие под воздействием света и контраста. Таким образом, откорректировать пространство интерьера позволяют, прежде всего, цвет и фактура основных элементов интерьера, правильное размещение светильников и учет направления световых потоков.

К числу классических приемов создания оптических иллюзий относятся, например, создание подвесного потолка и использование подсветов в верхней зоне помещения - это помогает зрительно увеличить высоту помещения. Того же эффекта можно достичь, покрасив пол в насыщенный цвет или покрыв его лаком, а также использовав обои с крупным рисунком, контрастным к основному фону. Впрочем, в отношении колористических экспериментов с полом дизайнеры предупреждают: голубой цвет и все его оттенки под ногами не располагают к долгому пребыванию в комнате, хотя при этом она кажется большой и просторной, а желтый делает жилище свободным и солнечным, но зрительно не дает ощущения надежной опоры.

Зрительно раздвинуть стены можно с помощью цветового противопоставления вертикальных и горизонтальных ограждающих плоскостей, а также при «сталкивании» контрастных фактур. У обитателей небольшой комнаты возникнет ощущение простора и в том случае, если вы используете в отделке светлые прохладные тона - оттенки серо-голубого, жемчужного, бледно-зеленого. Если же комната, наоборот, очень просторна, то ей подойдут пастельные или насыщенные тона теплой гаммы. Изменению восприятия пространства чрезвычайно способствует и фактура отделочных материалов и предметов интерьера. Например, горизонтальные полосы зрительно растягивают помещение, создавая эффект увеличения площади, но с одновременным уменьшением его высоты. Вертикальные, наоборот, визуально сжимают пространство по горизонтали, увеличивая его по высоте.

По той же схеме «фокусничают» и орнаменты: мелкий зрительно увеличивает помещение, крупный, наоборот, уменьшает. Белые предметы на темном фоне раздвигают пространство, расширяя и удлиняя его. Клетчатые, полосатые, заполненные рапортным (повторяющимся) рисунком участки стен кажутся больше, чем одинаковые с ними по размеру однотонные.

Использование вертикалей в декоре стен зрительно увеличивает высоту помещения. Тот же эффект сохраняется, если вертикаль присутствует в виде «вытянутых» по высоте картин, в форме светильников, в расположении полос обивочной ткани.

Бесспорно, один из самых оригинальных способов изменить зрительные пропорции помещения - это создание декоративных росписей или рельефов. Такими высокохудожественными средствами можно расширить пространство, визуально увеличить высоту потолка, поместить обитателей городской квартиры в античный дворик или сделать наблюдателями пасторальной сценки деревенской жизни. Неслучайно такие рисунки - пейзажи, ложные арки и окна - называют «обманками». Эффектное сочетание предметов реальных и нарисованных может стать настоящей изюминкой вашего интерьера.

Заказывая настенную роспись, важно придерживаться нескольких правил. Прежде всего, необходимо соблюсти масштаб рисунка: все изображения должны быть соизмеримы и с объемом жилища, и с человеческим ростом. Не секрет, что в современных многоквартирных домах, как и в мансардных помещениях, обычно бывают низкие потолки, что создает «давящее» ощущение. Художники с легкостью решают эту проблему, подбирая светлые тона при покраске стен и потолка, придумывая живописный фриз и цокольные декоративные панели. Между такими элементами стена, выкрашенная в тот же цвет, что и область над фризом, кажется гораздо выше, чем она есть на самом деле.

Впрочем, расписать можно не только стены, но и неудобно выпирающие стояки, балки - в общем, все те элементы, которые вы хотели бы «спрятать». Профессиональный художник сможет превратить эти нежелательные объемы в часть художественной композиции. Так, газовая колонка, расписанная специальной термостойкой эмалью, может имитировать полки, на которых «расставлены» (то есть, конечно, нарисованы) реальные предметы. А вентиляционную трубу можно задекорировать хоть под нишу, хоть под самолет.

По словам дизайнеров, роспись в стиле «обманка» сегодня популярна не только в интерьерах квартир, но и как способ декорирования бассейнов, ванных комнат, оранжерей. В данном случае росписи тяготеют своей тематикой к первоисточнику - античному искусству - и выполнены в легкой воздушной гамме. Согласитесь, отдыхая в зимнем саду или плавая в бассейне, куда приятнее любоваться встающим из-за моря солнцем, пусть даже и нарисованным, чем голыми деревьями и грязными сугробами за окном.

Размещение светильников и учет направления световых потоков позволяют сохранить или откорректировать имеющиеся пространство с помощью зрительных иллюзий. Для зрительной корректировки пространства значительный эффект дает направленное применение осветительной системы (изменение яркости отдельных участков ограждающих поверхностей, использование направленных световых потоков), см. табл.

Зрительные иллюзии

Светокомпозиционный прием

Увеличение объема помещения

Очень сильное равномерное освещение ограждающих поверхностей

Уменьшение объема помещения

Уменьшение яркости ограждающих поверхностей

Удлинение и сужение помещения

Увеличение яркости стен, перпендикулярных к направлению «удлинения»; расположение световых полос в направлении «удлинения»

Членение помещения

Резкое повышение яркости отдельных участков с использованием цветовых контрастов

Увеличение высоты помещения

Равномерное повышение яркости потолка и верха стен относительно остальных поверхностей

Рельефность стен

Повышение яркости отдельных участков стен для создания световых пятен, ритмичное освещение стен светом двух разноцветных источников