Материалы к уроку «Оптические иллюзии»

       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 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?       

       Оптические обманы - не случайные спутники нашего зрения: они сопровождают его при строго определенных условиях, с неизменным постоянством закономерного явления и имеют силу для каждого нормального человеческого глаза. То, что человеку свойственно при известных обстоятельствах поддаваться иллюзиям зрения, обманываться относительно источника своих зрительных впечатлений, не следует вовсе рассматривать как всегда нежелательный недостаток, безусловный порок нашей организации, устранение которого было бы для нас во всех отношениях благотворно. Что касается причин, обусловливающих ту или иную иллюзию зрения, то только для весьма немногих оптических обманов существует твердо установленное, бесспорное объяснение.

Для некоторых оптических обманов не предложено до сих пор никакого объяснения. Для иных, наоборот, имеется слишком много объяснений, из которых каждое в отдельности было бы, пожалуй, достаточно, если бы не существовало ряда других, ослабляющих его убедительность. Оптические 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.)

Естественные иллюзии

Иррадиация

Рассмотрим одну из самых распространенных иллюзий.

При рассматривании издали белые фигуры внизу — круг и квадрат — кажутся крупнее черных, хотя те и другие равны. Чем больше расстояние, тем иллюзия сильнее. Явление это называется иррадиацией.

Иррадиация обусловлена тем, что каждая светлая точка предмета дает на сетчатке нашего глаза не точку, а маленький кружок (вследствие так называемой сферической аберрации); поэтому светлая поверхность окаймляется на сетчатке светлой полоской, увеличивающей занимаемое ею место. Черные же поверхности дают изображения, уменьшенные за счет светлой каймы окружающего фона. 

Слепое пятно

Естественные иллюзии появляются из-за особенностей в строении нашего зрительного аппарата. На поверхности сетчатки, у основания зрительного нерва, есть участок лишенный чувствительных к свету клеток. Лучи, приходящие в эту зону, не воспринимаются нами. Мы можем «терять» элементы окружающей нас картинки, если они совпадают со слепым пятном.

Чтобы подтвердить это явление проведем ряд экспериментов.

1.    Рассматривая левым глазом крестик в правой части фигуры, мы на некотором расстоянии не увидим вовсе черного кружочка, хотя будем различать обе окружности. Круг совпал со слепым пятном.

2. Закрыв правый глаз, смотрите левым на верхний крестик с расстояния 20 - 25 сантиметров. Вы заметите, что средний большой белый кружок исчезает совершенно, хотя оба меньших кружка по бокам его хорошо видны. Если, не меняя положения рисунка, смотреть на нижний крестик, кружок исчезает только отчасти. Этот опыт носит имя своего создателя – Мариотта. [3]

Исчезновение элементов в этих опытах обусловлено тем, что при указанном положении глаза относительно фигуры изображение кружка попадает на так называемое слепое пятно - место входа зрительного нерва, нечувствительное к световым раздражениям.

Астигматизм

Смотрите на надпись одним глазом. Все ли буквы кажутся одинаково черными?

Обычно одна из букв представляется более черной, нежели остальные. Но стоит повернуть надпись на 45 или 90°, чтобы казалась чернее уже другая буква.

Явление это обусловлено так называемым астигматизмом, то есть неодинаковой выпуклостью роговой оболочки глаза в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном). Редкий глаз вполне свободен от этого несовершенства. Приблизительно 10% всех людей страдают врожденным астигматизмом.

Рассмотрим ещё одну иллюзию, связанную с астигматизмом.

Эта фигура дает другой способ обнаружить астигматизм глаза. Приближая ее к исследуемому глазу (закрыв другой), на некотором, довольно близком, расстоянии, сосредоточив взгляд на белом квадратике вверху, вы приблизительно через полминуты заметите, что нижняя белая полоса исчезнет (вследствие утомления сетчатки).

Иллюзия цвета

Мы живем в своей информационной реальности. Цвет лишь иллюзия созданная мозгом, в физической реальности не существующая. В зависимости от ожиданий, контекста, ментальных моделей, мозг может произвольно изменять цвета объектов. Что трудно было бы себе представить, если бы цвет был бы реальным физическим феноменом.

Цвета это определенная форма языка. Когда мы видим один цвет, мы видим нечто неопределенное, несамостоятельное, что—то вроде одного слова в языке. Интерпретация же этого «слова» происходит, если мы его помещаем в «предложение» и его контекст. А электромагнитные волны, это, по-видимому, сущности, представленные для нас в двух ипостасях, экзистенциональной, как часть физической реальности, и денотативной, как и чернильные пятна на бумаге, сформированные в осмысленные для нас конфигурации, слова имеющие смыслы, как часть реальности информационной.Если посмотреть на центральные плитки кубика на вершине и на стороне, повернутой к нам, то видно, что в первом случае плитка имеет коричневый цвет. Во втором — оранжевый. Это наше восприятие реальности. Но физическая реальность такова, что эти две плитки одно и то же. Если долго смотреть на яркие источники зрительной информации, так же возникает цветовая иллюзия. Именно поэтому на картинах большинства художников солнце белого цвета. Особенности нашего зрения таковы ( в сетчатке глаза есть три типа светочувствительных клеток – колбочек; максимум чувствительности одних приходится на синий цвет, других – на зеленый, третьих – на красный; в зависимости от уровня раздражения каждого типа колбочек мы воспринимаем тот или иной цвет), что если порог насыщения всех цветовых каналов пройден, то они как бы перестают работать, и для восприятия остается только белый цвет. У заходящего южного солнца интенсивность даже рассеянных компонентов велика и ее достаточно, чтобы “ перекрасить” в нашем восприятии светило в белый цвет.

Опыт с привидениемПроведем ещё один опыт.

            Когда вы смотрите на черное привидение, часть сетчатки, на которой формируется изображение, не получает ни одного светового луча. Однако окружающая часть сетчатки работает на полную мощность, посылая в мозг сигналы о ярком белом фоне вокруг привидения. Когда вы смотрите на арку, то область сетчатки, где сформировалось изображение фона, уже устала и не полностью реагирует на светлый фон под аркой, делая его темнее. Та область сетчатки, которая сформировала изображение привидения, практически не работала и не устала, так что при переводе взгляда под арку на этом месте образуется белая область по форме привидения. Поэтому вы видите белое изображение привидения под аркой. [3, 5].

Искусственные иллюзии

Настоящее или нет

Опыт повторяет известную цирковую иллюзию с разрезанием человека. При этом на месте человека может оказаться любой предмет.

Суть опыта заключается в том, что с расстояния в 1м нельзя отличить подмену настоящего предмета его изображением, если оно выполнено на матовой бумаге в натуральную величину и помещено в небольшой черный ящик.

Подмена возможна потому, что черный ящик при наблюдении не дает включить механизм бинокулярного стерео видения, а, следовательно, объемную картинку нельзя отличить от её плоской копии. [6]

Эта иллюзия является наиболее эффектной из искусственных иллюзий.

 Архитектура.

       При строительстве монументальных зданий чаще всего архитекторам приходилось бороться с кажущимся искажением их размеров с изменением расстояния, то есть в перспективе. Если, например, взглянуть на высокое здание снизу вверх, создаётся впечатление, что в верхней части оно гораздо уже, чем у основания, и отклонено назад. Пример тому — колокольня Ивана Великого на Соборной площади Московского Кремля, построенная в XVI веке. Эффект её «падения» ощущается даже на фотографии; более того — его запечатлел художник Джакомо Кваренги, рисовавший колокольню с натуры и смотревший на неё с другой точки.
       Один из приёмов устранения оптической иллюзии, связанной с перспективой, предложил известный итальянский живописец эпохи Возрождения, главный архитектор Флоренции Джотто ди Бондоне (1267—1337). Проектируя колокольню при кафедральном соборе Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции, он сделал её в верхней части значительно шире, чем у основания, иначе говоря, прибегнул к обратной перспективе.
Древние греки использовали такой приём: отклоняли элементы верхней части постройки от вертикального положения. Например, фронтон устанавливали под углом, наклоняя немного вперёд, подобно тому, как вешают картины в музеях. А скульпторы делали фигуры, украшавшие здания, более рельефными, и это сглаживало визуальный эффект их уменьшения при взгляде с земли. Принимались во внимание и точки наблюдения: каждая статуя создавалась с учётом места, которое ей отводилось во всей композиции.
Иногда архитекторы использовали иллюзию перспективы не для сглаживания, а, наоборот, для усиления того или иного визуального эффекта. Например, в портике (крытой галерее перед входом в здание) с двойным рядом колонн внутренние колонны делали более тонкими по сравнению со стоящими впереди, зрительно удаляя их. Тем самым создавалось впечатление большей глубины пространства. Другое оригинальное изобретение греков состояло в том, что внутреннюю колоннаду в храмах они возводили иногда двухэтажной. В Парфеноне, например, это было сделано не столько для красоты, сколько для достижения иллюзии большей высоты статуи богини Афины, установленной в святилище. На фоне двухэтажного сооружения она смотрелась крупнее, чем есть, и оттого выглядела более торжественно и величественно. Одним словом, система оптических поправок, придуманная зодчими, лишний раз демонстрирует их высочайшее мастерство в сложном искусстве архитектуры.
        Примеры.

Оптические поправки делают Троицкий собор Троице-Сергиевой  лавры более устойчивым и устремлённым ввысь.

  Православные храмы внутри кажутся выше, чем снаружи.

Оптическая иллюзия достигается наклоном стен к центру и крутыми линиями арок и сводов Благовещенского собора Московского Кремля.

Колокольня Ивана Великого как будто падает назад. Эта оптическая иллюзия связана с кажущимся изменением размеров здания при взгляде снизу вверх.

3D рисунки на асфальте. Стрит-арт на асфальте.

Представьте себе: вы идете по городу, и вдруг перед вашими глазами предстает расщелина, из которой пытаются вырваться исчадия ада! Или вдруг на асфальте вы замечаете совершенно обычное яблоко, вот только прикоснуться к нему не получается – оно нарисованное! Когда впервые смотришь на объемные картинки на асфальте, не можешь поверить, что это действительно просто рисунок. Такой вид уличного искусства называется Street Painting (по англ.), или Madonnari (по итал.). По сути, современное искусство Street Painting (или Madonnari) зародилось в XVI веком, когда уличные художники в религиозные праздники возле церквей и храмов изображали картины библейских сюжетов. Среди изображений чаще всего доминировало изображение с Богородицей (Мадонной).       Чтобы создать объемное изображение на асфальте, художники используют специальное искажение, при этом рисунок смотрится объемным при взгляде с определенной точки. На одну картину уходит около трех дней.

        Что касается современности, то видное место среди художников Madonnari занимает Джулиан Бивер. Этот британский мастер занимается рисунками на асфальте уже более 10 лет, его работы были на улицах многих стран Европы, в Америке и в Австралии.

В России такое искусство еще слабо развито.       Искусство активно использует способность зрения к самообману в своих целях. Уже названы приемы перспективы или воспроизведения эффекта объема на плоском рисунке. Используя новомодные термины, этот эффект можно назвать «эффектом виртуального объема». Получается, что наше зрение способно воспринимать объемные картины и воспринимать их как настоящие, когда на самом деле – это всего лишь иллюзия.

       Понаблюдать за 3D рисунками на асфальте можно, посетив один из фестивалей Мадоннари (за границей), например, ежегодный фестиваль “I madonnari” в Санта-Барбаре (Santa Barbara) или фестиваль в Грацие-ди-Куртаноне (Grazie di Curtatone), кстати, именно в этом небольшом городке Италии в 1972 году прошел первый фестиваль мадоннари.

Картина-иллюзия помогает мысленно перенестись из пышущей жаром столицы туда, где есть вода и прохлада. Чтобы увидеть картину в формате 3D, нужно смотреть на нее через специальную, установленную рядом линзу. Она искажает перспективу, и изображение получается объемным.

Главный секрет изображения объемных картинок, их нужно “растягивать”. В этом и состоит мастерство исполнителя. Если наносить в обычных пропорциях, то такого эффекта достичь не получится. Причём творить приходится по нескольку часов.

        Кстати, художники, изображающие 3d картинки, рисуют их обычными мелками “пастель”, которыми пользуются дети на уроках рисования. Для объёмного рисунка нужно достаточно много мелков. Так что это занятие затратное, но абсолютно не прибыльное, ведь за рисунки на асфальте им  никто не платит. Зато этот иллюзорный мир легко смывается в случае дождя и быстро “стирается” ветром. Поэтому эти картинки радуют глаз лишь несколько часов, а потом становятся бледными, пока не исчезают вовсе.

1.   

Равны ли кружочки в центре рисунка?                    2.  Равны ли отрезки на рисунке?

3.Красные линии прямые?                                        4.  Горизонтальные линии параллельны?

5.Что вы видите на рисунке?

6. Действительно ли буквы на этом рисунке  расположены под углом друг к другу?

7. Можно ли двигаясь вдоль черной линии дойти до центра окружности?

8.Они движутся?

Фотографии с оптическими иллюзиями.

Легче всего делать оптические иллюзии в абстрактной форме со специфической графикой и цвет тоном, намного сложнее сделать обман зрения через картину или иллюстрацию, для этого понадобятся специальные разработки и, конечно же, немало важную роль играет профессионализм самого автора. Фотографии с оптическими иллюзиями в последнее время все больше и больше приобретают свою популярность, создаются специальные выставки, так как эти фотографии больше относятся к искусству, нежели к научной  деятельности.